Cellen in levende organismen moeten de juiste pH, of zuur-base balans, behouden om goed te kunnen functioneren. De juiste pH wordt bereikt door middel van het fosfaatbuffersysteem. Het bestaat uit diwaterstoffosfaat- en waterstoffosfaationen in evenwicht met elkaar. Dit buffersysteem is bestand tegen pH-veranderingen, omdat de concentraties van de diwaterstoffosfaat- en waterstofphofaat-ionen in de cel groot zijn in vergelijking met de concentraties aan zure of basische ionen die in de cel worden geproduceerd.

Wat is de pH?

De pH van een oplossing meet de concentratie van waterstofionen of H +. Waterstofionen zijn enkele positief geladen entiteiten, ook wel protonen genoemd. Hoe meer waterstofionen er zijn in een oplossing op waterbasis, hoe zuurder de oplossing wordt. De pH-schaal meet de log van H + -ionconcentraties, zodat een grotere H + -concentratie een lager aantal zal geven. De logschaal loopt van 0 tot 14. Een pH lager dan 7 wordt als zuur beschouwd en een pH boven 7 is alkalisch. Een pH van 7 wordt gedefinieerd als neutraal omdat het aantal zure waterstofionen, of H +, en basische hydroxylionen, of OH-, in een oplossing gelijk zijn.

Hoe buffers werken

A buffersysteem bestaat uit een zwak zuur en de bijbehorende zwakke base. Een zuur wordt gedefinieerd als een molecuul dat waterstofionen in water vrijmaakt en een base is een molecuul dat waterstofionen accepteert. Een zwak zuur of een zwakke base ioniseert, of geeft waterstof- of hydroxylionen op, slechts enigszins in water, terwijl sterke zuren en basen bijna volledig ioniseren. Wanneer overmatige waterstofionen zich in de bufferoplossing bevinden, vreet de zwakke base de waterstofionen op en verandert deze in het overeenkomstige zuur terwijl de pH van de oplossing behouden blijft. Wanneer een base wordt toegevoegd, keert de reactie om en geeft het zwakke zuur enkele waterstofionen af ​​om de oplossing zuurder te maken en verandert in een zwakke base.

Het fosfaatbuffersysteem

fosfaatbuffersysteem handhaaft de intracellulaire pH in alle levende organismen. In dit buffersysteem dienen diwaterstoffosfaationen als het zwakke zuur. Waterstoffosfaat-ionen vertegenwoordigen de zwakke base. In water of in intracellulaire vloeistof zijn diwaterstoffosfaat en waterstoffosfaat altijd in evenwicht met elkaar. De mate van ionisatie van het diwaterstoffosfaat-waterstoffosfaatsysteem wordt weergegeven door de dissociatieconstante of pKa-waarde, die wordt uitgedrukt als een log-waarde. Het fosfaatbuffersysteem is zeer geschikt voor levende cellen omdat de pKa 7.21 is, wat erg dicht bij de fysiologische pH ligt.

Wanneer het fosfaatbuffersysteem onvoldoende is

In hogere organismen met een circulatiesysteem, kan het fosfaatbuffersysteem de juiste pH in het bloed niet handhaven, omdat de diwaterstoffosfaat- en waterstoffosfaationenconcentraties niet hoog genoeg zijn. Het bicarbonaatbuffersysteem is in staat om het bloed op een pH van ongeveer 7,4 te houden. Hier is bicarbonaat het zwakke zuur en waterstofcarbonaat ion de zwakke base. Bicarbonaat en waterstofcarbonaat worden gevormd uit opgelost koolstofdioxide in het bloed. Overtollig koolstofdioxide wordt via de longen verdreven.