בשריר עובד נוצרות חומצה לקטית ומולקולות CO₂ בכמויות גדולות, ובכל זאת ה-pH של הדם בסוף אימון מאומץ כמעט זהה לזה שלפניו. הסיבה אינה שנוצרה פחות חומצה, אלא שהדם מכיל מערכת שמנטרלת אותה כמעט ברגע היווצרותה.

ממה עשוי בופר ולמה זה עובד

תְּמִיסַת בּוֹפֶר (buffer solution) היא תמיסה שערך ה-pH שלה משתנה אך במעט גם כשמוסיפים לה כמות ניכרת של חומצה או של בסיס. היא בנויה משני שותפים הנמצאים יחד בתמיסה: חֻמְצָה חַלָּשָׁה (weak acid) ובָּסִיס מְצֻמָּד (conjugate base) שלה. חומצה חלשה מתפרקת רק חלקית, ולכן שתי הצורות מתקיימות זו לצד זו — וזה בדיוק המפתח: קיים מאגר שיכול לקלוט יוני H⁺ שמתווספים לתמיסה, ובמקביל מאגר שיכול לשחרר יוני H⁺ אם הם נחסרים ממנה.

הבופר המרכזי בדם הוא מַעֲרֶכֶת הַבִּיקַרְבּוֹנָט (bicarbonate buffer system), המתוארת בשיווי המשקל: CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻. החומצה החלשה היא חומצה פחמתית (H₂CO₃) והבסיס המצומד הוא יון ביקרבונט (HCO₃⁻), שריכוזו בדם הוא כ-22–26 מילימול לליטר.

כשמתווספת חומצה: יוני H⁺ משתחררים לדם ← יוני HCO₃⁻ קושרים אותם ← נוצרת H₂CO₃ ← היא מתפרקת ל-CO₂ ולמים ← ה-CO₂ מסולק בנשיפה בריאות. יוני המימן החופשיים הוסרו מהתמיסה, ולכן ה-pH ירד רק במעט. כשמתווסף בסיס מתרחש התהליך ההפוך: יוני OH⁻ מתווספים ← מולקולות H₂CO₃ משחררות H⁺ ← ה-H⁺ מגיב עם ה-OH⁻ ליצירת מים ← ה-pH כמעט אינו עולה. שימו לב שהבופר אינו "מונע" את התוספת; הוא ממיר אותה לתרכובות שאינן משנות את ריכוז ה-H⁺ החופשי.

הקיבולת מוגבלת, והמשמעות הביולוגית

לקִבֹּלֶת הַבּוֹפֶר (buffer capacity) יש גבול. כל יון HCO₃⁻ שקשר H⁺ כבר אינו זמין לקשירה נוספת, וכשהמאגר מתרוקן כל תוספת חומצה משנה את ה-pH במלוא עוצמתה. אפשר לחשוב על הבופר כעל ספוג שסופג נוזל שנשפך, אבל האנלוגיה נשברת בנקודה חשובה: ספוג רווי אפשר לסחוט ולהחזיר לשימוש בפעולה אחת, ואילו מאגר הביקרבונט מתחדש רק בעבודה מתמשכת של הריאות, המסלקות CO₂, ושל הכליות, המפרישות H⁺ ומייצרות HCO₃⁻ מחדש.

החשיבות למערכות ביולוגיות נובעת ישירות מתלות האנזימים ב-pH. ה-pH של הדם נשמר בטווח צר של 7.35–7.45 (ממוצע 7.40), אף שתאי הגוף מייצרים חומצות ברציפות. ירידה מ-7.4 ל-7.0 נשמעת קטנה, אך משמעותה ריכוז H⁺ גדול פי 2.5 בערך — די כדי לשנות את מצב היינון של קבוצות הצד באתרים הפעילים ולהוריד את קצב התגובות במסלולים מטבוליים רבים בבת אחת. ערכים מתחת ל-6.8 או מעל 7.8 אינם מאפשרים חיים לאורך זמן. הבופר הוא אפוא רכיב מרכזי בהוֹמֵאוֹסְטָזִיס (homeostasis). אותו היגיון תקף גם במעבדה: בניסוי אנזימטי מקובל להמיס את האנזים בתמיסת בופר, כדי שכל שינוי בקצב ייוחס למשתנה הנבדק ולא לשינוי pH מקרי שנגרם מהתגובה עצמה.

מה תפקיד המיטוכונדריון בתא?