Keseimbangan asam-basa memainkan peran besar dalam fungsi normal tubuh manusia. Darah yang beredar di dalam tubuh merupakan campuran sel-sel hidup yang berada dalam habitat cair. Fitur keamanan pertama yang mengontrol tingkat pH dalam darah adalah sistem buffer. Ini adalah mekanisme fisiologis yang memastikan bahwa parameter keseimbangan asam-basa dipertahankan dengan mencegah penurunan pH. Apa itu dan apa varietasnya, kita akan temukan di bawah.
Deskripsi
Sistem buffer adalah mekanisme yang unik. Ada beberapa dari mereka dalam tubuh manusia, dan mereka semua terdiri dari plasma dan sel darah. Buffer adalah basa (protein dan senyawa anorganik) yang mengikat atau menyumbangkan H+ dan OH-, menghancurkan pergeseran pH dalam waktu tiga puluh detik. Kemampuan buffer untuk menjaga keseimbangan asam-basa tergantung pada jumlah elemen penyusunnya.
Jenis buffer darah
Darah yang terus bergerak adalah sel hidup,yang ada dalam medium cair. pH normal adalah 7, 37-7, 44. Pengikatan ion terjadi dengan buffer tertentu, klasifikasi sistem buffer diberikan di bawah ini. Itu sendiri terdiri dari plasma dan sel darah dan dapat berupa fosfat, protein, bikarbonat atau hemoglobin. Semua sistem ini memiliki mekanisme aksi yang cukup sederhana. Aktivitas mereka bertujuan untuk mengatur tingkat ion dalam darah.
Fitur buffer hemoglobin
Sistem buffer hemoglobin adalah yang paling kuat, ini adalah alkali di kapiler jaringan dan asam di organ dalam seperti paru-paru. Ini menyumbang sekitar tujuh puluh lima persen dari total kapasitas buffer. Mekanisme ini terlibat dalam banyak proses yang terjadi dalam darah manusia, dan memiliki globin dalam komposisinya. Ketika buffer hemoglobin berubah menjadi bentuk lain (oksihemoglobin), bentuk ini berubah, dan sifat asam zat aktif juga berubah.
Kualitas hemoglobin tereduksi kurang dari asam karbonat, tetapi menjadi jauh lebih baik ketika dioksidasi. Ketika keasaman pH diperoleh, hemoglobin menggabungkan ion hidrogen, ternyata sudah berkurang. Ketika karbon dioksida dibersihkan dari paru-paru, pH menjadi basa. Pada saat ini, hemoglobin, yang telah dioksidasi, bertindak sebagai donor proton, dengan bantuan keseimbangan asam-basa. Jadi, penyangga, yang terdiri dari oksihemoglobin dan garam kaliumnya, mendorong pelepasan karbon dioksida dari tubuh.
Sistem buffer ini berfungsiperan penting dalam proses pernapasan, karena melakukan fungsi transportasi mentransfer oksigen ke jaringan dan organ internal dan menghilangkan karbon dioksida dari mereka. Keseimbangan asam-basa di dalam eritrosit dipertahankan pada tingkat yang konstan, oleh karena itu, dalam darah juga.
Jadi, ketika darah jenuh dengan oksigen, hemoglobin berubah menjadi asam kuat, dan ketika melepaskan oksigen, berubah menjadi asam organik yang cukup lemah. Sistem oksihemoglobin dan hemoglobin saling bertukar, mereka ada sebagai satu.
Fitur buffer bikarbonat
Sistem penyangga bikarbonat juga kuat, tetapi juga paling terkontrol di dalam tubuh. Ini menyumbang sekitar sepuluh persen dari total kapasitas buffer. Ini memiliki sifat serbaguna yang memastikan efektivitas dua arahnya. Buffer ini mengandung pasangan asam-basa terkonjugasi, yang terdiri dari molekul seperti asam karbonat (sumber proton) dan anion bikarbonat (akseptor proton).
Dengan demikian, sistem penyangga bikarbonat mendorong proses sistematis di mana asam kuat memasuki aliran darah. Mekanisme ini mengikat asam ke anion bikarbonat, membentuk asam karbonat dan garamnya. Ketika alkali memasuki darah, buffer mengikat asam karbonat, membentuk garam bikarbonat. Karena ada lebih banyak natrium bikarbonat dalam darah manusia daripada asam karbonat, kapasitas buffer ini akan memiliki keasaman yang tinggi. Dengan kata lain, penyangga hidrokarbonsistem (bikarbonat) sangat baik dalam mengkompensasi zat yang meningkatkan keasaman darah. Ini termasuk asam laktat, yang konsentrasinya meningkat dengan aktivitas fisik yang intens, dan buffer ini bereaksi sangat cepat terhadap perubahan keseimbangan asam-basa dalam darah.
