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細胞および生物では、細胞を取り巻く細胞内の液体は一定のpHに保たれます。このシステム内のpHは、生物内で発生する生化学反応にしばしば重要です。実験室での生物学的プロセスを研究するために、科学者は実験中にバッファーを使用して正しいpHを維持します。多くの生物学的緩衝液は、1966年にGoodと同僚によって最初に記述され、現在も研究所で使用されています。
バッファの仕組み
バッファーは、弱酸とその共役塩基を含む単純な溶液です。緩衝液に酸を加えると、共役塩基と反応して弱酸を生成し、溶液のpHにほとんど影響を与えません。
バッファーの要件
多くの特性が生物学的緩衝液を効果的にしています。それらは水に溶けるべきであるが、有機溶媒には溶けないか、最小限にしか溶けない。緩衝液は、細胞の挙動に影響を与える可能性があるため、細胞膜を通過することはできません。バッファーは無毒で、紫外線を吸収してはならず、実験プロセス全体を通して不活性で安定した状態を維持する必要があります。温度とイオン組成は、pHや緩衝能を変えてはなりません。
適切なバッファーの選択
選択したバッファーのpKaは、検討中のプロセスに最適な範囲内である必要があります。実験中にpHが上昇する可能性が高い場合はpKaが高いバッファーが適切であり、pHが低下すると予想される場合はその逆です。バッファー濃度は最適化する必要があります。25mMより高い濃度ではバッファー能力が向上する場合がありますが、酵素などの細胞活性が阻害される可能性があるためです。このメソッドは、使用するバッファーも指示します。たとえば、電気泳動では、ゲルマトリックスの加熱を防ぐために、イオン強度の低いバッファーが適切です。
バッファーのpHを変更する方法
pHは温度変化によって変化する可能性があるため、科学者は実験を行う温度でバッファーのpHをテストする必要があります。トリスは、温度によるpHの変化の影響を特に受けやすいバッファーです。すべてのpHメーターは、使用温度で較正する必要があります。添加剤はpHを変えることもあるため、再テストが必要になります。 pHを変更するには、通常塩酸または塩基、通常水酸化ナトリウムまたはカリウムの酸を加えます。これは、バッファーの不活性化や化学変化を防ぐためにゆっくりと行う必要があります。
生物学的緩衝液の例
10 mM Tris・HClおよび1 mM EDTAであるTEバッファーは、核酸の保存に多くのpH値で適しています。電気泳動は、タンパク質または核酸の研究のための一般的な方法です。このプロセスでは、Tris-acetate-EDTA、Tris-glycine、Tris-borate-EDTAバッファーなど、多くのバッファーを使用します。これらのバッファーは、ゲルマトリックスの加熱を防ぎ、調査に応じて、尿素やSDSなどの添加剤を含むことができます。