{"id":13840,"date":"2018-07-03T16:58:39","date_gmt":"2018-07-03T14:58:39","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bmscience.net\/blog\/?p=13840"},"modified":"2024-02-12T22:21:42","modified_gmt":"2024-02-12T21:21:42","slug":"tamponi-biologici-istidina-acido-carbonico-e-tampone-fosfato","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/bmscience.net\/blog\/tamponi-biologici-istidina-acido-carbonico-e-tampone-fosfato\/","title":{"rendered":"Tamponi biologici: Istidina, Acido carbonico e Tampone fosfato"},"content":{"rendered":"\n

Esiste un\u2019importante categoria di sostanze che sono classificate come Tamponi Biologici. All\u2019interno del nostro organismo, affinch\u00e9 possano essere efficienti tutte le varie potenzialit\u00e0 dell\u2019organismo, c\u2019\u00e8 bisogno del mantenimento intorno a valori prefissati molto precisi di alcuni parametri fisico-chimici tra cui la temperatura e il pH. La stragrande maggioranza degli enzimi hanno un optimum di funzionalit\u00e0 in corrispondenza del pH fisiologico, gli enzimi gastrici funzionano in corrispondenza di pH molto bassi. E quindi \u00e8 assolutamente necessario impedire oscillazioni troppo grandi del pH, difatti sono tollerate delle oscillazioni rispetto a 7,4 di al massimo 0,2 unit\u00e0 di pH, in su o in gi\u00f9. Per contrastare queste oscillazioni all\u2019interno della cellula ci sono dei sistemi chimici che funzionano come i sistemi tampone classici che vengono studiati nella chimica, l\u2019esempio classico in chimica generale \u00e8 l\u2019Acido Acetico con l\u2019Acetato di Sodio, mentre per i sistemi biologici abbiamo il sistema CO2<\/sub>\/Acido Carbonico<\/strong> o Acido Carbonico\/Bicarbonato<\/strong>. La cosa fondamentale \u00e8 che anche i sistemi tampone biologici funzionano nello stesso modo dell\u2019acido acetico\/acetato di sodio e sono costituiti da un acido debole<\/strong> e dal sale<\/strong> formato dalla sua base coniugata. Devono avere delle caratteristiche di acido debole oppure di base debole perch\u00e9 devono contrastare l\u2019aggiunta oppure la diminuzione della concentrazione di protoni e se fossero delle specie chimiche di tipo forte (acido forte o base forte) non potrebbero tornare indietro nella reazione di idrolisi. Se noi per esempio volessimo utilizzare l\u2019HCl oppure un altro acido forte, \u00e8 molto improbabile che le due specie chimiche che si dissociano dall\u2019HCl, quindi H+<\/sup> e Cl–<\/sup>, tornino in questa reazione che \u00e8 completamente spostata verso la formazione dell\u2019H+<\/sup> e del Cl–<\/sup>. \u00c8 molto improbabile che si torni verso la forma indissociata dell\u2019acido. Ecco perch\u00e9 deve essere debole la tendenza della specie chimica ad andare verso la reazione di dissociazione.<\/p>\n\n\n

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<\/span>Istidina\"\"<\/span><\/h2>\n\n\n\n

Tra i vari sistemi tampone che ci sono nelle cellule, i pi\u00f9 importanti coinvolgono alcune proteine, in particolare l\u2019amminoacido Istidina<\/strong>. Secondo la fondamentale equazione di Henderson Hasselbach, l\u2019efficienza tamponante di una coppia tampone \u00e8 molto maggiore quanto pi\u00f9 vicini sono i valori del suo pKa<\/sub> con il pH. Ci\u00f2 deriva dal fatto che in questa condizione le due concentrazioni del sale e dell\u2019acido, che sono la forma dissociata e la forma indissociata dell\u2019acido, se consideriamo un acido debole, sono uguali a 1, e quindi molto pi\u00f9 facilmente possono contrastare l\u2019aggiunta di un acido o di una base nel sistema biologico, mentre invece se noi avessimo un rapporto tra il sale e l\u2019acido molto diverso da 1, allora questo andrebbe a favorire la forma acida o la forma basica, cio\u00e8 il sale e l\u2019acido della nostra coppia tampone. \u00c8 quindi importantissimo che il valore del pKa<\/sub> della coppia tampone abbia un valore uguale, o comunque abbastanza vicino, al valore del pH fisiologico (pH=7,4). La Glicina<\/strong> dato che ha dei valori di pKa<\/sub> pari a 2,34 e a 9,6, non rappresenta un potenziale tampone biologico perch\u00e9 ha dei valori di pK molto distanti dal pH fisiologico. Mentre invece, tra gli amminoacidi, l\u2019unico che pu\u00f2 funzionare da tampone biologico \u00e8 l\u2019Istidina<\/strong>, perch\u00e9 nella catena laterale presenta l’anello imidazolico<\/strong> che possiede due protoni di cui uno dei due \u00e8 ionizzabile, cio\u00e8 pu\u00f2 acquistare o perdere un protone, e quindi si pu\u00f2 comportare come acido o base a seconda del pH in cui si viene a trovare; nella condizione di pH cellulare, acquistando o cedendo un protone, pu\u00f2 tamponare un eventuale alterazione di pH e riesce a fare bene questo perch\u00e9 \u00e8 caratterizzato da un pKa<\/sub>R (guardando la curva di titolazione dell\u2019istidina), in cui c\u2019\u00e8 un punto di flesso aggiuntivo rispetto a quanto visto per la glicina perch\u00e9 c\u2019\u00e8 un terzo gruppo ionizzabile che \u00e8 quello presente nella catena laterale, nell\u2019anello imidazolico. Quindi ha il primo pKa<\/sub> che \u00e8 1,82 e si riferisce alla formazione dell\u2019anione carbossile. Poi abbiamo l\u2019ultimo pKa<\/sub> che \u00e8 relativo al gruppo ammidico (il gruppo basico) che \u00e8 9,17. Nella porzione centrale della curva di titolazione c\u2019\u00e8 un terzo valore chiamato pKa<\/sub>R<\/strong> che \u00e8 uguale a 6, un valore molto vicino al pH fisiologico e difatti \u00e8 l\u2019unico tra gli amminoacidi che presenta questo tipo di carattere chimico e come tale pu\u00f2 funzionare da tampone biologico. \u00c8 molto importante la capacit\u00e0 tamponante dell\u2019istidina. Il pI dell\u2019istidina \u00e8 pari a 7,59 (ossia in corrispondenza di questo pH prevale la forma zwitterionica). Quindi, possiamo utilizzare questa equazione approssimata e definire la capacit\u00e0 tamponante di una specie chimica il cui pKa<\/sub> abbia un\u2019oscillazione rispetto al pH di +1 o di -1 e l\u2019istidina rientra perch\u00e9 ha un pKa<\/sub>R uguale a 6.<\/p>\n\n\n

