Bufory to substancje chemiczne, które pomagają cieczy oprzeć się zmianie jej właściwości kwasowych po dodaniu innych substancji chemicznych, które zwykle powodują zmianę tych właściwości. Bufory są niezbędne dla żywych komórek. Dzieje się tak, ponieważ bufory utrzymują właściwe pH cieczy. Co to jest pH? Jest to miara kwasowości cieczy. Na przykład sok z cytryny ma niskie pH od 2 do 3 i jest bardzo kwaśny – podobnie jak sok w żołądku, który rozkłada jedzenie. Ponieważ kwaśne płyny mogą niszczyć białka, a komórki są wypełnione białkami, komórki muszą mieć bufory wewnątrz i na zewnątrz, aby chronić swoje maszyny białkowe. pH wewnątrz komórki wynosi około 7, co jest uważane za neutralne jak czysta woda.
Co to jest bufor?
Przeciwieństwem substancji chemicznej, która jest kwasem, jest substancja chemiczna będąca zasadą, a obie mogą istnieć w cieczy. Kwas uwalnia jon wodorowy do cieczy, podczas gdy zasada usuwa jon wodorowy z cieczy. Im więcej swobodnie unoszących się jonów wodoru znajduje się w cieczy, tym bardziej kwaśna staje się ta ciecz. Tak więc kwasy sprawiają, że ciecz staje się bardziej kwaśna, a zasady sprawiają, że ciecz staje się bardziej zasadowa – zasada to inny sposób na określenie mniej kwaśnego. Bufory to substancje chemiczne, które mogą łatwo uwalniać lub pobierać jony wodorowe w cieczy, co oznacza, że są w stanie oprzeć się zmianie pH poprzez kontrolowanie liczby swobodnie unoszących się jonów wodoru. Skala pH waha się od 0 do 14. Wartość pH od 0 do 7 uważa się za kwaśną, a pH od 7 do 14 za zasadową. W środku pH 7 jest neutralne i jest czystą wodą. Różne bufory utrzymują różne pH, ale te wewnątrz komórki utrzymują pH około 7,2.
Ochrona przed przypadkowymi wyciekami
Komórki zwierzęce zawierają woreczki zwane lizosomami. Te woreczki są centrum recyklingu ogniwa. Wnętrze tych woreczków jest kwaśne, ma pH 5 i zawiera wiele enzymów, które trawią białka, tłuszcze, cukry i DNA. Kwaśne środowisko wewnątrz lizosomu pomaga rozkładać cząsteczki do recyklingu. Jednakże, jeśli jeden lub więcej z tych woreczków przypadkowo otworzy się wewnątrz komórki, kwaśna zawartość rozleje się do reszty komórki i zakwasza całą komórkę. Komórka ma bufory, które chronią się w przypadku takich wycieków. Ponieważ bufory są odporne na zmiany pH, kilka lizosomów, które pękają, nie spowoduje, że pH wewnątrz komórki stanie się bardziej kwaśne.
pH wpływa na kształt białka
Niebezpieczeństwo zmiany pH wewnątrz komórki polega na tym, że pH dramatycznie wpływa na strukturę białek. Komórka zbudowana jest z wielu różnych rodzajów białek, a każde białko działa tylko wtedy, gdy ma odpowiedni trójwymiarowy kształt. Kształt białka jest utrzymywany na miejscu przez przyciągające siły wewnątrz białka, jak wiele minimagnesów tu i tam, które łączą się, aby utrzymać całe białko na miejscu. Niektóre z tych magnesów stracą swoją moc magnetyczną, jeśli zmieni się pH. Dlatego jeśli wnętrze komórki staje się zbyt kwaśne lub zbyt zasadowe, białka zaczynają tracić swój kształt i przestają działać. Cela staje się jak fabryka bez robotników i bez mechaników. Dlatego bufory wewnątrz komórki zapobiegają temu.
Zmiana pH może przyczynić się do powstania komórek macierzystych
W 2014 r. czasopismo „Nature” doniosło o bardzo ekscytującym odkryciu dokonanym przez japońskich badaczy komórek macierzystych. Normalne dorosłe komórki, takie jak komórki skóry i komórki mózgowe, mogą zostać przekształcone w komórki macierzyste po umieszczeniu w kwaśnym środowisku. Komórki macierzyste to komórki, które mają potencjał, aby stać się dowolnym rodzajem komórek w ciele, co czyni je bardzo obiecującymi lekami na problemy medyczne. Martwe, brakujące lub uszkodzone komórki można zastąpić nowymi. Komórki macierzyste można pobrać ze zmiażdżonego embrionu, co jest bardzo kontrowersyjne w przypadku embrionów ludzkich, więc możliwość przekształcenia dorosłych komórek w komórki macierzyste jest ekscytującym krokiem w naukach biomedycznych. To, co mówi nam to badanie, to to, że bufory wewnątrz komórki prawdopodobnie zapobiegają również zapominaniu przez komórkę o swojej dorosłej tożsamości i stawaniu się komórką macierzystą.