บทบาทของบัฟเฟอร์ในเซลล์

บัฟเฟอร์คือสารเคมีที่ช่วยให้ของเหลวต้านทานการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติที่เป็นกรดเมื่อเติมสารเคมีอื่นๆ ซึ่งปกติจะทำให้คุณสมบัติเหล่านี้เปลี่ยนแปลงไป บัฟเฟอร์จำเป็นสำหรับเซลล์ที่มีชีวิต เนื่องจากบัฟเฟอร์รักษาค่า pH ที่ถูกต้องของของเหลว pH คืออะไร? เป็นการวัดค่าความเป็นกรดของของเหลว ตัวอย่างเช่น น้ำมะนาวมีค่า pH ต่ำ 2 ถึง 3 และมีความเป็นกรดสูง น้ำผลไม้ในกระเพาะอาหารของคุณก็ทำหน้าที่ย่อยอาหารเช่นกัน เนื่องจากของเหลวที่เป็นกรดสามารถทำลายโปรตีนได้ และเซลล์ก็เต็มไปด้วยโปรตีน เซลล์จึงต้องมีบัฟเฟอร์ทั้งภายในและภายนอกเพื่อป้องกันเครื่องผลิตโปรตีน ค่า pH ภายในเซลล์อยู่ที่ประมาณ 7 ซึ่งถือว่าเป็นกลางเหมือนน้ำบริสุทธิ์

ตรงข้ามกับสารเคมีที่เป็นกรดคือสารเคมีที่เป็นเบส และทั้งสองชนิดสามารถมีอยู่ในของเหลวได้ กรดจะปล่อยไฮโดรเจนไอออนออกมาเป็นของเหลว ส่วนเบสจะดึงไฮโดรเจนไอออนออกจากของเหลว ยิ่งมีไฮโดรเจนไอออนที่ลอยอยู่ในของเหลวมากเท่าใด ของเหลวก็จะยิ่งมีความเป็นกรดมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้นกรดทำให้ของเหลวมีความเป็นกรดมากขึ้น และเบสทำให้ของเหลวเป็นเบสมากขึ้น -- เบสเป็นอีกวิธีหนึ่งในการบอกว่าเป็นกรดน้อยกว่า บัฟเฟอร์เป็นสารเคมีที่สามารถปล่อยหรือดูดซับไฮโดรเจนไอออนในของเหลวได้ง่าย ซึ่งหมายความว่าสามารถต้านทานการเปลี่ยนแปลงของค่า pH ได้โดยการควบคุมจำนวนไฮโดรเจนไอออนที่ลอยอยู่อย่างอิสระ ระดับ pH มีตั้งแต่ 0 ถึง 14 ค่า pH ตั้งแต่ 0 ถึง 7 ถือเป็นกรด และค่า pH ตั้งแต่ 7 ถึง 14 ถือเป็นค่าพื้นฐาน ค่า pH ตรงกลางคือ 7 เป็นกลางและเป็นน้ำบริสุทธิ์ บัฟเฟอร์ที่แตกต่างกันจะรักษา pH ที่แตกต่างกัน แต่บัฟเฟอร์ภายในเซลล์จะรักษา pH ไว้ที่ประมาณ 7.2

เซลล์สัตว์มีถุงที่เรียกว่าไลโซโซม กระเป๋าเหล่านี้เป็นศูนย์รีไซเคิลของเซลล์ ด้านในของถุงเหล่านี้มีสภาพเป็นกรด มีค่า pH เท่ากับ 5 และมีเอนไซม์หลายชนิดที่ย่อยโปรตีน ไขมัน น้ำตาล และดีเอ็นเอ สภาพแวดล้อมที่เป็นกรดภายในไลโซโซมช่วยสลายโมเลกุลเพื่อนำไปรีไซเคิล อย่างไรก็ตาม หากถุงเหล่านี้อย่างน้อยหนึ่งถุงเปิดออกโดยไม่ได้ตั้งใจภายในเซลล์ เนื้อหาที่เป็นกรดจะรั่วไหลไปยังส่วนที่เหลือของเซลล์และทำให้ทั้งเซลล์มีสภาพเป็นกรด เซลล์มีบัฟเฟอร์ที่ป้องกันตัวเองในกรณีที่เกิดการรั่วไหล เนื่องจากบัฟเฟอร์ต้านทานการเปลี่ยนแปลงของ pH ไลโซโซมบางตัวที่เปิดออกจะไม่ทำให้ pH ภายในเซลล์มีความเป็นกรดมากขึ้น

อันตรายจากการเปลี่ยนแปลงค่า pH ภายในเซลล์คือค่า pH มีผลอย่างมากต่อโครงสร้างของโปรตีน เซลล์ประกอบด้วยโปรตีนหลายประเภท และโปรตีนแต่ละชนิดจะทำงานก็ต่อเมื่อมีรูปร่างสามมิติที่เหมาะสมเท่านั้น รูปร่างของโปรตีนถูกยึดไว้โดยแรงดึงดูดภายในโปรตีน เช่นเดียวกับแม่เหล็กขนาดเล็กจำนวนมากที่นี่และที่นั่นซึ่งเชื่อมต่อเพื่อยึดโปรตีนทั้งหมดเข้าที่ แม่เหล็กเหล่านี้บางส่วนจะสูญเสียพลังงานแม่เหล็กหากค่า pH เปลี่ยนแปลง ดังนั้น หากภายในเซลล์มีความเป็นกรดหรือด่างเกินไป โปรตีนจะเริ่มสูญเสียรูปร่างและไม่สามารถทำงานได้อีกต่อไป เซลล์กลายเป็นเหมือนโรงงานที่ไม่มีคนงานและไม่มีช่างซ่อม ดังนั้นบัฟเฟอร์ภายในเซลล์จึงป้องกันไม่ให้สิ่งนี้เกิดขึ้น

ในปี 2014 วารสาร Nature ได้รายงานการค้นพบที่น่าตื่นเต้นมากจากนักวิจัยสเต็มเซลล์ชาวญี่ปุ่น เซลล์ผู้ใหญ่ปกติเช่นเซลล์ผิวหนังและเซลล์สมองสามารถเปลี่ยนเป็นเซลล์ต้นกำเนิดได้เมื่ออยู่ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด เซลล์ต้นกำเนิดเป็นเซลล์ที่มีศักยภาพที่จะกลายเป็นเซลล์ชนิดใดก็ได้ในร่างกาย ซึ่งทำให้มีแนวโน้มมากที่จะรักษาโรค เซลล์ที่ตาย หายไป หรือแตกหักสามารถถูกแทนที่ด้วยเซลล์ใหม่ได้ เซลล์ต้นกำเนิดสามารถนำมาจากตัวอ่อนที่ถูกบดขยี้แล้ว ซึ่งเป็นที่ถกเถียงกันอย่างมากเมื่อพูดถึงตัวอ่อนของมนุษย์ ดังนั้น การเปลี่ยนเซลล์ที่โตเต็มวัยให้กลายเป็นเซลล์ต้นกำเนิดจึงเป็นขั้นตอนที่น่าตื่นเต้นสำหรับวิทยาศาสตร์ชีวการแพทย์ สิ่งที่การศึกษานี้บอกเราคือบัฟเฟอร์ภายในเซลล์ยังมีแนวโน้มที่จะป้องกันไม่ให้เซลล์ลืมเอกลักษณ์ของผู้ใหญ่และกลายเป็นเซลล์ต้นกำเนิด