Σημαντικά buffers σε ζωντανά συστήματα

Το ρυθμιστικό διάλυμα είναι μια χημική ουσία που βοηθά στη διατήρηση ενός σχετικά σταθερού pH σε ένα διάλυμα, ακόμη και σε περίπτωση προσθήκης οξέων ή βάσεων. Το buffering είναι σημαντικό στα ζωντανά συστήματα ως μέσο διατήρησης ενός αρκετά σταθερού εσωτερικού περιβάλλοντος, γνωστό και ως ομοιόσταση. Τα μικρά μόρια όπως τα διττανθρακικά και τα φωσφορικά άλατα παρέχουν ρυθμιστική ικανότητα όπως και άλλες ουσίες, όπως η αιμοσφαιρίνη και άλλες πρωτεΐνες.

Ρυθμιστικό διάλυμα διττανθρακικών

Η διατήρηση του pH του αίματος ρυθμίζεται μέσω του ρυθμιστικού διαλύματος διττανθρακικών. Αυτό το σύστημα αποτελείται από ιόντα ανθρακικού οξέος και διττανθρακικών ιόντων. Όταν το pH του αίματος πέφτει στο όξινο εύρος, αυτό το ρυθμιστικό δρα σχηματίζοντας αέριο διοξείδιο του άνθρακα. Οι πνεύμονες διώχνουν αυτό το αέριο έξω από το σώμα κατά τη διαδικασία της αναπνοής. Κατά τη διάρκεια αλκαλικών συνθηκών, αυτό το ρυθμιστικό διάλυμα επαναφέρει το pH στο ουδέτερο προκαλώντας απέκκριση των διττανθρακικών ιόντων μέσω των ούρων.

Ρυθμιστικό διάλυμα φωσφορικών

Το σύστημα ρυθμιστικού διαλύματος φωσφορικών δρα με τρόπο παρόμοιο με το ρυθμιστικό διάλυμα διττανθρακικών, αλλά έχει πολύ ισχυρότερη δράση. Το εσωτερικό περιβάλλον όλων των κυττάρων περιέχει αυτό το ρυθμιστικό διάλυμα που περιλαμβάνει ιόντα όξινου φωσφορικού και διόξινο φωσφορικά ιόντα. Υπό συνθήκες όταν η περίσσεια υδρογόνου εισέρχεται στο κύτταρο, αντιδρά με τα υδροφωσφορικά ιόντα, τα οποία τα αποδέχονται. Υπό αλκαλικές συνθήκες, τα διόξινο φωσφορικά ιόντα δέχονται την περίσσεια ιόντων υδροξειδίου που εισέρχονται στο κύτταρο.

Ρυθμιστικό διάλυμα πρωτεΐνης

Οι πρωτεΐνες αποτελούνται από αμινοξέα που συγκρατούνται μεταξύ τους με πεπτιδικούς δεσμούς. Τα αμινοξέα διαθέτουν μια αμινομάδα και μια ομάδα καρβοξυλικού οξέος. Σε φυσιολογικό pH, το καρβοξυλικό οξύ υπάρχει ως το καρβοξυλικό ιόν (COO) με αρνητικό φορτίο και η αμινομάδα υπάρχει ως ιόν ΝΗ. Όταν το pH γίνεται όξινο, η καρβοξυλική ομάδα καταλαμβάνει περίσσεια ιόντων υδρογόνου για να επιστρέψει στη μορφή του καρβοξυλικού οξέος. Εάν το pH του αίματος γίνει αλκαλικό, υπάρχει απελευθέρωση πρωτονίου από το ιόν NH, το οποίο παίρνει το NH₂ μορφή.

Ρυθμιστικό διάλυμα αιμοσφαιρίνης

Η αναπνευστική χρωστική ουσία που υπάρχει στο αίμα, η αιμοσφαιρίνη, έχει επίσης ρυθμιστική δράση στους ιστούς. Έχει την ικανότητα να συνδέεται είτε με πρωτόνια είτε με οξυγόνο σε μια δεδομένη χρονική στιγμή. Το δέσιμο του ενός απελευθερώνει το άλλο. Στην αιμοσφαιρίνη, η δέσμευση των πρωτονίων συμβαίνει στο τμήμα της σφαιρίνης ενώ η δέσμευση οξυγόνου συμβαίνει στο σίδηρο του τμήματος της αίμης. Κατά τη στιγμή της άσκησης, τα πρωτόνια παράγονται σε περίσσεια. Η αιμοσφαιρίνη βοηθά στη ρυθμιστική δράση δεσμεύοντας αυτά τα πρωτόνια και απελευθερώνοντας ταυτόχρονα μοριακό οξυγόνο.