A funkcionális csoportok savtartalma

A bolygón minden élet négy alapvető vegyi anyagból áll; szénhidrátok, lipidek, fehérjék és nukleinsavak. Lényegében mind a négy molekula tartalmaz szenet és hidrogént, és része a biokémia nevű tudományágnak, amely vegyíti a biológiát és a szerves kémiát. Míg a négy kategóriának van némi hasonlósága, a különböző atomcsoportok, az úgynevezett funkcionális csoportok bevonása teljesen megváltoztatja a vegyi anyag funkcióját. Míg ezek közül a funkcionális csoportok közül sok nem befolyásolja a pH-t, ezek közül a funkcionális csoportok közül néhány megváltoztathatja a szervezet folyadékainak pH-ját. A pH fenntartása létfontosságú az élőlények számára, ezért fontos tudni, hogy ezek a funkcionális csoportok hogyan lépnek kölcsönhatásba.

A savak és bázisok a csúszó skála ellentétes részei, amelyeket pH-nak nevezünk. A pH-skála az oldatban lévő pozitív hidrogénionok (a továbbiakban H +) mennyiségét méri az OH- jelöléssel ellátott hidroxidionok mennyiségéhez viszonyítva. A skála középpontja pH 7, pH 7-nél pedig a H + -ionok és az OH-ionok mennyisége teljes egyensúlyban van. A teljes pH-skála nullától tizennégyig terjed. Bármit, ami H + ionokat ad az oldathoz, savnak nevezzük, és ez alacsonyabbra tolja a pH-t. Ezért a 0-6,9 közötti pH-értéket savasnak tekintjük. Bármi, ami OH-oldatot adományoz az oldathoz vagy megköti a H + -ionokat, bázisként tekinthető, és emeli a pH-t, így a pH 7,1 - 14 bázissá válik. Minél messzebb van a pH 7-től való eltolódás, annál károsabb lehet az anyag mindkét irányban. A gyomorsav pH-ja 2, ami rendkívül erős sav, a lúg pedig rendkívül erős bázis referenciaként.

A legtöbb funkcionális csoport alig vagy egyáltalán nem befolyásolja a molekula savasságát. A ketonnak nincsenek hidrogénjei, amelyeket adományozhat az oldathoz, vagy olyan helyek, amelyek hidrogént elfogadnak. A hidroxil, amely egyszerűen a molekulához kapcsolódik egy OH-hoz, elképzelhető módon elveszítheti hidrogénjét, savanyúvá téve, de a molekula általában nem így lép kölcsönhatásba. Az aldehidnek el kell veszítenie a hidrogént, de kapcsolódik egy szénmolekulához, és a szén soha nem szereti ledobni hidrogénjeit. Végül a szulfhidril, amely SH-kötődés, gyakrabban szeret más szulfhidrileket találni, amelyekhez kötődhet, szemben azzal, hogy hidrogén adományozódik az oldathoz. Ezért ezen csoportok egyike sem szokott társulni savassági szinttel.

A karboxilcsoportot gyakran savas csoportnak nevezik, mivel nagyon savas. Az oxigénnek nagyon magas az elektronegativitása, ami azt jelenti, hogy szeret elektronokat felhalmozni. Ha az OH a karboxi végén van, a kettős kötésű oxigén általában segítséget nyújt az elektronok felhalmozása és a hozzá kapcsolódó hidrogén egyszerűen oldatba esik, és leengedi pH. A karboxilcsoportok megtalálhatók a zsírsavakban, amelyek más molekulákkal kombinálva zsírokat, olajokat és viaszokat képeznek. A karboxilok az aminosavak részét képezik, amelyek a fehérjék építőkövei.

A foszfátcsoport molekulánként legfeljebb két hidrogént adományozhat, ezáltal nagyon savas is. Amint azt korábban említettük, az oxigénnek nagy az elektronegativitása, és egy foszfátmolekulára vetett nézet azt mutatja, hogy négy oxigén veszi körül a foszfátmolekulát. Ez a négy oxigén megpróbálja meghúzni azokat az elektronokat, amelyek a két OH-kötéssel közösek, és a két hidrogén általában veszít és oldatba esik H + -ionként, csökkentve a pH-t.

Az aminosavak másik fele az aminocsoport. A nitrogén gyakran hidrogén-akceptorként működik a biológiai rendszerekben. Normális állapotában az aminocsoport nitrogénként és két hidrogénként létezik, amint az itt látható, de igen fogadjon el egy másik hidrogént az oldatból, amely a rendszer pH-értékét megemeli, emiatt lúgosabb. Mivel az összes aminosav gerince egy karboxilcsoport, egy különböző funkciós csoporttal rendelkező szénatom és egy aminocsoport, általában az történik az, hogy a karboxil hidrogénjét adományozza az oldatnak, de az aminocsoport hidrogént fogad el az oldatból, aminek következtében a teljes pH megmarad azonos.