Niveaux d'acidité des groupes fonctionnels

Toute vie sur la planète est composée de quatre produits chimiques de base; glucides, lipides, protéines et acides nucléiques. À la base, ces quatre molécules contiennent du carbone et de l'hydrogène et font partie d'une branche de la science appelée biochimie qui mélange la biologie et la chimie organique. Bien que les quatre catégories présentent certaines similitudes, l'inclusion de différents groupes d'atomes, appelés groupes fonctionnels, modifie complètement la fonction du produit chimique. Alors que bon nombre de ces groupes fonctionnels n'ont aucun effet sur le pH, certains de ces groupes fonctionnels peuvent modifier le pH des fluides dans un organisme. Le maintien d'un pH est vital pour le bien-être d'un organisme, il est donc important de savoir comment ces groupes fonctionnels interagissent.

Les acides et les bases sont des parties opposées d'une échelle mobile connue sous le nom de pH. L'échelle de pH mesure la quantité d'ions hydrogène positifs, désormais H+, qui se trouvent dans une solution par rapport à la quantité d'ions hydroxyde, notés OH-. Le point médian de l'échelle est pH7 et à pH7, la quantité d'ions H+ et d'ions OH- est en équilibre complet. L'échelle globale de pH va de zéro à quatorze. Tout ce qui ajoute des ions H+ à la solution s'appelle un acide et fait baisser le pH. Par conséquent, tout pH compris entre 0 et 6,9 est considéré comme acide. Tout ce qui donne de l'OH- à la solution ou se lie aux ions H+ est considéré comme une base et augmente le pH, rendant le pH de 7,1 à 14 basique. Plus le pH est éloigné de 7, plus une substance peut être nocive dans les deux sens. L'acide gastrique est de pH 2, qui est un acide extrêmement fort et la lessive est une base extrêmement forte pour référence.

La plupart des groupes fonctionnels ont peu ou pas d'effet sur l'acidité de la molécule. La cétone n'a pas d'hydrogène à donner à la solution ou de lieux pour accepter l'hydrogène. L'hydroxyle, qui est simplement un OH attaché à la molécule, pourrait éventuellement perdre son hydrogène, le rendant acide, mais ce n'est pas ainsi que la molécule interagit normalement. Un aldéhyde a un hydrogène à perdre mais il est connecté à une molécule de carbone et le carbone n'aime jamais laisser tomber ses hydrogènes. Enfin, le sulfhydryle, qui est un SH attaché, aime plus souvent trouver d'autres sulfhydryles avec lesquels se lier au lieu de donner de l'hydrogène à la solution. Par conséquent, aucun de ces groupes n'est généralement associé à un niveau d'acidité.

Le groupe fonctionnel carboxyle est souvent appelé groupe acide car il est très acide. L'oxygène a une électronégativité très élevée, ce qui signifie qu'il aime accumuler des électrons. Avec le OH à l'extrémité du carboxy, l'oxygène à double liaison offre généralement une assistance dans accumulant les électrons et l'hydrogène qui est attaché tombe simplement en solution, abaissant le pH. Les groupes carboxyle se trouvent dans les acides gras, qui forment des graisses, des huiles et des cires lorsqu'ils sont combinés avec d'autres molécules. Les carboxyles font également partie des acides aminés qui sont les éléments constitutifs des protéines.

Le groupe phosphate peut donner jusqu'à deux hydrogènes par molécule, ce qui le rend également très acide. Comme indiqué précédemment, l'oxygène a une électronégativité élevée et un regard sur une molécule de phosphate montre qu'il y a quatre oxygènes entourant la molécule de phosphate. Ces quatre oxygènes vont essayer d'attirer les électrons qui sont partagés avec les deux liaisons OH et les deux hydrogènes perdent et tombent généralement en solution sous forme d'ions H +, abaissant le pH.

L'autre moitié des acides aminés sont les groupes aminés. L'azote fonctionne souvent comme un accepteur d'hydrogène dans les systèmes biologiques. Dans son état normal, le groupe amino existe sous forme d'azote et de deux hydrogènes, comme indiqué ici, mais il peut accepter un autre hydrogène de la solution qui fait augmenter le pH du système, le rendant plus basique. Étant donné que le squelette de tous les acides aminés est un carboxyle, un carbone avec un groupe fonctionnel différent et un groupe amino, que se passe-t-il généralement est que le carboxyle donne son hydrogène à la solution mais que le groupe amino accepte un hydrogène de la solution, ce qui fait que le pH global reste le même.