Úrovně kyselosti funkčních skupin

Celý život na planetě se skládá ze čtyř základních chemikálií; uhlohydráty, lipidy, bílkoviny a nukleové kyseliny. V jádru všechny čtyři tyto molekuly obsahují uhlík a vodík a jsou součástí vědního oboru zvaného biochemie, který kombinuje biologii a organickou chemii. Zatímco čtyři kategorie mají určité podobnosti, zahrnutí různých skupin atomů, nazývaných funkční skupiny, zcela mění funkci chemické látky. Zatímco mnoho z těchto funkčních skupin nemá žádný vliv na pH, některé z těchto funkčních skupin mohou změnit pH tekutin v organismu. Udržování pH je zásadní pro pohodu organismů, takže je důležité vědět, jak tyto funkční skupiny interagují.

Kyseliny a zásady jsou protilehlé části posuvné stupnice známé jako pH. Stupnice pH měří množství pozitivních vodíkových iontů, dále H +, které jsou v roztoku ve vztahu k množství hydroxidových iontů, označených OH-. Střed stupnice je pH7 a při pH7 je množství iontů H + a OH- v úplné rovnováze. Celková stupnice pH se pohybuje od nuly do čtrnácti. Cokoli, co přidá ionty H + do roztoku, se nazývá kyselina a posune pH dolů. Proto je jakékoli pH od 0-6,9 považováno za kyselé. Cokoli, co daruje OH- do roztoku nebo váže ionty H +, je považováno za bázi a zvyšuje pH, takže pH je 7,1 - 14 zásadité. Čím dále je posun od 7 pH, tím škodlivější může být látka v obou směrech. Kyselina žaludku má pH 2, což je extrémně silná kyselina a louh je extrémně silná báze pro srovnání.

Většina funkčních skupin má malý nebo žádný vliv na kyselost molekuly. Keton nemá žádné vodíky, které by mohl darovat do roztoku, nebo do míst, kde přijímá vodík. Hydroxylová skupina, která je jednoduše OH připojenou k molekule, by mohla přijít o svůj vodík, čímž by se stala kyselou, ale tak molekula normálně neinteraguje. Aldehyd má ztratit vodík, ale je spojen s molekulou uhlíku a uhlík nikdy neradi upouští své vodíky. A konečně, sulfhydryl, který je vázán na SH, častěji rád hledá jiné sulfhydryly, na které se váže, na rozdíl od darování vodíku do roztoku. Proto žádná z těchto skupin obvykle není spojena s úrovní kyselosti.

Karboxylová funkční skupina se často označuje jako kyselá skupina, protože je velmi kyselá. Kyslík má velmi vysokou elektronegativitu, což znamená, že rád hromadí elektrony. S OH na konci karboxylu obvykle poskytuje pomoc dvojitě vázaný kyslík hromadění elektronů a vodík, který je připojen, jednoduše spadne do roztoku, čímž se sníží pH. Karboxylové skupiny se nacházejí v mastných kyselinách, které v kombinaci s jinými molekulami tvoří tuky, oleje a vosky. Karboxyly jsou také součástí aminokyselin, které jsou stavebními kameny bílkovin.

Fosfátová skupina může darovat až dva vodíky na molekulu, což je také velmi kyselé. Jak bylo uvedeno výše, kyslík má vysokou elektronegativitu a jeden pohled na molekulu fosfátu ukazuje, že kolem molekuly fosfátu jsou čtyři kyslíky. Tyto čtyři kyslíky se pokusí vytáhnout elektrony, které jsou sdíleny se dvěma vazbami OH a dva vodíky obvykle ztrácejí a spadají do roztoku jako ionty H +, čímž snižují pH.

Druhou polovinu aminokyselin tvoří aminoskupiny. Dusík často funguje jako akceptor vodíku v biologických systémech. V normálním stavu existuje aminoskupina jako dusík a dva vodíky, jak je zde ukázáno, ale může přijmout další vodík z roztoku, který způsobí zvýšení pH systému, čímž se zvýší jeho zásaditost. Protože páteří všech aminokyselin je karboxyl, uhlík s jinou funkční skupinou a aminoskupina, co se obvykle stane je to, že karboxyl daruje svůj vodík do roztoku, ale aminoskupina přijímá vodík z roztoku, takže celkové pH zůstává stejný.