Celulele din organismele vii trebuie să mențină pH-ul corect sau echilibrul acido-bazic pentru a funcționa corect. PH-ul potrivit este atins prin intermediul sistemului de tamponare a fosfatului. Se compune din ioni dihidrogen fosfat și hidrogen fosfat în echilibru unul cu celălalt. Acest sistem de tamponare rezistă modificărilor pH-ului, deoarece concentrațiile de dihidrogen fosfat și ionii de hidrogen fosfat din celulă sunt mari în comparație cu concentrațiile de ioni acizi sau bazici produși în celula.
Ce este pH-ul?
PH-ul unei soluții măsoară concentrația ionilor de hidrogen sau H +. Ionii de hidrogen sunt entități singure încărcate pozitiv, numite și protoni. Cu cât sunt mai mulți ioni de hidrogen într-o soluție pe bază de apă, cu atât soluția devine mai acidă. Scara pH-ului măsoară jurnalul concentrațiilor de ioni H +, astfel încât o concentrație mai mare de H + va da un număr mai mic. Scara jurnalului este de la 0 la 14. Un pH sub 7 este considerat acid și un pH peste 7 este alcalin. Un pH de 7 este definit ca neutru, deoarece numărul de ioni acid hidrogen, sau H +, și ioni hidroxil bazici, sau OH-, într-o soluție sunt egale.
Cum funcționează tampoanele
Un sistem tampon constă dintr-un acid slab și baza sa corespunzătoare slabă. Un acid este definit ca o moleculă care eliberează ioni de hidrogen în apă, iar o bază este o moleculă care acceptă ioni de hidrogen. Un acid slab sau o bază slabă ionizează sau renunță la ioni de hidrogen sau hidroxil, doar ușor în apă, în timp ce acizii și bazele puternice ionizează aproape complet. Când excesul de ioni de hidrogen se află în soluția tampon, baza slabă îngheață ionii de hidrogen și se transformă în acidul corespunzător, păstrând în același timp pH-ul soluției. Când se adaugă o bază, reacția se inversează și acidul slab renunță la o parte din ionii săi de hidrogen pentru a face soluția mai acidă și se transformă într-o bază slabă.
Sistemul tampon fosfat
Sistemul tampon fosfat menține pH-ul intracelular în toate organismele vii. În acest sistem tampon, ionii dihidrogen fosfat servesc drept acid slab. Ionii de hidrogen fosfat reprezintă baza slabă. În apă sau în lichidul intracelular, fosfatul dihidrogen și fosfatul de hidrogen sunt întotdeauna în echilibru între ele. Gradul de ionizare al sistemului dihidrogen fosfat-hidrogen fosfat este reprezentat de valoarea constantă de disociere, sau valoarea pKa, care este exprimată ca o valoare log. Sistemul de tamponare a fosfatului este potrivit pentru celulele vii, deoarece pKa este 7,21, ceea ce este foarte aproape de pH-ul fiziologic.
Când sistemul tampon fosfat este insuficient
La organismele superioare cu sistem circulator, sistemul tampon fosfat nu poate menține corect pH-ul din sânge, deoarece concentrațiile ionice de dihidrogen fosfat și hidrogen fosfat nu sunt mari suficient. Sistemul tampon bicarbonat este capabil să mențină sângele la un pH de aproximativ 7,4. Aici, bicarbonatul este acidul slab, iar ionul hidrogen carbonat este baza slabă. Bicarbonatul și hidrogen carbonatul se formează din dioxidul de carbon dizolvat din sânge. Excesul de dioxid de carbon este expulzat prin plămâni.