Pomembni vmesniki v živih sistemih

Pufer je kemična snov, ki pomaga ohranjati razmeroma konstanten pH v raztopini, tudi ob dodajanju kislin ali baz. Pufer je v živih sistemih pomemben kot sredstvo za vzdrževanje dokaj konstantnega notranjega okolja, znanega tudi kot homeostaza. Majhne molekule, kot sta bikarbonat in fosfat, zagotavljajo pufersko sposobnost kot druge snovi, kot so hemoglobin in druge beljakovine.

Vzdrževanje pH v krvi se uravnava z bikarbonatnim pufrom. Ta sistem je sestavljen iz ogljikove kisline in bikarbonatnih ionov. Ko pH krvi pade v kislo območje, ta pufer tvori plin iz ogljikovega dioksida. Pljuča v procesu dihanja izločajo ta plin iz telesa. V alkalnih razmerah ta pufer pH vrne v nevtralen položaj, tako da povzroči izločanje bikarbonatnih ionov skozi urin.

Fosfatni puferski sistem deluje podobno kot bikarbonatni pufer, vendar ima veliko močnejše delovanje. V notranjosti vseh celic je ta pufer, ki vsebuje ione vodikovega fosfata in dihidrogen-fosfatne ione. V pogojih, ko presežek vodika pride v celico, reagira z vodikovimi fosfatnimi ioni, ki jih sprejmejo. V alkalnih pogojih dihidrogenfosfatni ioni sprejmejo presežek hidroksidnih ionov, ki vstopijo v celico.

Beljakovine so sestavljene iz aminokislin, ki jih držijo peptidne vezi. Aminokisline imajo amino skupino in skupino karboksilne kisline. Pri fiziološkem pH obstaja karboksilna kislina kot karboksilatni ion (COO^-) z negativnim nabojem in amino skupina obstaja kot NH³⁺ ion. Ko pH postane kisel, karboksilna skupina prevzame odvečne vodikove ione, da se vrne v obliko karboksilne kisline. Če pH krvi postane alkalen, pride do sproščanja protona iz NH³⁺ ion, ki prevzame NH₂ oblika.

Dihalni pigment, prisoten v krvi, hemoglobin, ima tudi pufersko delovanje v tkivih. V danem trenutku se lahko veže bodisi s protoni bodisi s kisikom. Vezava enega sprosti drugega. V hemoglobinu se vezava protonov zgodi v globinskem delu, medtem ko se kisikova vezava pojavi v železovem delu hema. V času vadbe nastajajo presežki protonov. Hemoglobin pomaga pri puferskem delovanju tako, da veže te protone in hkrati sprošča molekularni kisik.