Razine kiselosti funkcionalnih skupina

Sav život na planeti sastoji se od četiri osnovne kemikalije; ugljikohidrati, lipidi, proteini i nukleinske kiseline. U osnovi, sve ove četiri molekule sadrže ugljik i vodik i dio su grane znanosti koja se naziva biokemija koja miješa biologiju i organsku kemiju. Iako četiri kategorije imaju neke sličnosti, uključivanje različitih skupina atoma, nazvanih funkcionalne skupine, potpuno mijenja funkciju kemikalije. Iako mnoge od ovih funkcionalnih skupina nemaju utjecaja na pH, neke od tih funkcionalnih skupina mogu pomicati pH tekućina u organizmu. Održavanje pH vrijednosti vitalno je za dobrobit organizama, pa je važno znati kako te funkcionalne skupine međusobno djeluju.

Kiseline i baze su suprotni dijelovi klizne ljestvice poznate kao pH. Ljestvica pH mjeri količinu pozitivnih vodikovih iona, od sada H +, koji se nalaze u otopini u odnosu na količinu hidroksidnih iona, označenih OH-. Sredina točke ljestvice je pH7, a pri pH7 količina H + iona i OH-iona u potpunoj je ravnoteži. Ukupna pH skala kreće se od nula do četrnaest. Sve što dodaje otopine H + ione naziva se kiselinom i pomiče pH niže. Stoga se bilo koji pH od 0-6,9 smatra kiselim. Sve što donira OH- u otopinu ili veže ione H + smatra se bazom i povisuje pH čineći pH 7,1 - 14 osnovnim. Što je pH pomak od 7 dalje, tvar može biti štetnija u bilo kojem smjeru. Želučana kiselina je pH 2, što je izuzetno jaka kiselina, a luž je izuzetno jaka baza za referencu.

Većina funkcionalnih skupina ima malo ili nimalo utjecaja na kiselost molekule. Keton nema vodonike za doniranje u otopinu ili mjesta za prihvat vodika. Hidroksil, koji je jednostavno OH vezan za molekulu, mogao bi izgubiti svoj vodik, čineći ga kiselim, ali molekula na taj način ne djeluje normalno. Aldehid mora izgubiti vodik, ali je povezan s molekulom ugljika i ugljik nikada ne voli ispuštati svoje vodike. I na kraju, sulfhidril, koji je spojen na SH, češće voli pronaći druge sulfhidrile za vezu, za razliku od doniranja vodika u otopinu. Stoga nijedna od ovih skupina obično nije povezana s nivoom kiselosti.

Karboksilna funkcionalna skupina često se naziva kiselinskom skupinom jer je vrlo kisela. Kisik ima vrlo visoku elektronegativnost, što znači da voli gomilati elektrone. Uz OH na kraju karboksija, dvostruko vezani kisik obično nudi pomoć u gomilajući elektrone i vodik koji je vezan jednostavno padne u otopinu, spuštajući pH. Karboksilne skupine nalaze se u masnim kiselinama, koje tvore masti, ulja i voskove u kombinaciji s drugim molekulama. Karboksili su također dio aminokiselina koje su građevni blokovi proteina.

Fosfatna skupina može donirati do dva vodika po molekuli što je čini vrlo kiselom. Kao što je prethodno rečeno, kisik ima visoku elektronegativnost i jedan pogled na molekulu fosfata pokazuje da oko molekule fosfata postoje četiri kisika. Ta će četiri kisika pokušati povući elektrone koji se dijele s dvije OH veze, a dva vodika obično gube i padaju u otopinu kao ioni H +, snižavajući pH.

Druga polovica aminokiselina su aminokiseline. Dušik često djeluje kao akceptor vodika u biološkim sustavima. U svom normalnom stanju, amino skupina postoji kao dušik i dva vodika, kao što je ovdje prikazano, ali može prihvatite još jedan vodik iz otopine zbog čega pH sustava raste, što ga čini osnovnijim. Budući da su okosnica svih aminokiselina karboksil, ugljik s drugom funkcionalnom skupinom i amino skupina, što se obično događa je da karboksil donira svoj vodik otopini, ali amino skupina prihvaća vodik iz otopine, čime cjelokupni pH ostaje isti.