Fitur buffer fosfat
Sistem buffer fosfat manusia menempati hampir dua persen dari total kapasitas buffer, yang terkait dengan kandungan fosfat dalam darah. Mekanisme ini mempertahankan pH dalam urin dan cairan yang ada di dalam sel. Buffer terdiri dari fosfat anorganik: monobasic (bertindak sebagai asam) dan dibasic (bertindak sebagai alkali). Pada pH normal, perbandingan asam dan basa adalah 1:4. Dengan peningkatan jumlah ion hidrogen, sistem buffer fosfat mengikat mereka, membentuk asam. Mekanisme ini lebih asam daripada basa, sehingga secara sempurna menetralkan metabolit asam, seperti asam laktat, yang memasuki aliran darah manusia.
Fitur buffer protein
Penyangga protein tidak memainkan peran khusus dalam menstabilkan keseimbangan asam-basa, dibandingkan dengan sistem lain. Ini menyumbang sekitar tujuh persen dari total kapasitas buffer. Protein terdiri dari molekul-molekul yang bergabung membentuk senyawa asam-basa. Dalam lingkungan asam, mereka bertindak sebagai alkali yang mengikat asam, dalam lingkungan basa, semuanya terjadi sebaliknya.
Ini mengarah pada pembentukan sistem penyangga protein, yangcukup efektif pada nilai pH 7,2 hingga 7,4. Sebagian besar protein diwakili oleh albumin dan globulin. Karena muatan protein adalah nol, pada pH normal dalam bentuk alkali dan garam. Kapasitas buffer ini tergantung pada jumlah protein, strukturnya dan proton bebas. Buffer ini dapat menetralkan produk asam dan basa. Tapi kapasitasnya lebih asam daripada basa.
Fitur eritrosit
Biasanya, eritrosit memiliki pH konstan - 7, 25. Buffer hidrokarbonat dan fosfat berpengaruh di sini. Tetapi dalam hal kekuatan, mereka berbeda dari yang ada di darah. Dalam eritrosit, penyangga protein memainkan peran khusus dalam menyediakan organ dan jaringan dengan oksigen, serta menghilangkan karbon dioksida dari mereka. Selain itu, ia mempertahankan nilai pH konstan di dalam eritrosit. Penyangga protein dalam eritrosit berkaitan erat dengan sistem bikarbonat, karena rasio asam dan garam di sini lebih kecil daripada di dalam darah.
Contoh sistem buffer
Larutan asam kuat dan basa kuat, yang memiliki reaksi lemah, memiliki pH yang bervariasi. Tetapi campuran asam asetat dengan garamnya mempertahankan nilai yang stabil. Bahkan jika Anda menambahkan asam atau basa ke dalamnya, keseimbangan asam-basa tidak akan berubah. Sebagai contoh, perhatikan buffer asetat, yang terdiri dari asam CH3COOH dan garamnya CH3COO. Jika ditambahkan asam kuat, maka basa garam akan mengikat ion H+ dan berubah menjadi asam asetat. Pengurangan anion garamdiseimbangkan dengan peningkatan molekul asam. Akibatnya, hanya ada sedikit perubahan dalam rasio asam terhadap garamnya, sehingga perubahan pH cukup kentara.
Mekanisme kerja sistem buffer
Ketika produk asam atau basa memasuki aliran darah, buffer mempertahankan nilai pH konstan sampai produk yang masuk dikeluarkan atau digunakan dalam proses metabolisme. Ada empat buffer dalam darah manusia, yang masing-masing terdiri dari dua bagian: asam dan garamnya, serta alkali kuat.
Efek buffer disebabkan oleh fakta bahwa buffer mengikat dan menetralkan ion yang datang dengan komposisi yang sesuai dengannya. Karena di alam tubuh sebagian besar menghadapi produk metabolisme yang kurang teroksidasi, sifat buffer lebih anti-asam daripada anti-basa.
Setiap sistem buffer memiliki prinsip operasinya sendiri. Ketika tingkat pH turun di bawah 7,0, aktivitas kuat mereka dimulai. Mereka mulai mengikat kelebihan ion hidrogen bebas, membentuk kompleks yang menggerakkan oksigen. Ini, pada gilirannya, bergerak ke sistem pencernaan, paru-paru, kulit, ginjal, dan sebagainya. Pengangkutan produk asam dan basa seperti itu berkontribusi pada pembongkaran dan ekskresinya.
