Помните историю Златовласки и трех медведей? Когда Златовласка входит в дом медведей, она пробует кашу и обнаруживает, что первая слишком горячая, а вторая слишком холодная. Когда она пробует третью, она находит кашу, в самый раз. Точно так же, как Златовласка хотела кашу, которая была бы идеальной для употребления в пищу, организмы хотят окружающей среды, которая в самый раз. Но что есть в самый раз для организма?
Физиологический pH
Человеческая кровь слегка базовый с pH около 7,4. Как только pH крови падает ниже 7,35, считается, что у человека физиологический ацидоз (а это плохо). Как только pH упадет ниже 7,0, это может стать фатальным.
Итак, как организм поддерживает правильный pH в течение дня, независимо от ситуации? Он использует систему биологической буферизации.
Что такое биологические буферы?
А биологический буфер представляет собой органическое вещество, оказывающее нейтрализующее действие на ионы водорода. Таким образом, биологический буфер помогает поддерживать в организме правильный pH, чтобы биохимические процессы продолжались оптимально.
Большинство буферов состоят из слабой кислоты и слабого основания. Они помогают поддерживать определенный уровень pH даже после добавления кислоты или основания. Например, в крови содержится угольная кислота (H2CO3) -бикарбонат (HCO3-) буферная система. В этой системе слабая кислота диссоциирует в небольшой степени, давая ионы бикарбоната. Эти ионы способны связывать лишний H+ионы плавают в крови. Это преобразовывает слабую кислоту и снижает количество H+ ионы в растворе.
Когда это может случиться? Что ж, упражнения увеличивают количество ионов водорода, плавающих в вашей крови. Когда это происходит, в игру вступает буферная система углекислота-бикарбонат. Улавливая избыточные ионы водорода, pH вашей крови не становится слишком кислым.
Почему буферы имеют значение?
Клетки функционируют в узком диапазоне pH. То же самое и со многими ферментами, которые помогают переваривать пищу, вырабатывать энергию и передавать сигналы между нервными клетками. Таким образом, жизненно важно, чтобы pH в организме и в этих клетках не менялся резко. В противном случае они перестанут выполнять нужную вам работу. Чтобы этого не произошло, во всех биологически значимых растворах присутствуют буферы.
Биологические буферы также могут быть буферные системы которые помогают поддерживать постоянный pH около физиологического pH. При проведении экспериментов с отдельными компонентами клеток или отдельными белками ученые должны учитывать буфер, который они используют. Без хорошего буфера активность компонента, который они хотят изучить, может снизиться.
Например, если ученый работает с белком, который функционирует в мозге при pH 7,4, но ученый использует буфер pH 8,0, то белок не будет функционировать оптимально. Вместо этого ученый должен переключиться на буфер, более близкий к pH, в котором фактически функционирует белок. Таким образом, ученый может наблюдать, как белок функционирует в среде, аналогичной его естественной среде.
Каковы примеры биологических буферов?
Существует множество различных биологических буферов, которые производятся и продаются специально для поддержания физиологического pH. Это очень важно для ученого, работающего с биологически значимыми материалами. Эти буферы хорошо подходят для поддержания постоянного pH около 7,4. Очень часто используемый биологический буфер называется HEPES (4- (2-гидроксиэтил) -1-пиперазинэтансульфоновая кислота). Этот буфер очень хорошо поддерживает постоянный pH от 6,8 до 8,2.
Буферы следует выбирать на основе знания pH, при котором вы хотите работать, и диапазона, в котором вам необходимо поддерживать постоянный pH.