Επίπεδα οξύτητας λειτουργικών ομάδων

Όλη η ζωή στον πλανήτη αποτελείται από τέσσερις βασικές χημικές ουσίες. υδατάνθρακες, λιπίδια, πρωτεΐνες και νουκλεϊκά οξέα. Στον πυρήνα, και τα τέσσερα αυτά μόρια περιέχουν άνθρακα και υδρογόνο και αποτελούν μέρος ενός κλάδου της επιστήμης που ονομάζεται βιοχημεία που συνδυάζει τη βιολογία και την οργανική χημεία. Ενώ οι τέσσερις κατηγορίες έχουν κάποιες ομοιότητες, η συμπερίληψη διαφορετικών ομάδων ατόμων, που ονομάζονται λειτουργικές ομάδες, αλλάζει εντελώς τη λειτουργία του χημικού. Ενώ πολλές από αυτές τις λειτουργικές ομάδες δεν έχουν καμία επίδραση στο ρΗ, μερικές από αυτές τις λειτουργικές ομάδες μπορούν να μετατοπίσουν το ρΗ των υγρών σε έναν οργανισμό. Η διατήρηση του pH είναι ζωτικής σημασίας για την ευημερία των οργανισμών, οπότε είναι σημαντικό να γνωρίζουμε πώς αλληλεπιδρούν αυτές οι λειτουργικές ομάδες.

Τα οξέα και οι βάσεις είναι αντίθετα μέρη μιας κλίμακας ολίσθησης γνωστή ως pH. Η κλίμακα του pH μετρά την ποσότητα των θετικών ιόντων υδρογόνου, στο εξής H +, που βρίσκονται σε ένα διάλυμα σε σχέση με την ποσότητα των ιόντων υδροξειδίου, με την ένδειξη ΟΗ-. Το μεσαίο σημείο της κλίμακας είναι pH7 και σε pH7, η ποσότητα των ιόντων Η + και των ιόντων ΟΗ είναι σε πλήρη ισορροπία. Η συνολική κλίμακα pH κυμαίνεται από μηδέν έως δεκατέσσερα. Οτιδήποτε προσθέτει ιόντα Η + στο διάλυμα ονομάζεται οξύ και μετατοπίζει το pH χαμηλότερα. Επομένως, οποιοδήποτε pH από 0-6.9 θεωρείται όξινο. Οτιδήποτε δωρίζει ΟΗ- σε διάλυμα ή δεσμεύει τα ιόντα Η + θεωρείται βάση και αυξάνει το pH που κάνει το pH 7.1 - 14 βασικό. Όσο πιο μακριά είναι η μετατόπιση από το 7, το pH, τόσο πιο επιβλαβής μια ουσία μπορεί να είναι και προς τις δύο κατευθύνσεις. Το οξύ του στομάχου είναι pH 2, το οποίο είναι ένα εξαιρετικά ισχυρό οξύ και το lye είναι μια εξαιρετικά ισχυρή βάση αναφοράς.

Οι περισσότερες λειτουργικές ομάδες έχουν μικρή έως καθόλου επίδραση στην οξύτητα του μορίου. Η κετόνη δεν έχει υδρογόνα για δωρεά σε διάλυμα ή μέρη για αποδοχή υδρογόνου. Το υδροξύλιο, το οποίο είναι απλά ένα ΟΗ συνδεδεμένο στο μόριο, θα μπορούσε πιθανώς να χάσει το υδρογόνο του, καθιστώντας το όξινο, αλλά έτσι δεν αλληλεπιδρά κανονικά το μόριο. Μια αλδεΰδη έχει ένα υδρογόνο που χάνει, αλλά συνδέεται με ένα μόριο άνθρακα και ο άνθρακας δεν αρέσει ποτέ να ρίχνει τα υδρογόνα του. Τέλος, το σουλφυδρύλιο, το οποίο είναι συνδεδεμένο με SH, προτιμά πιο συχνά να βρει άλλα σουλφυδρύλια για σύνδεση, σε αντίθεση με τη δωρεά υδρογόνου στο διάλυμα. Επομένως, καμία από αυτές τις ομάδες συνήθως δεν σχετίζεται με το επίπεδο οξύτητας.

Η καρβοξυλική λειτουργική ομάδα αναφέρεται συχνά ως όξινη ομάδα επειδή είναι πολύ όξινο. Το οξυγόνο έχει πολύ υψηλή ηλεκτροαρνητικότητα, που σημαίνει ότι του αρέσει να συσσωρεύει ηλεκτρόνια. Με το OH στο τέλος του καρβοξυλίου, το διπλό συνδεδεμένο οξυγόνο προσφέρει συνήθως βοήθεια συσσώρευση των ηλεκτρονίων και του υδρογόνου που συνδέεται απλώς πέφτει στο διάλυμα, χαμηλώνοντας το pH. Οι ομάδες καρβοξυλίου βρίσκονται σε λιπαρά οξέα, τα οποία σχηματίζουν λίπη, έλαια και κεριά όταν συνδυάζονται με άλλα μόρια. Τα καρβοξύλια είναι επίσης μέρος των αμινοξέων που είναι τα δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών.

Η φωσφορική ομάδα μπορεί να δωρίσει έως και δύο υδρογόνα ανά μόριο καθιστώντας το πολύ όξινο επίσης. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το οξυγόνο έχει υψηλή ηλεκτροαρνητικότητα και μια ματιά σε ένα φωσφορικό μόριο δείχνει ότι υπάρχουν τέσσερα οξυγόνα που περιβάλλουν το φωσφορικό μόριο. Αυτά τα τέσσερα οξυγόνα πρόκειται να δοκιμάσουν και να τραβήξουν τα ηλεκτρόνια που μοιράζονται με τους δύο δεσμούς ΟΗ και τα δύο υδρογόνα συνήθως χάνουν και πέφτουν σε διάλυμα ως ιόντα Η +, μειώνοντας το pH.

Τα άλλα μισά αμινοξέα είναι οι αμινομάδες. Το άζωτο συχνά λειτουργεί ως αποδέκτης υδρογόνου σε βιολογικά συστήματα. Στην κανονική του κατάσταση, η αμινομάδα υπάρχει ως άζωτο και δύο υδρογόνα, όπως φαίνεται εδώ, αλλά μπορεί αποδεχτείτε ένα άλλο υδρογόνο από διάλυμα που προκαλεί αύξηση του pH του συστήματος, καθιστώντας το πιο βασικό. Δεδομένου ότι η ραχοκοκαλιά όλων των αμινοξέων είναι ένα καρβοξύλιο, ένας άνθρακας με διαφορετική λειτουργική ομάδα και μια αμινομάδα, αυτό που συμβαίνει συνήθως είναι ότι το καρβοξύλιο δίνει το υδρογόνο του σε διάλυμα, αλλά η αμινομάδα δέχεται ένα υδρογόνο από διάλυμα κάνοντας το συνολικό pH να παραμείνει το ίδιο.