Įvadas
pH, arba vandenilio potencialas, yra matas, nurodantis tirpalo rūgštingumą arba šarmingumą. Jis svyruoja nuo 0 iki 14, kur 7 yra neutralus, mažesnis nei 7 rodo rūgštingumą, o didesnis nei 7 rodo šarmingumą. Temperatūra, kaip ir daugelis kitų cheminių ir biologinių procesų, gali turėti įtakos pH reikšmei. Šiame straipsnyje išnagrinėsime pH priklausomybę nuo temperatūros, aptarsime mechanizmus, kuriais temperatūra veikia pH, ir pateiksime pavyzdžių, kaip ši priklausomybė pasireiškia įvairiose sistemose.
Temperatūros poveikis vandens disociacijai
Vanduo (H2O) yra amfoterinė medžiaga, tai reiškia, kad jis gali veikti tiek kaip rūgštis, tiek kaip bazė. Vanduo patiria nedidelę autojonizacijos reakciją, kurioje jis disocijuoja į vandenilio jonus (H+) ir hidroksido jonus (OH-):
H2O ⇌ H+ + OH-
Ši reakcija yra endoterminė, tai reiškia, kad jai vykti reikia energijos. Padidėjus temperatūrai, daugiau vandens molekulių disocijuoja, todėl padidėja tiek H+, tiek OH- jonų koncentracija. Tai reiškia, kad neutralaus vandens pH keičiasi priklausomai nuo temperatūros. Kambario temperatūroje (apie 25 °C) neutralaus vandens pH yra 7, tačiau aukštesnėje temperatūroje jis yra mažesnis, o žemesnėje - didesnis.
pH ir fermentų aktyvumas
Fermentai, dar žinomi kaip enzimai arba biokatalizatoriai, yra baltymai, kurie katalizuoja biochemines reakcijas. Jų aktyvumas priklauso nuo įvairių faktorių, įskaitant temperatūrą ir pH. Optimali daugelio fermentų veikimo temperatūra yra apie 37 °C, o optimalus pH - apie 7.
Taip pat skaitykite: Kraujo judėjimo iššūkiai
Temperatūra veikia fermentų aktyvumą, nes didina kinetinę molekulių energiją. Tačiau, viršijus optimalią temperatūrą, fermentai pradeda denatūruoti, t. y. praranda savo natūralią trimatę struktūrą, todėl jų aktyvumas mažėja. pH taip pat veikia fermentų aktyvumą, nes jis keičia fermento molekulės krūvį ir formą. Dėl to substratas negali prisijungti prie fermento aktyviojo centro, todėl reakcija nevyksta.
pH priklausomybė nuo temperatūros dirvožemyje
Dirvožemis yra sudėtinga sistema, kurioje vyksta įvairūs cheminiai ir biologiniai procesai. Dirvožemio pH yra svarbus dirvožemio derlingumo rodiklis. Dirvožemio fermentai, kurių šaltinis yra augalai, mikroorganizmai ir gyvūnai, keičia dirvožemio cheminę sudėtį ir skatina dirvožemio biologinį aktyvumą.
Dirvožemio pH priklauso nuo temperatūros. Padidėjus temperatūrai, dirvožemio pH paprastai mažėja, nes padidėja organinių medžiagų skaidymasis, išsiskiria rūgštys. Žemesnėje temperatūroje dirvožemio pH gali didėti dėl sumažėjusio biologinio aktyvumo.
pH priklausomybė nuo temperatūros vandens telkiniuose
Vandens telkinių, tokių kaip ežerai ir upės, pH yra svarbus rodiklis, rodantis vandens kokybę ir tinkamumą gyventi vandens organizmams. Vandens telkinių pH priklauso nuo temperatūros.
Šaltame vandenyje ištirpsta daugiau anglies dioksido (CO2), kuris reaguoja su vandeniu ir sudaro anglies rūgštį (H2CO3). Anglies rūgštis disocijuoja į vandenilio jonus (H+) ir bikarbonato jonus (HCO3-), todėl vandens pH mažėja. Šiltame vandenyje CO2 tirpumas yra mažesnis, todėl vandens pH didėja.
Taip pat skaitykite: Apie garso greitį
pH reguliavimas biologinėse sistemose
Biologinės sistemos, tokios kaip žmogaus organizmas, turi griežtai reguliuoti pH, kad užtikrintų optimalų fermentų aktyvumą ir kitų biocheminių procesų vyksmą. Žmogaus organizmo baltymams susidaryti būtinos 20 skirtingų aminorūgščių, iš kurių mažiau nei pusė yra priskiriamos esminių, nepakeičiamų aminorūgščių grupei. Kai kurias aminorūgštis žmogaus organizmas gali pasigaminti pats. Šios aminorūgštys yra vadinamos pakeičiamomis aminorūgštimis. Esmines nepakeičiamas aminorūgštis reikia gauti su maistu, jų pasigaminti organizmas negali.
Organizmas naudoja įvairius buferius, kad palaikytų pastovų pH. Buferiai yra medžiagos, kurios gali sugerti arba atiduoti vandenilio jonus, priklausomai nuo terpės pH. Svarbiausi buferiai žmogaus organizme yra bikarbonato buferis, fosfato buferis ir baltymų buferis.
Eksperimentiniai tyrimai
Atlikti eksperimentiniai tyrimai parodė, kaip temperatūra veikia fermentų aktyvumą. Pavyzdžiui, tyrimas su fermentu α-amilaze parodė, kad fermentinė reakcija greičiausia vyksta esant optimaliai temperatūrai. Viršijus šią temperatūrą, fermento aktyvumas mažėja dėl baltymų denatūracijos.
Kitas eksperimentas su mielėmis parodė, kad fermentacijos metu susidaro dujos. Anaerobinis (be deguonies) fermentinis angliavandenių skaidymas vadinamas rūgimu arba fermentacija. Fermentacijos metu gali susidaryti organinės rūgštys, etanolis. Gliukozės virtimas etanoliu, kuris vyksta mielėse yra vadinamas spiritiniu rūgimu.
Taip pat buvo atlikti tyrimai, siekiant nustatyti fotoperiodo ir temperatūros įtaką augalų augimui. Tyrimas su valgomuoju ridikėliu ir sėjamąja gražgarste parodė, kad augalai geriausiai auga esant aukštesnei temperatūrai (17/21 °C) ir ilgesniam fotoperiodui (16 val.). Žemesnė temperatūra (10/14 °C) slopino augalų augimą, tačiau augalai buvo kompaktiškesni ir turėjo didesnį chlorofilo a ir b santykį.
Taip pat skaitykite: Tyrimas apie vandens paviršiaus įtempimą
tags: #ph #priklausomybe #nuo #temperaturos