مستويات الحموضة للمجموعات الوظيفية

تتكون كل أشكال الحياة على هذا الكوكب من أربع مواد كيميائية أساسية ؛ الكربوهيدرات والدهون والبروتينات والأحماض النووية. في جوهرها ، تحتوي جميع هذه الجزيئات الأربعة على الكربون والهيدروجين وهي جزء من فرع من فروع العلم يسمى الكيمياء الحيوية الذي يمزج بين علم الأحياء والكيمياء العضوية. في حين أن الفئات الأربع لديها بعض أوجه التشابه ، فإن إدراج مجموعات مختلفة من الذرات ، تسمى المجموعات الوظيفية ، يغير تمامًا وظيفة المادة الكيميائية. في حين أن العديد من هذه المجموعات الوظيفية ليس لها أي تأثير على الأس الهيدروجيني ، إلا أن بعض هذه المجموعات الوظيفية يمكن أن تغير الرقم الهيدروجيني للسوائل في الكائن الحي. يعد الحفاظ على الرقم الهيدروجيني أمرًا حيويًا لرفاهية الكائنات الحية ، لذا من المهم معرفة كيفية تفاعل هذه المجموعات الوظيفية.

الأحماض والقواعد تتعارض مع أجزاء من مقياس منزلق يعرف باسم pH. يقيس مقياس الأس الهيدروجيني كمية أيونات الهيدروجين الموجبة ، من الآن فصاعدًا H + ، الموجودة في محلول بالنسبة إلى كمية أيونات الهيدروكسيد ، المسمى OH-. نقطة منتصف المقياس هي pH7 وفي pH7 ، تكون كمية H + أيونات و OH- أيونات في توازن كامل. يتراوح مقياس الأس الهيدروجيني الإجمالي من صفر إلى أربعة عشر. أي شيء يضيف أيونات H + إلى المحلول يسمى حمض ويقلل الرقم الهيدروجيني. لذلك ، فإن أي درجة حموضة تتراوح من 0-6.9 تعتبر حمضية. أي شيء يتبرع بـ OH- بالمحلول أو يربط أيونات H + يعتبر أساسًا ويرفع الرقم الهيدروجيني مما يجعل الرقم الهيدروجيني 7.1 - 14 أساسيًا. وكلما زاد التحول من 7 درجة الحموضة ، زاد ضرر المادة في أي من الاتجاهين. حمض المعدة هو الرقم الهيدروجيني 2 ، وهو حمض قوي للغاية والغسول هو أساس قوي للغاية كمرجع.

معظم المجموعات الوظيفية لها تأثير ضئيل أو معدوم على حموضة الجزيء. لا يحتوي الكيتون على هيدروجين للتبرع به لمحلول أو أماكن لقبول الهيدروجين. يمكن أن يفقد الهيدروكسيل ، وهو ببساطة OH مرتبط بالجزيء ، الهيدروجين الخاص به ، مما يجعله حمضيًا ، لكن هذه ليست الطريقة التي يتفاعل بها الجزيء عادةً. يحتوي الألدهيد على هيدروجين يخسره ولكنه مرتبط بجزيء كربون والكربون لا يحب أبدًا إسقاط الهيدروجين. أخيرًا ، يحب الكبريتيدريل ، وهو عبارة عن SH مرفقًا ، في كثير من الأحيان العثور على سلفهيدريل أخرى لربطها بدلاً من التبرع بالهيدروجين إلى المحلول. لذلك ، لا ترتبط أي من هذه المجموعات عادةً بمستوى الحموضة.

غالبًا ما يشار إلى مجموعة الكربوكسيل الوظيفية على أنها مجموعة حمضية لأنها حمضية جدًا. يتمتع الأكسجين بقدرة كهربية عالية جدًا ، مما يعني أنه يحب تخزين الإلكترونات. مع وجود OH في نهاية الكربوكسي ، عادةً ما يقدم الأكسجين الرابطة المزدوجة المساعدة إن اكتناز الإلكترونات والهيدروجين المرتبط يسقط ببساطة في المحلول ، مما يؤدي إلى خفض الرقم الهيدروجيني. توجد مجموعات الكربوكسيل في الأحماض الدهنية التي تشكل الدهون والزيوت والشموع عند دمجها مع جزيئات أخرى. تعتبر الكربوكسيل أيضًا جزءًا من الأحماض الأمينية التي تعد اللبنات الأساسية للبروتينات.

يمكن لمجموعة الفوسفات التبرع بما يصل إلى اثنين من الهيدروجين لكل جزيء مما يجعلها شديدة الحمضية أيضًا. كما ذكرنا سابقًا ، يتمتع الأكسجين بقدرة كهربية عالية ، وتظهر نظرة واحدة على جزيء الفوسفات أن هناك أربعة أكسجين تحيط بجزيء الفوسفات. ستحاول هذه الأوكسجين الأربعة سحب الإلكترونات التي يتم مشاركتها مع رابطتي OH وعادة ما يفقد الهيدروجين ويسقط في محلول مثل أيونات H + ، مما يقلل من الرقم الهيدروجيني.

النصف الآخر من الأحماض الأمينية هي المجموعات الأمينية. غالبًا ما يعمل النيتروجين كمتقبل للهيدروجين في النظم البيولوجية. في حالتها الطبيعية ، تتواجد المجموعة الأمينية على هيئة نيتروجين واثنين من الهيدروجين ، كما هو موضح هنا ، ولكن يمكنها تقبل هيدروجين آخر من المحلول الذي يسبب ارتفاع درجة الحموضة في النظام ، مما يجعله أكثر أساسية. نظرًا لأن العمود الفقري لجميع الأحماض الأمينية عبارة عن كربوكسيل ، وكربون له مجموعة وظيفية مختلفة ، ومجموعة أمينية ، فما يحدث عادةً هو أن الكربوكسيل يتبرع بالهيدروجين الخاص به إلى المحلول ولكن المجموعة الأمينية تقبل الهيدروجين من المحلول مما يجعل الرقم الهيدروجيني الكلي نفس.