Le cellule degli organismi viventi devono mantenere il corretto pH, o equilibrio acido-base, per funzionare correttamente. Il pH corretto viene raggiunto mediante il sistema di tamponamento fosfato. Consiste di ioni diidrogeno fosfato e idrogeno fosfato in equilibrio tra loro. Questo sistema tampone resiste alle variazioni di pH, poiché le concentrazioni degli ioni diidrogeno fosfato e idrogeno fosfato nella cellula sono grandi rispetto alle concentrazioni di ioni acidi o basici prodotti nella cellula.

Che cos'è il pH?

Il pH di una soluzione misura la concentrazione di ioni idrogeno, o H +. Gli ioni idrogeno sono entità con carica positiva singola, chiamate anche protoni. Più ioni idrogeno ci sono in una soluzione a base d'acqua, più diventa acida la soluzione. La scala del pH misura il log delle concentrazioni di ioni H +, in modo che una maggiore concentrazione di H + dia un numero inferiore. La scala del registro va da 0 a 14. Un pH inferiore a 7 è considerato acido e un pH superiore a 7 è alcalino. Un pH di 7 è definito neutro perché il numero di ioni di idrogeno acidi, o H + e ioni ossidrile basici, o OH-, in una soluzione sono uguali.

Come funzionano i tamponi

A sistema di bufferizzazione è costituito da un acido debole e la sua base debole corrispondente. Un acido è definito come una molecola che rilascia ioni di idrogeno in acqua e una base è una molecola che accetta ioni di idrogeno. Un acido debole o base debole ionizza o rilascia idrogeno o ioni ossidrile, solo leggermente in acqua, mentre gli acidi e le basi forti ionizzano quasi completamente. Quando gli ioni di idrogeno in eccesso si trovano nella soluzione tampone, la base debole ingurgita gli ioni idrogeno e cambia nel suo corrispondente acido preservando il pH della soluzione. Quando si aggiunge una base, la reazione si inverte e l'acido debole rilascia alcuni dei suoi ioni idrogeno per rendere la soluzione più acida e si trasforma in una base debole.

Il sistema tampone fosfato

sistema tampone fosfato mantiene il pH intracellulare in tutti gli organismi viventi. In questo sistema tampone, gli ioni fosfato diidrogeno fungono da acido debole. Gli ioni fosfato di idrogeno rappresentano la base debole. Nell'acqua o nel liquido intracellulare, il diidrogeno fosfato e l'idrogeno fosfato sono sempre in equilibrio l'uno con l'altro. L'entità della ionizzazione del sistema diidrogeno fosfato-idrogeno fosfato è rappresentata dalla costante di dissociazione, o pKa, valore, che è espressa come valore di log. Il sistema di tamponamento fosfato è adatto per le cellule viventi perché il pKa è 7.21, che è molto vicino al pH fisiologico.

Quando il sistema tampone fosfato è insufficiente

Negli organismi superiori con un sistema circolatorio, il sistema tampone fosfato non può mantenere il pH corretto nel sangue perché le concentrazioni di diidrogeno fosfato e idrogeno fosfato non sono abbastanza elevate. Il sistema tampone bicarbonato è in grado di mantenere il sangue a un pH di circa 7,4. Qui, il bicarbonato è l'acido debole e lo ione carbonato di idrogeno è la base debole. Il bicarbonato e l'idrogeno carbonato sono formati da biossido di carbonio disciolto nel sangue. L'eccesso di anidride carbonica viene espulso attraverso i polmoni.