বায়োলজিক্যাল বাফার সিস্টেম – Biological Buffer System

আমাদের শরীরের pH যখন বেড়ে যায় কিংবা কমে যায় তখন আমাদের শরীরের বিভিন্ন জৈব অণুগুলোর (যেমন প্রোটিন, লিপিড, এনজাইম) আকারের পরিবর্তন হয়। সেজন্য pH এর মান স্থির রাখার জন্য আমাদের শরীরে বিভিন্ন ধরনের সিস্টেম কাজ করে।

‌‌আমাদের শরীরে বিভিন্ন ধরনের acid-base reaction ঘটে। এই বিক্রিয়া গুলো কোষের ভেতরে কিংবা কোষের বাইরে ঘটতে পারে। আবার শরীরের বিভিন্ন অংশে প্রতিনিয়ত এসব acid-base reaction এর ফলে আমাদের শরীরে প্রচুর পরিমাণ হাইড্রোজেন আয়নের ঘনমাত্রা তৈরি হচ্ছে। তাই আমাদের শরীরে pH এর মান প্রতিনিয়ত পরিবর্তন হচ্ছে। কাজেই আমাদের শরীরকে এমন কিছু সিস্টেম মেনে চলতে হয় যাতে আমাদের শরীরের pH এর মান সব সময় একই রকম থাকে।

যদি আমাদের শরীরের সম্পূর্ণ অংশতে পানি থাকতো তবে আমাদের শরীরের pH এর মান সব সময় সমান থাকত এবং এটির মান কখনো কমতো কিংবা বাড়তো না। কিন্তু আমাদের শরীরে পানি ছাড়াও আরো অন্যান্য রাসায়নিক বস্তু রয়েছে। আমাদের নিউক্লিয়াস এর ভেতরে বিশুদ্ধ পানি এবং DNA এর অণু থাকে। যদি নিউক্লিয়াসের ভেতরে আমরা এক্সট্রা কিছু হাইড্রোজেন আয়নকে যোগ করি তবে সেখানে এসিড acid-base reaction ঘটবে।

আমরা এবার একটা গ্রাফ দেখব যে গ্রাফ বিশুদ্ধ পানির টাইট্রেশনকে নির্দেশ করে। এই গ্রাফের y অক্ষ বরাবর দ্রবণের pH এবং x অক্ষ বরাবর acid-base reaction কে নির্দেশ করা হয়েছে। আমরা পানির মধ্যে যত বেশি হাইড্রোজেন আয়ন যুক্ত করব, গ্রাফের x অক্ষ বরাবর মান তত বেশি বাড়বে-

একদম শুরুতে যখন পানির মধ্যে কোনো হাইড্রোজেন আয়ন দেওয়া হয় না তখন x অক্ষ বরাবর এসিড এর পরিমাণ থাকে 0 এবং দ্রবণের pH এর পরিমাণ থাকে 7. যদি হাইড্রোজেন আয়ন এর মান সামান্য পরিমাণ বাড়ানো হয় তবে pH এর মান হঠাৎ অনেক কমে যাবে এবং সেটি 2 এর কাছাকাছি হবে।

কাজেই বিশুদ্ধ পানিতে আমরা যদি সামান্য পরিমাণ হাইড্রোজেন আয়ন যুক্ত করি তবে তার pH এর মান বহুগুণ কমে যায়। কাজেই বিশুদ্ধ পানি কখনোই pH এর মান নিয়ন্ত্রণ করতে পারে না। আবার আমাদের কোষের ভেতর কিংবা কোষের চারপাশে যেসব পানি থাকে সেগুলো বিশুদ্ধ পানি না। কারণ বিশুদ্ধ পানি pH কে নিয়ন্ত্রণ করার মত ভালো সিস্টেম না।

যদি আমাদের শরীরের প্রত্যেকটা কোষে, রক্তে এবং বিভিন্ন অংগে বিশুদ্ধ পানি থাকতো তবে আমাদের শরীরে যেকোনো এসিড ক্ষার বিক্রিয়া ঘটলে সেটা শরীরের pH এর মান পরিবর্তন করে দিতো। ফলে আমাদের শরীরে তখন বিভিন্ন biological molecule গুলোর আকার ও গঠন পরিবর্তন হয়ে যেতো।

তাই আমাদের শরীরের pH যাতে সহজে পরিবর্তিত না হয় সেজন্য শরীরে একটা সিস্টেম কাজ করে যাকে buffer system বলে। Buffer system হচ্ছে এক ধরনের দ্রবণ বা solution যেখানে water হচ্ছে দ্রাবক বা solvent এবং একটা এসিড ও তার অনুবন্ধী ক্ষারক (বা Conjugate Base) থাকে এই দ্রবণের মধ্যে।

