โมเลกุลประเภทใดที่ป้องกันการเปลี่ยนแปลงอย่างกว้างขวางของค่า pH ของสิ่งมีชีวิต

เซลล์ในสิ่งมีชีวิตจำเป็นต้องรักษาค่า pH ที่ถูกต้อง หรือความสมดุลของกรด-เบส เพื่อให้ทำงานได้อย่างถูกต้อง ค่า pH ที่เหมาะสมทำได้โดยใช้ระบบบัฟเฟอร์ฟอสเฟต ประกอบด้วยไดไฮโดรเจนฟอสเฟตและไฮโดรเจนฟอสเฟตไอออนในสภาวะสมดุลซึ่งกันและกัน ระบบบัฟเฟอร์นี้ต่อต้านการเปลี่ยนแปลงของ pH เนื่องจากความเข้มข้นของไดไฮโดรเจนฟอสเฟตและ ไฮโดรเจนฟอเฟตไอออนในเซลล์มีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับความเข้มข้นของไอออนที่เป็นกรดหรือด่างที่เกิดขึ้นใน เซลล์

pH ของสารละลายจะวัดความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนหรือ H+ ไฮโดรเจนไอออนเป็นเอนทิตีที่มีประจุบวกเพียงตัวเดียว เรียกอีกอย่างว่าโปรตอน ยิ่งมีไฮโดรเจนไอออนอยู่ในสารละลายที่เป็นน้ำมาก สารละลายก็จะยิ่งมีความเป็นกรดมากขึ้น มาตราส่วน pH จะวัดค่าล็อกของความเข้มข้นของไอออน H+ ดังนั้นความเข้มข้นของ H+ ที่มากขึ้นจะให้จำนวนที่ต่ำกว่า มาตราส่วนบันทึกทำงานตั้งแต่ 0 ถึง 14 pH ที่ต่ำกว่า 7 ถือเป็นกรด และ pH ที่สูงกว่า 7 ถือเป็นด่าง ค่า pH เท่ากับ 7 ถูกกำหนดให้เป็นกลางเนื่องจากจำนวนของไฮโดรเจนไอออนที่เป็นกรดหรือ H+ และไฮดรอกซิลไอออนพื้นฐานหรือ OH- ในสารละลายมีค่าเท่ากัน

ระบบบัฟเฟอร์ประกอบด้วยกรดอ่อนและเบสอ่อนที่สอดคล้องกัน กรดถูกกำหนดให้เป็นโมเลกุลที่ปล่อยไฮโดรเจนไอออนในน้ำและเบสคือโมเลกุลที่รับไฮโดรเจนไอออน กรดอ่อนหรือเบสอ่อนจะแตกตัวเป็นไอออน หรือปล่อยไฮโดรเจนหรือไฮดรอกซิลไอออน ในน้ำเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ในขณะที่กรดและเบสแก่จะแตกตัวเป็นไอออนเกือบทั้งหมด เมื่อไฮโดรเจนไอออนส่วนเกินอยู่ในสารละลายบัฟเฟอร์ เบสที่อ่อนแอจะดูดกลืนไฮโดรเจนไอออนและเปลี่ยนเป็นกรดที่สอดคล้องกันในขณะที่รักษาค่า pH ของสารละลายไว้ เมื่อเติมเบสเข้าไป ปฏิกิริยาจะย้อนกลับและกรดอ่อนจะปล่อยไฮโดรเจนไอออนบางส่วนเพื่อทำให้สารละลายมีสภาพเป็นกรดมากขึ้นและเปลี่ยนเป็นเบสอ่อน

ระบบบัฟเฟอร์ฟอสเฟตช่วยรักษาค่า pH ภายในเซลล์ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ในระบบบัฟเฟอร์นี้ ไอออนของไดไฮโดรเจนฟอสเฟตทำหน้าที่เป็นกรดอ่อน ไอออนไฮโดรเจนฟอสเฟตเป็นตัวแทนของฐานที่อ่อนแอ ในน้ำหรือของเหลวภายในเซลล์ ไดไฮโดรเจนฟอสเฟตและไฮโดรเจนฟอสเฟตจะอยู่ในภาวะสมดุลเสมอ ขอบเขตของการแตกตัวเป็นไอออนของระบบไดไฮโดรเจนฟอสเฟต-ไฮโดรเจนฟอสเฟตจะแสดงด้วยค่าคงที่การแยกตัวหรือ pKa ซึ่งแสดงเป็นค่าบันทึก ระบบบัฟเฟอร์ฟอสเฟตเหมาะสำหรับเซลล์ที่มีชีวิตเนื่องจาก pKa เท่ากับ 7.21 ซึ่งใกล้เคียงกับ pH ทางสรีรวิทยามาก

ในสิ่งมีชีวิตชั้นสูงที่มีระบบไหลเวียนโลหิต ระบบบัฟเฟอร์ฟอสเฟตไม่สามารถคงสภาพที่เหมาะสมได้ pH ในเลือดเพราะความเข้มข้นของไดไฮโดรเจนฟอสเฟตและไฮโดรเจนฟอสเฟตไอออนไม่สูง พอ. ระบบบัฟเฟอร์ไบคาร์บอเนตสามารถรักษาเลือดไว้ที่ pH ประมาณ 7.4 ที่นี่ไบคาร์บอเนตเป็นกรดอ่อนและไฮโดรเจนคาร์บอเนตไอออนเป็นเบสอ่อน ไบคาร์บอเนตและไฮโดรเจนคาร์บอเนตเกิดจากคาร์บอนไดออกไซด์ที่ละลายในเลือด คาร์บอนไดออกไซด์ส่วนเกินจะถูกขับออกทางปอด