Клеткам в живых организмах необходимо поддерживать правильный pH или кислотно-щелочной баланс, чтобы функционировать должным образом. Правильный pH достигается с помощью системы фосфатного буфера. Он состоит из ионов дигидрофосфата и гидрофосфата, находящихся в равновесии друг с другом. Эта буферная система сопротивляется изменениям pH, потому что концентрации дигидрофосфата и ионы фосфата водорода в клетке велики по сравнению с концентрациями кислотных или основных ионов, образующихся в клетке. сотовый.
Что такое pH?
PH раствора измеряет концентрацию ионов водорода или H +. Ионы водорода - это отдельные положительно заряженные объекты, также называемые протонами. Чем больше ионов водорода содержится в растворе на водной основе, тем более кислым становится раствор. Шкала pH измеряет логарифм концентраций ионов H +, поэтому более высокая концентрация H + дает меньшее число. Шкала журнала варьируется от 0 до 14. PH ниже 7 считается кислым, а pH выше 7 - щелочным. PH 7 определяется как нейтральный, потому что количество кислых ионов водорода, или H +, и основных гидроксильных ионов, или OH-, в растворе одинаково.
Как работают буферы
Буферная система состоит из слабой кислоты и соответствующего ей слабого основания. Кислота определяется как молекула, которая выделяет ионы водорода в воде, а основание - это молекула, которая принимает ионы водорода. Слабая кислота или слабое основание ионизирует или отдает ионы водорода или гидроксила лишь незначительно в воде, в то время как сильные кислоты и основания ионизируются почти полностью. Когда в буферном растворе присутствуют избыточные ионы водорода, слабое основание поглощает ионы водорода и превращается в соответствующую кислоту, сохраняя при этом pH раствора. Когда добавляется основание, реакция меняется на противоположную, и слабая кислота отдает часть своих ионов водорода, делая раствор более кислым и превращаясь в слабое основание.
Система фосфатного буфера
Фосфатная буферная система поддерживает внутриклеточный pH во всех живых организмах. В этой буферной системе ионы дигидрофосфата служат слабой кислотой. Ионы фосфата водорода представляют собой слабое основание. В воде или внутриклеточной жидкости дигидрофосфат и гидрофосфат всегда находятся в равновесии друг с другом. Степень ионизации системы дигидрофосфат-гидрофосфат представлена величиной константы диссоциации или pKa, которая выражается в виде логарифмического значения. Система фосфатного буфера хорошо подходит для живых клеток, поскольку pKa составляет 7,21, что очень близко к физиологическому значению pH.
Когда система фосфатного буфера недостаточна
У высших организмов с кровеносной системой фосфатная буферная система не может поддерживать надлежащую pH в крови, потому что концентрации ионов дигидрофосфата и гидрофосфата невысоки достаточно. Бикарбонатная буферная система способна поддерживать pH крови около 7,4. Здесь бикарбонат представляет собой слабую кислоту, а ион гидрокарбоната - слабое основание. Бикарбонат и гидрокарбонат образуются из растворенного в крови углекислого газа. Избыток углекислого газа выводится через легкие.