যখন কোনো দ্রবণের মধ্যে H+ আয়ন কে যুক্ত করা হয় তখন সেখানে এসিড ক্ষার বিক্রিয়া শুরু হয়। তবে buffer solution এর মধ্যে যদি আমরা এসিড ক্ষার বিক্রিয়া ঘটাই তবে সেখানে এসিডের যে conjugate base রয়েছে সেগুলো এসিড ক্ষার বিক্রিয়ায় তৈরি হওয়া H+ আয়নকে টেনে নেয়। দ্রবণে H+ আয়নের পরিমান আর বাড়ে না এবং pH এর মানও অপরিবর্তনীয় থাকে। এভাবে pH এর মানকে স্থির রাখা যায়। Buffer solution বানানোর জন্য acetic acid এবং এই এসিডের conjugate base এসিটিক আয়নকে ব্যবহার করা হয়। Acetic acid এর pKa = 4.75. এবার আমরা buffer solution এর উপস্থিতিতে H+ যুক্ত করার সাথে সাথে দ্রবণের pH এর মান কিভাবে কমে সেটার গ্রাফ দেখবো-

এখানে H+ বা Acid যোগ করার পরিমান বাড়ানোর পর আস্তে আস্তে pH এর মান বাড়ছে। কাজেই pH এর মান হঠাৎ করে এখানে কমে যাচ্ছে না। তাই buffer solution ব্যবহার করার ফলে pH এর মান অনেক ভালো পরিমানে constant থাকছে।

কোন এসিড এর সংকেত যদি HA হয় তবে তার অনুবন্ধী ক্ষারক এর সংকেত হবে A- অর্থাৎ,

HA = H+ + A

আবার buffer solution এর মধ্যে Acid এবং এর conjugate base এর ঘনমাত্রা সমান থাকে, অর্থাৎ-

[HA ] = [A]

এবং এর এসিড ধ্রুবকের মান হবে-

Ka = [H+] [A] / [HA]

or, log (Ka) = log ( [H+] [A] / [HA] )

or, log (Ka) = log [H+] + log ( [A] / [HA] )

or, -log (Ka) = -log [H+] – log ( [A] / [HA] )

or, pKa = pH – log ( [A] / [HA] )

or, pH = pKa + log ( [A] / [HA] )

এই সমীকরণকে হেন্ডারসন হেসেলবাথ সমীকরণ (Henderson Hasselbalch Equation) বলে। এই সমীকরণের মাধ্যমে কোনো buffer solution এর pH এর মান পরিমান করা সম্ভব হয়।

এখন এই সমীকরণ থেকে যদি এসিডের ঘনমাত্রা এবং এর অনুবন্ধী ক্ষারক এর ঘনমাত্রা সমান হয় তবে log ( [A] / [HA] ) এর মান 0 হবে। তখন pH = pKa হবে। আবার Acetic acid এর pKa = 4.75. তাই H+ আয়নের মান যদি এই buffer দ্রবণে বেড়ে যায় তখন pH এর মান 7 থেকে কমে গিয়ে 4.75 হবে। অর্থাৎ pH এর মান অল্প পরিমান কমবে।

তাহলে আমরা বলতে পারি কোন একটা বাফার দ্রবণের pH এর মান যদি সেই বাফার দ্রবণের এসিডের Acid constant এর সমান হয় তবে সেই বাফার দ্রবণ টি সবচেয়ে ভালো কাজ করতে পারবে আমাদের pH কে একটা নির্দিষ্ট মানে স্থির রাখার জন্য।

The Buffer function is best at pH corresponding to the pKa of the HA Acid.

আমাদের রক্তের পিএইচ হচ্ছে 7.4 তাই আমাদের শরীরের বিভিন্ন সিস্টেম এই পি এইচ মান কে ধরে রাখে। এই মানের pH কে ধরে রাখার জন্য আমাদের শরীর বিভিন্ন ধরনের buffer system ব্যবহার করে। তার মধ্যে অন্যতম হচ্ছে ফসফরিক এসিড। এই এসিড এবং এর conjugate base মিলে যে buffer solution তৈরি করে সেটা আমাদের শরীরের pH এর মানকে স্থির রাখতে সাহায্য করে। আর সবচেয়ে বেশি গুরুপ্তপূর্ণ হচ্ছে এর pKa = 7.21. অর্থাৎ হেন্ডারসন হেসেলবাথ সমীকরণ অনুযায়ী আমাদের শরীরের pH 7.21 রেঞ্জে রাখার জন্য এই এসিডের pKa এর মান যথেষ্ট। কাজেই এদের দুজনের ঘনমাত্রা একই থাকে আমাদের শরীরে-

[H2PO4] (Acid) = [HPO42-] (Conjugate Base)

ক্রাশ স্কুলের নোট গুলো পেতে চাইলে জয়েন করুন আমাদের ফেসবুক গ্রুপে-

www.facebook.com/groups/mycrushschool

অতিথি লেখক হিসেবে আমাদেরকে আপনার লেখা পাঠাতে চাইলে মেইল করুন-

write@thecrushschool.com

Emtiaz Khan

A person who believes in simplicity. He encourages the people for smart education. He loves to write, design, teach & research about unknown information.

Facebook Comments