In cellen en levende organismen worden de vloeistoffen rond en in de cellen op een constante pH gehouden. De pH binnen dit systeem is vaak cruciaal voor de biochemische reacties die in het organisme plaatsvinden. Om biologische processen in het laboratorium te bestuderen, gebruiken wetenschappers buffers om de juiste pH tijdens het experiment te behouden. Veel biologische buffers werden oorspronkelijk beschreven door Good en collega's in 1966 en worden nog steeds gebruikt in laboratoria.

Hoe buffers werken

Een buffer is eenvoudigweg een oplossing die een zwak zuur en de geconjugeerde base bevat. Wanneer een zuur aan de buffer wordt toegevoegd, reageert het met de geconjugeerde base en maakt het een zwak zuur en beïnvloedt het de pH van de oplossing nauwelijks.

Vereisten van een buffer

Een aantal kenmerken maken een biologische buffer effectief. Ze moeten oplosbaar zijn in water, maar niet oplosbaar of minimaal oplosbaar in organische oplosmiddelen. De buffer moet niet door het celmembraan kunnen gaan, omdat dit het gedrag van de cel kan beïnvloeden. Buffers moeten niet-toxisch zijn, mogen geen UV-straling absorberen en moeten tijdens het hele experimenteel proces inert en stabiel blijven. Temperatuur en ionische samenstelling mogen de pH of de buffercapaciteit niet veranderen.

Een geschikte buffer selecteren

De gekozen buffer moet een pKa hebben die binnen het optimale bereik ligt voor het onderzochte proces. Een buffer met een hogere pKa is geschikt als het waarschijnlijk is dat de pH tijdens het experiment stijgt en vice versa als de pH naar verwachting daalt. Bufferconcentraties moeten worden geoptimaliseerd, omdat concentraties hoger dan 25 mM mogelijk een betere buffercapaciteit hebben, maar cellulaire activiteiten zoals enzymen kunnen remmen. De methode bepaalt ook welke buffer moet worden gebruikt; bijvoorbeeld, bij elektroforese is een buffer met een lage ionsterkte geschikt om te voorkomen dat de gelmatrix opwarmt.

Hoe de pH van een buffer te wijzigen

Omdat de pH kan veranderen met de temperatuur veranderingen, wetenschappers moeten de pH van de buffers testen op de temperatuur waarop ze het experiment zullen uitvoeren. Tris is een buffer die bijzonder gevoelig is voor verandering in pH met temperatuur. Alle pH-meters moeten op de bedrijfstemperatuur worden gekalibreerd. Additieven kunnen ook de pH veranderen, waardoor herkeuring noodzakelijk is. Om de pH te veranderen, wordt een zuur, gewoonlijk zoutzuur, of base, gewoonlijk natrium- of kaliumhydroxide, toegevoegd; dit moet langzaam gebeuren om inactivatie of chemische veranderingen in de buffer te voorkomen.

Voorbeelden van biologische buffers

TE-buffer, die 10 mM Tris · HCl en 1 mM EDTA is, is geschikt voor een aantal pH-waarden voor de opslag van nucleïnezuren. Elektroforese is een gebruikelijke methode voor de studie van eiwitten of nucleïnezuren; dit proces maakt gebruik van een aantal buffers, waaronder Tris-acetaat-EDTA, Tris-glycine en Tris-boraat-EDTA-buffers. Deze buffers voorkomen het verwarmen van de gelmatrix en kunnen, afhankelijk van het onderzoek, additieven bevatten zoals ureum en SDS