Zawartość
Całe życie na planecie składa się z czterech podstawowych chemikaliów; węglowodany, lipidy, białka i kwasy nukleinowe. U podstaw wszystkie cztery cząsteczki zawierają węgiel i wodór i są częścią dziedziny nauki zwanej biochemią, która łączy biologię z chemią organiczną. Podczas gdy cztery kategorie mają pewne podobieństwa, włączenie różnych grup atomów, zwanych grupami funkcyjnymi, całkowicie zmienia funkcję substancji chemicznej. Podczas gdy wiele z tych grup funkcyjnych nie ma wpływu na pH, niektóre z tych grup funkcyjnych mogą zmieniać pH płynów w organizmie. Utrzymanie pH jest niezbędne dla dobrego funkcjonowania organizmu, dlatego ważne jest, aby wiedzieć, w jaki sposób te grupy funkcjonalne oddziałują.
Definicja kwasów i zasad
Kwasy i zasady są przeciwnymi częściami ruchomej skali znanej jako pH. Skala pH mierzy ilość dodatnich jonów wodoru, odtąd H +, które są w roztworze w stosunku do ilości jonów wodorotlenkowych, oznaczonych OH-. Punktem środkowym skali jest pH7, a przy pH 7 ilość jonów H + i OH- jest w pełnej równowadze. Ogólna skala pH wynosi od zera do czternastu. Wszystko, co dodaje jony H + do roztworu, nazywa się kwasem i obniża pH. Dlatego każde pH od 0 do 6,9 jest uważane za kwaśne. Wszystko, co przekazuje OH- do roztworu lub wiąże jony H +, jest uważane za zasadę i podnosi pH, czyniąc pH 7,1 - 14 zasadowym. Im większe jest przesunięcie od 7, tym bardziej szkodliwa może być substancja w obu kierunkach. Kwas żołądkowy ma pH 2, co jest wyjątkowo silnym kwasem, a ług jest niezwykle silną bazą odniesienia.
Bezkwasowe grupy funkcyjne
Większość grup funkcyjnych ma niewielki lub żaden wpływ na kwasowość cząsteczki. Keton nie ma wodoru do przekazania do roztworu lub miejsc do przyjęcia wodoru. Hydroksyl, który jest po prostu OH przyłączonym do cząsteczki, mógłby prawdopodobnie stracić swój wodór, powodując, że będzie kwaśny, ale nie w ten sposób cząsteczka normalnie oddziałuje. Aldehyd ma wodór do stracenia, ale jest połączony z cząsteczką węgla, a węgiel nigdy nie lubi upuszczać wodoru. Wreszcie, sulfhydryl, który jest przyłączony do SH, częściej lubi znaleźć inne sulfhydryle do wiązania, w przeciwieństwie do oddawania wodoru do roztworu. Dlatego żadna z tych grup nie jest zwykle związana z poziomem kwasowości.
Karboksyl
Karboksylową grupę funkcyjną często określa się jako grupę kwasową, ponieważ jest bardzo kwaśna. Tlen ma bardzo wysoką elektroujemność, co oznacza, że lubi gromadzić elektrony. Z OH na końcu karboksy, podwójnie związany tlen zwykle oferuje pomoc w gromadzeniu elektronów, a przyłączony wodór po prostu spada do roztworu, obniżając pH. Grupy karboksylowe znajdują się w kwasach tłuszczowych, które tworzą tłuszcze, oleje i woski w połączeniu z innymi cząsteczkami. Karboksy są również częścią aminokwasów, które są budulcami białek.
Fosforan
Grupa fosforanowa może przekazać do dwóch atomów wodoru na cząsteczkę, co czyni ją również bardzo kwaśną. Jak stwierdzono wcześniej, tlen ma wysoką elektroujemność, a jedno spojrzenie na cząsteczkę fosforanu pokazuje, że wokół cząsteczki fosforanu znajdują się cztery atomy tlenu. Te cztery atomy tlenu będą próbowały wyciągnąć elektrony, które są wspólne z dwoma wiązaniami OH, a dwa atomy wodoru zwykle tracą i opadają do roztworu jako jony H +, obniżając pH.
Amino
Druga połowa aminokwasów to grupy aminowe. Azot często działa jako akceptor wodoru w układach biologicznych. W swoim normalnym stanie grupa aminowa istnieje jako azot i dwa atomy wodoru, jak pokazano tutaj, ale może przyjmować kolejny wodór z roztworu, który powoduje wzrost pH układu, czyniąc go bardziej zasadowym. Ponieważ szkieletem wszystkich aminokwasów jest karboksyl, węgiel z inną grupą funkcyjną i grupą aminową, zwykle dzieje się tak, że karboksyl przekazuje swój wodór do roztworu, ale grupa aminowa przyjmuje wodór z roztworu, dzięki czemu całkowite pH pozostaje to samo.