De nombreux phénomènes biologiques ne peuvent se produire que dans des milieux de pH bien déterminé. Ainsi dans l’organisme humain, certaines fonctions ne sont correctement assurées que pour des valeurs bien précises du pH.
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pH du sang
Le pH du sang humain est voisin de 7,4. Il varie très peu : le sang constitue une solution tampon.
Certains couples acide/base jouent un rôle essentiel dans la régulation du pH du sang. Ils sont appelés systèmes tampons. On distingue ainsi :
- le tampon plasmatique avec, d’une part, le couple ion dihydrogénophosphate/ion hydrogénophosphate, $\ce{H2PO4-/HPO4^{2-}}$, et, d’autre part, des couples acide/base des protéines ;
- les tampons érythrocytaires faisant intervenir l’hémoglobine ;
- le tampon formé par le couple acide/base : $\ce{CO2,H2O/HCO3^-}$. Ce dernier assure la fonction essentielle de régulation du pH du sang.
Par exemple, lors d’un effort prolongé ou violent, il y a formation d’acide lactique $\ce{C3H6O3}$, présent dans le sang sous forme d’ions lactate et hydronium. Mais la concentration en ion hydronium augmente peu, car il réagit, entre autres, avec l’ion hydrogénocarbonate $\ce{HCO3^-}$ pour produire du dioxyde de carbone dissous. Cet excès de dioxyde de carbone est ensuite éliminé par la voie respiratoire.
La respiration est donc indirectement un élément de contrôle important du pH du sang.
pH et digestion
Au cours de leur digestion, les aliments traversent des milieux dont les pH sont très différents.
La salive a un pH compris entre 6,8 et 7,2. C’est dans ce domaine de pH qu’une enzyme, l’amylase salivaire, qui catalyse la réaction d’hydrolyse de l’amidon en maltose, molécule plus petite, a une efficacité maximale.
Dans l’estomac, milieu très acide, le pH est compris entre 1 et 2. La paroi stomacale est en effet tapissée de cellules dont certaines produisent de l’acide chlorhydrique. La présence de cet acide permet :
- d’obtenir une enzyme, la pepsine, très active et efficace en milieu acide pour la digestion des protéines ;
- de favoriser l’hydrolyse du saccharose en glucose et fructose ;
- d’assurer un rôle antiseptique contre les bactéries.
Certaines hormones régulent la production d’acide chlorhydrique. Cependant, l’absorption d’aliments protéiniques, d’alcool ou la consommation de certains médicaments peut provoquer un déséquilibre hormonal conduisant à une augmentation de la production d’acide chlorhydrique.
Dans ce cas, des médicaments appelés antiacides, contenant l’ion $\ce{HCO3^-}$ par exemple, permettent de limiter l’excès d’acide produit, grâce à une réaction acido-basique.
Dans l’intestin, le pH est voisin de 8.
Exploitation
- Données
- À 37 °C, $\text{pK}_A (\ce{H2PO4^-/HPO4^{2-}}) = \pu{6,82}$, $\text{pK}_A (\ce{CO2,H2O/HCO3^-}) = \pu{6,10}$ ; $\text{pK}_e = \pu{13,6}$.
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À une température de 37 °C, le sang est-il une solution neutre, acide ou basique ?
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Sur un axe gradué en unité de pH, repérer les valeurs des $\text{pK}_A$ des couples $\ce{H2PO4^-/HPO4^{2-}}$ et $\ce{CO2,H2O/HCO3^-}$. En prenant 7,40 comme valeur de pH du sang, indiquer les espèces prédominantes et calculer le rapport des concentrations de la forme basique et de la forme acide correspondante.
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Écrire l’équation de la réaction entre l’ion oxonium et l’ion hydrogénocarbonate.
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Justifier, à l’aide d’une équation de réaction, le rôle des médicaments antiacides contenant l’ion hydrogénocarbonate.