Важные буферы в живых системах

Буфер - это химическое вещество, которое помогает поддерживать относительно постоянный pH в растворе даже при добавлении кислот или оснований. Буферизация важна в живых системах как средство поддержания довольно постоянной внутренней среды, также известной как гомеостаз. Небольшие молекулы, такие как бикарбонат и фосфат, обеспечивают буферную способность, как и другие вещества, такие как гемоглобин и другие белки.

Поддержание pH крови регулируется бикарбонатным буфером. Эта система состоит из ионов угольной кислоты и бикарбоната. Когда pH крови падает до кислого диапазона, этот буфер действует, образуя углекислый газ. Легкие выводят этот газ из организма в процессе дыхания. В щелочных условиях этот буфер возвращает pH к нейтральному, вызывая выведение ионов бикарбоната с мочой.

Система фосфатного буфера действует аналогично бикарбонатному буферу, но имеет гораздо более сильное действие. Внутренняя среда всех клеток содержит этот буфер, содержащий ионы гидрофосфата и ионы дигидрофосфата. В условиях, когда избыток водорода попадает в клетку, он вступает в реакцию с ионами гидрофосфата, которые их принимают. В щелочных условиях ионы дигидрофосфата принимают избыточные ионы гидроксида, которые попадают в клетку.

Белки состоят из аминокислот, скрепленных пептидными связями. Аминокислоты имеют аминогруппу и группу карбоновой кислоты. При физиологическом pH карбоновая кислота существует в виде карбоксилат-иона (COO^-) с отрицательным зарядом, а аминогруппа существует как NH³⁺ ион. Когда pH становится кислым, карбоксильная группа поглощает избыточные ионы водорода, чтобы вернуться в форму карбоновой кислоты. Если pH крови становится щелочным, происходит высвобождение протона из NH.³⁺ ион, который принимает NH₂ форма.

Дыхательный пигмент, присутствующий в крови, гемоглобин, также оказывает буферное действие на ткани. Он имеет способность связываться с протонами или кислородом в определенный момент времени. Связывание одного освобождает другое. В гемоглобине связывание протонов происходит в части глобина, тогда как связывание кислорода происходит в железе гемовой части. Во время упражнений протоны генерируются в избытке. Гемоглобин помогает в буферном действии, связывая эти протоны и одновременно высвобождая молекулярный кислород.