Пам'ятаєте історію про Золотушку і трьох ведмедів? Коли Златовласка заходить до будинку ведмедів, вона пробує кашу і виявляє, що перша занадто гаряча, а друга занадто холодна. Коли вона пробує третю, вона знаходить кашу, яка є в самий раз. Так само, як Златовласка хотіла каші, яку було б ідеально їсти, організми хочуть середовища, яке є таким в самий раз. Але що є в самий раз для організму?
Фізіологічний рН
Кров людини незначно основний з рН близько 7,4. Як тільки рН крові опускається нижче 7,35, вважається, що людина перебуває у фізіологічному ацидозі (що погано). Як тільки рН опуститься нижче 7,0, це може стати фатальним.
Тож як організм підтримує правильний рівень рН протягом дня незалежно від ситуації? Він використовує біологічну буферну систему.
Що таке біологічні буфери?
A біологічний буфер - це органічна речовина, яка надає нейтралізуючу дію на іони водню. Таким чином, біологічний буфер допомагає підтримувати організм у правильному значенні рН, щоб біохімічні процеси продовжували протікати оптимально.
Більшість буферів складається із слабкої кислоти та слабкої основи. Вони допомагають підтримувати заданий рН навіть після додавання кислоти або основи. Наприклад, кров містить вугільну кислоту (H2CO3) -бікарбонат (HCO3-) буферна система. У цій системі слабка кислота дисоціює незначною мірою, даючи бікарбонатні іони. Ці іони здатні зв'язувати додатковий H+іони, що плавають у крові. Це реформує слабку кислоту і зменшує кількість Н+ іони в розчині.
Коли це може статися? Ну, фізичні вправи збільшують кількість іонів водню, що плавають у вашій крові. Коли це відбувається, в дію вступає буферна система вуглекислоти та бікарбонату. Вловлюючи надлишок іонів водню, рН крові не стає занадто кислим.
Чому буфери мають значення?
Клітини функціонують у вузькому діапазоні рН. Так само численні ферменти, які допомагають перетравлювати їжу, подавати енергію та передавати сигнали між нервовими клітинами. Таким чином, життєво важливо, щоб рН в організмі та в цих клітинах не різко змінювався. Інакше вони перестануть виконувати роботу, яка вам потрібна. Щоб цього не сталося, буфери містяться у всіх біологічно важливих розчинах.
Біологічні буфери також можуть бути буферні системи які допомагають підтримувати стабільний рН навколо фізіологічного рН. Проводячи експерименти з окремими компонентами клітин або окремими білками, вчені повинні враховувати буфер, який вони використовують. Без хорошого буфера активність компонента, який вони хочуть вивчити, може зменшитися.
Наприклад, якщо вчений працює з білком, який функціонує в мозку при рН 7,4, але вчений використовує буфер рН 8,0, тоді білок не буде функціонувати оптимально. Натомість вчений повинен перейти на буфер, ближчий до рН, в якому білок насправді функціонує. Таким чином вчений може спостерігати функціонування білка в середовищі, подібному до природного.
Які приклади біологічних буферів?
Існує безліч різних біологічних буферів, що виготовляються та продаються з особливою метою підтримання фізіологічного рН. Це дуже важливо для вченого, який працює з біологічно важливими матеріалами. Ці буфери добре підтримують стабільний рН близько 7,4. Називається дуже часто використовуваний біологічний буфер HEPES (4- (2-гідроксиетил) -1-піперазинетансульфокислота). Цей буфер дуже добре підтримує стабільний рівень рН між 6,8 і 8,2.
Буфери слід вибирати, виходячи з знання рН, при якому ти хочеш працювати, і діапазону, в якому ти повинен мати стійкий рН.