Постоянная концентрация ионов водорода во внутренней среде организма является одним из ее важнейших физиологических свойств. Активность биохимических, физико-химических и физиологических процессов, составляющих функционально единую систему стабилизации количества ионов водорода, определяют как кислотно-основное состояние (КОС).
Количество водородных ионов (Н+) во внеклеточной и внутриклеточной жидкостях измеряется наномолями. Например, в крови при сбалансированном метаболизме концентрация водородных ионов составляет 40 нмоль/л (40х10-9 моль/л). Содержание Н+ составляет приблизительно одну миллионную от количества натрия, калия, кальция, магния, хлора и других ионов биологических сред организма. Однако регуляция концентрации ионов водорода на два порядка точнее регуляции любого из ионов, концентрация которого в крови выражается в более ощутимых величинах - ммоль/л, в отличие от концентрации Н+ (нмоль/л).
Стабильная концентрация Н+ необходима для нормального функционирования биомолекул, субклеточных структур, клеток, органов и организма в целом. В частности оптимальные концентрации ионов водорода в организме необходимы для:
• формирования и сохранения физиологически активной, трехмерной структуры биомолекул (например, белковые молекулы при нефизиологических концентрациях ионов водорода способны денатурировать и полностью утратить свою функциональную активность);
• проявления функциональной активности биомолекул и биологических структур (так, ферменты функционально активны как биокатализаторы при строго определенных концентрациях ионов водорода);
• перехода в растворенное состояние неорганических, низкомолекулярных и высокомолекулярных органических биомолекул (количество растворенных ионизированных форм кальция и магния находится в строгой зависимости от концентрации ионов водорода; щавелевая, мочевая и другие трудно растворимые кислоты требуют для растворения определенные концентрации ионов водорода; для белков концентрация ионов водорода, определяющая их минимальную растворимость, является одной из ключевых характеристик и называется изоэлектрической точкой);
• ионы водорода участвуют в системе реакций освобождения энергии, формируя трансмембранный электрохимический потенциал, преобразуемый в энергию химической связи АТФ;
• содержание ионов водорода в секрете клеток покровных тканей определяет активность их неспецифической защиты.