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<\/span>Acido carbonico\/ione bicarbonato<\/span><\/h2>\n\n\n
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Un altro sistema tampone biologicamente rilevante \u00e8 il sistema tampone costituito dalla coppia acido carbonico <\/strong>(debole) con la sua base coniugata ione bicarbonato<\/strong>, che presenta un pKa<\/sub> di 6.1. Esso pu\u00f2 svolgere la sua azione tamponante nell\u2019intervallo di pH compreso tra +1 e -1, cio\u00e8 tra 7.1 e 5.1. La particolarit\u00e0 di questo equilibrio chimico da acido carbonico a ione bicarbonato \u00e8 che \u00e8 molto spostato verso destra: poich\u00e9 l\u2019acido carbonico spontaneamente si dissocia nelle due forme ioniche che lo costituiscono (H+<\/sup> e HCO3<\/sub>–<\/sup>), ci sarebbe ipoteticamente un valore di pKa<\/sub> molto pi\u00f9 alto rispetto a quello effettivo che invece si registra a livello intracellulare. Questo perch\u00e9 in realt\u00e0 l\u2019equilibrio chimico \u00e8 un po\u2019 pi\u00f9 complesso rispetto al solito equilibrio del sistema tampone, cio\u00e8 acido debole e base coniugata, perch\u00e9 interviene anche la fase gassosa, da cui deriva poi l\u2019acido carbonico che \u00e8 la CO2<\/sub>: soprattutto nei tessuti che sono metabolicamente molto attivi e dove c\u2019\u00e8 una forte produzione di CO2<\/sub>, perch\u00e9 rappresenta uno dei prodotti finali principali del catabolismo. L\u2019aumento di CO2<\/sub> provoca l\u2019aumento di H2<\/sub>CO3<\/sub>. La CO2<\/sub> \u00e8 un gas che in soluzione acquosa e in tutti gli ambienti intra ed extracellulari, va incontro immediatamente a questo equilibrio tramite un enzima presente in tutte le cellule che si chiama anidrasi carbonica<\/strong> (la reazione \u00e8 H2<\/sub>O + CO2<\/sub> \u2192 H2<\/sub>CO3<\/sub>). \u00c8 vero che l\u2019equilibrio \u00e8 spostato verso destra, per\u00f2 interviene la produzione di CO2 <\/sub>per ripristinare l\u2019equilibrio.<\/p>\n\n\n

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Fonte: Slide Player<\/a><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

<\/span>Tampone fosfato<\/span><\/h2>\n\n\n
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Acquista ora<\/a><\/strong><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Un terzo tipo di tampone biologico molto importante, anche se la sua concentrazione \u00e8 molto inferiore rispetto alla coppia acido carbonico\/ione bicarbonato: \u00e8 il tampone fosfato<\/strong>. L\u2019acido ortofosforico H3<\/sub>PO4<\/sub> presenta tre tipi di dissociazione acida, ognuno dei quali corrisponde ad una costante di dissociazione acida e quindi ad un valore di pKa<\/sub>. L\u2019equilibrio chimico che pu\u00f2 essere utile ai fini del funzionamento da tampone biologico (a pH 7) \u00e8 quello che presenta un pKa<\/sub> molto vicino al pH fisiologico: sono perci\u00f2 da scartare i valori di pKa<\/sub> 2,16 e 12,32. Viceversa la coppia H2<\/sub>PO4<\/sub>–<\/sup>\/HPO4<\/sub>2-<\/sup> (rispettivamente l\u2019acido debole e la sua base coniugata) funzionano come sistema tampone biologico: infatti a pH fisiologico, le concentrazioni del sale HPO4<\/sub>2-<\/sup> e dell\u2019acido H2<\/sub>PO4<\/sub>–<\/sup> sono pi\u00f9 o meno uguali e quindi possono controbilanciare oscillazioni del pH, nonostante la concentrazione sia molto minore rispetto alla coppia acido carbonico\/ione bicarbonato. Sebbene i fosfati non siano quantitativamente rappresentati nel sangue come i bicarbonati (per ovvi motivi, poich\u00e9 la CO2<\/sub>, che \u00e8 il maggiore prodotto di scarto della cellula, ha una concentrazione molto pi\u00f9 elevata rispetto allo ione fosfato), il loro valore di pKa 7.2, molto prossimo al pH fisiologico del sangue, gli conferisce un elevato potere tampone.<\/p>\n\n\n\n

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Fonte: I principi di biochimica di Lehninger.<\/a><\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n

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