Dalam tubuh manusia, hanya empat sistem buffer yang berperan penting dalam menjaga keseimbangan asam basa, tetapi ada buffer lain, seperti sistem buffer asetat, yang memiliki asam lemah (donor) dan garamnya (akseptor). Kemampuan mekanisme iniuntuk menahan perubahan pH ketika asam atau garam memasuki darah terbatas. Mereka menjaga keseimbangan asam-basa hanya ketika asam kuat atau alkali disuplai dalam jumlah tertentu. Jika terlampaui, pH akan berubah drastis, sistem buffer akan berhenti berfungsi.
Efisiensi buffer
Buffer darah dan eritrosit memiliki efisiensi yang berbeda. Yang terakhir, lebih tinggi, karena ada buffer hemoglobin di sini. Penurunan jumlah ion terjadi dalam arah dari sel ke lingkungan antar sel, dan kemudian ke darah. Hal ini menunjukkan bahwa darah memiliki kapasitas buffer terbesar, sedangkan lingkungan intraseluler memiliki kapasitas buffer terkecil.
Saat sel dimetabolisme, asam muncul yang masuk ke cairan interstisial. Ini terjadi semakin mudah, semakin banyak mereka muncul di dalam sel, karena kelebihan ion hidrogen meningkatkan permeabilitas membran sel. Kita sudah mengetahui klasifikasi sistem buffer. Dalam eritrosit, mereka memiliki sifat yang lebih efektif, karena serat kolagen masih berperan di sini, yang bereaksi dengan pembengkakan terhadap akumulasi asam, mereka menyerapnya dan melepaskan eritrosit dari ion hidrogen. Kemampuan ini karena sifat penyerapannya.
Interaksi buffer dalam tubuh
Semua mekanisme yang ada di dalam tubuh saling berhubungan. Penyangga darah terdiri dari beberapa sistem, yang kontribusinya untuk menjaga keseimbangan asam-basa berbeda. Ketika darah memasuki paru-paru, ia menerima oksigen.dengan mengikat hemoglobin dalam sel darah merah, membentuk oksihemoglobin (asam), yang mempertahankan tingkat pH. Dengan bantuan karbonat anhidrase, ada pemurnian paralel darah paru-paru dari karbon dioksida, yang dalam eritrosit disajikan dalam bentuk asam karbonat dibasa lemah dan karbaminohemoglobin, dan dalam darah - karbon dioksida dan air.
Dengan penurunan jumlah asam karbonat dibasic lemah dalam eritrosit, ia menembus dari darah ke dalam eritrosit, dan darah dibersihkan dari karbon dioksida. Jadi, asam karbonat dibasic yang lemah secara konstan berpindah dari sel ke dalam darah, dan anion klorida yang tidak aktif memasuki eritrosit dari darah untuk mempertahankan netralitas. Akibatnya, sel darah merah lebih asam daripada plasma. Semua sistem buffer dibenarkan oleh rasio donor-akseptor proton (4:20), yang dikaitkan dengan kekhasan metabolisme tubuh manusia, yang membentuk lebih banyak produk asam daripada basa. Indikator kapasitas buffer asam sangat penting di sini.
Proses pertukaran dalam jaringan
Keseimbangan asam-basa dipertahankan oleh buffer dan transformasi metabolisme di jaringan tubuh. Ini dibantu oleh proses biokimia dan fisika-kimia. Mereka berkontribusi pada hilangnya sifat asam-basa dari produk metabolisme, pengikatannya, pembentukan senyawa baru yang dengan cepat dikeluarkan dari tubuh. Misalnya, sejumlah besar asam laktat diekskresikan menjadi glikogen, asam organik dinetralkan oleh garam natrium. Kuatasam dan basa larut dalam lipid, dan asam organik teroksidasi membentuk asam karbonat.
Dengan demikian, sistem buffer adalah asisten pertama dalam normalisasi keseimbangan asam-basa dalam tubuh manusia. Stabilitas pH diperlukan untuk fungsi normal molekul dan struktur biologis, organ dan jaringan. Dalam kondisi normal, proses buffer menjaga keseimbangan antara masuk dan keluarnya ion hidrogen dan karbon dioksida, yang membantu menjaga tingkat pH konstan dalam darah.
Jika ada kegagalan dalam kerja sistem buffer, maka seseorang mengembangkan patologi seperti alkalosis atau asidosis. Semua sistem buffer saling berhubungan dan bertujuan untuk menjaga keseimbangan asam-basa yang stabil. Tubuh manusia terus-menerus menghasilkan sejumlah besar produk asam, yang setara dengan tiga puluh liter asam kuat.
Kestabilan reaksi di dalam tubuh disediakan oleh buffer kuat: fosfat, protein, hemoglobin, dan bikarbonat. Ada sistem penyangga lain, tetapi ini adalah yang utama dan paling penting untuk organisme hidup. Tanpa bantuan mereka, seseorang akan mengembangkan berbagai patologi yang dapat menyebabkan koma atau kematian.
