Nelle cellule e negli organismi viventi, i fluidi circostanti e all'interno delle cellule sono mantenuti a un pH costante. Il pH all'interno di questo sistema è spesso cruciale per le reazioni biochimiche che si verificano all'interno dell'organismo. Per studiare i processi biologici in laboratorio, gli scienziati usano i tamponi per mantenere il pH corretto durante l'esperimento. Molti buffer biologici sono stati originariamente descritti da Good e colleghi nel 1966 e sono tuttora utilizzati nei laboratori.

Come funzionano i buffer

Un buffer è semplicemente una soluzione contenente un acido debole e la sua base coniugata. Quando un acido viene aggiunto al tampone, reagisce con la base del coniugato producendo un acido debole e difficilmente influenzando il pH della soluzione.

Requisiti di un tampone

Un certo numero di caratteristiche fanno un tampone biologico efficace. Dovrebbero essere solubili in acqua, ma non solubili o minimamente solubili in solventi organici. Il tampone non dovrebbe essere in grado di passare attraverso la membrana cellulare, in quanto ciò potrebbe influenzare il comportamento delle cellule. I tamponi devono essere non tossici, non devono assorbire le radiazioni UV e devono rimanere inerti e stabili durante tutto il processo sperimentale. La temperatura e la composizione ionica non dovrebbero alterare il pH o la capacità tampone.

Selezionare un tampone appropriato

Il tampone scelto dovrebbe avere un pKa nel range ottimale per il processo in esame. Un tampone con un pKa più elevato è appropriato se è probabile che ci sia un aumento del pH durante l'esperimento e viceversa se si prevede che il pH cada. Le concentrazioni di tampone dovrebbero essere ottimizzate, in quanto concentrazioni superiori a 25 mM possono avere una migliore capacità tampone ma possono inibire le attività cellulari come gli enzimi. Il metodo stabilisce anche quale buffer usare; per esempio, in elettroforesi, un tampone con una bassa forza ionica è appropriato per evitare il riscaldamento della matrice di gel.

Come alterare il pH di un tampone

Perché il pH può alterare con la temperatura cambiamenti, gli scienziati dovrebbero testare il pH dei buffer alla temperatura a cui condurranno l'esperimento. Tris è un buffer particolarmente sensibile al cambiamento del pH con la temperatura. Tutti i pHmetri devono essere calibrati alla temperatura di lavoro. Gli additivi possono anche alterare il pH, rendendo necessaria la ripetizione. Per alterare il pH viene aggiunto un acido, solitamente acido cloridrico, o base, solitamente idrossido di sodio o di potassio; questo dovrebbe essere fatto lentamente per prevenire l'inattivazione o le modifiche chimiche nel buffer.

Esempi di buffer biologici

Il tampone TE, che è 10 mM Tris · HCl e 1 mM EDTA, è appropriato in un numero di valori di pH per la conservazione degli acidi nucleici. L'elettroforesi è un metodo comune per lo studio di proteine ​​o acidi nucleici; questo processo utilizza un numero di buffer, tra cui i tamponi Tris-acetato-EDTA, Tris-glicina e Tris-borato-EDTA. Questi buffer prevengono il riscaldamento della matrice gel e possono contenere additivi come urea e SDS, a seconda dell'indagine.