Нива на киселинност на функционални групи

Целият живот на планетата се състои от четири основни химикала; въглехидрати, липиди, протеини и нуклеинови киселини. В основата си всичките четири от тези молекули съдържат въглерод и водород и са част от клон на науката, наречен биохимия, който смесва биологията и органичната химия. Докато четирите категории имат някои прилики, включването на различни групи атоми, наречени функционални групи, напълно променя функцията на химичното вещество. Докато много от тези функционални групи нямат ефект върху рН, някои от тези функционални групи могат да променят рН на течностите в организма. Поддържането на рН е жизненоважно за благосъстоянието на организмите, така че е важно да се знае как взаимодействат тези функционални групи.

Киселините и основите са противоположни части на плъзгаща скала, известна като рН. Скалата на pH измерва количеството положителни водородни йони, оттук нататък H +, които са в разтвор спрямо количеството хидроксидни йони, означени с OH-. Средната точка на скалата е pH7, а при pH7 количеството H + йони и OH- йони са в пълен баланс. Общата скала на pH варира от нула до четиринадесет. Всичко, което добавя H + йони към разтвора, се нарича киселина и измества pH по-ниско. Следователно всяко pH от 0-6,9 се счита за киселинно. Всичко, което дарява OH- към разтвора или свързва H + йоните, се счита за основа и повишава pH, което прави pH 7,1 - 14 основен. Колкото по-далеч е изместването на рН от 7, толкова по-вредно е веществото във всяка посока. Стомашната киселина е с pH 2, което е изключително силна киселина, а лугата е изключително силна основа за справка.

Повечето функционални групи имат малък или никакъв ефект върху киселинността на молекулата. Кетонът няма водород, който да дарява в разтвор или места за приемане на водород. Хидроксилът, който е просто ОН, прикрепен към молекулата, би могъл да загуби своя водород, правейки го киселинен, но молекулата не взаимодейства нормално. Алдехидът има водород, който трябва да загуби, но той е свързан с молекула на въглерода и въглеродът никога не обича да изпуска водородите си. И накрая, сулфхидрилът, който е свързан с SH, по-често обича да намира други сулфхидрили, с които да се свърже, вместо да дарява водород към разтвора. Следователно, нито една от тези групи обикновено не е свързана с ниво на киселинност.

Карбоксилната функционална група често се нарича киселинна група, тъй като е много кисела. Кислородът има много висока електроотрицателност, което означава, че обича да трупа електрони. С ОН в края на карбокси, двойно свързаният кислород обикновено предлага помощ натрупването на електрони и водородът, който е прикрепен, просто пада в разтвор, понижавайки рН. Карбоксилните групи се намират в мастните киселини, които образуват мазнини, масла и восъци, когато се комбинират с други молекули. Карбоксилите също са част от аминокиселините, които са градивните елементи на протеините.

Фосфатната група може да отделя до два водорода на молекула, което я прави много кисела. Както беше посочено по-горе, кислородът има висока електроотрицателност и един поглед върху фосфатната молекула показва, че около фосфатната молекула има четири кислорода. Тези четири кислорода ще се опитат да изтеглят електроните, които се споделят с двете OH връзки и двата водорода обикновено губят и падат в разтвора като йони H +, понижавайки рН.

Другата половина на аминокиселините са аминогрупите. Азотът често функционира като приемник на водород в биологичните системи. В нормалното си състояние аминогрупата съществува като азот и два водорода, както е показано тук, но може приемете друг водород от разтвор, който води до повишаване на pH на системата, което я прави по-основна. Тъй като гръбнакът на всички аминокиселини е карбоксил, въглерод с различна функционална група и амино група, това, което обикновено се случва е, че карбоксилът дарява своя водород за разтвор, но аминогрупата приема водород от разтвора, което прави общото рН да остане същото.