Tutta la vita sul pianeta è composta da quattro sostanze chimiche di base; carboidrati, lipidi, proteine e acidi nucleici. Al centro, tutte e quattro queste molecole contengono carbonio e idrogeno e fanno parte di una branca della scienza chiamata biochimica che mescola biologia e chimica organica. Mentre le quattro categorie hanno alcune somiglianze, l'inclusione di diversi gruppi di atomi, chiamati gruppi funzionali, cambia completamente la funzione della sostanza chimica. Mentre molti di questi gruppi funzionali non hanno alcun effetto sul pH, alcuni di questi gruppi funzionali possono spostare il pH dei fluidi in un organismo. Mantenere un pH è vitale per il benessere di un organismo, quindi è importante sapere come interagiscono questi gruppi funzionali.
Definizione di acidi e basi
Acidi e basi sono parti opposte di una scala mobile nota come pH. La scala del pH misura la quantità di ioni idrogeno positivi, d'ora in poi H+, che si trovano in una soluzione in relazione alla quantità di ioni idrossido, etichettati OH-. Il punto medio della scala è pH7 ea pH7, la quantità di ioni H+ e OH- sono in completo equilibrio. La scala complessiva del pH va da zero a quattordici. Tutto ciò che aggiunge ioni H+ alla soluzione è chiamato acido e abbassa il pH. Pertanto, qualsiasi pH compreso tra 0 e 6,9 è considerato acido. Tutto ciò che dona OH- alla soluzione o lega gli ioni H+ è considerato una base e aumenta il pH rendendo pH 7,1 - 14 basico. Più lontano è lo spostamento da 7 del pH, più dannosa può essere una sostanza in entrambe le direzioni. L'acido dello stomaco è pH 2, che è un acido estremamente forte e la liscivia è una base estremamente forte di riferimento.
Gruppi funzionali non acidi
La maggior parte dei gruppi funzionali ha poco o nessun effetto sull'acidità della molecola. Il chetone non ha idrogeni da donare alla soluzione o luoghi per accettare l'idrogeno. L'idrossile, che è semplicemente un OH attaccato alla molecola, potrebbe in teoria perdere il suo idrogeno, rendendolo acido, ma non è così che la molecola normalmente interagisce. Un'aldeide ha un idrogeno da perdere ma è collegata a una molecola di carbonio e al carbonio non piace mai far cadere i suoi idrogeni. Infine, il sulfidrile, che è un SH attaccato, ama più spesso trovare altri sulfidrili con cui legarsi invece di donare idrogeno alla soluzione. Pertanto, nessuno di questi gruppi è solitamente associato ad avere un livello di acidità.
carbossile
Il gruppo funzionale carbossilico viene spesso definito gruppo acido perché è molto acido. L'ossigeno ha un'elettronegatività molto alta, il che significa che gli piace accumulare elettroni. Con l'OH all'estremità del carbossi, l'ossigeno a doppio legame di solito offre assistenza in accumulando gli elettroni e l'idrogeno che è attaccato cade semplicemente in soluzione, abbassando il pH. I gruppi carbossilici si trovano negli acidi grassi, che formano grassi, oli e cere quando combinati con altre molecole. I carbossili fanno anche parte degli amminoacidi che sono i mattoni delle proteine.
Fosfato
Il gruppo fosfato può donare fino a due idrogeni per molecola rendendolo anche molto acido. Come affermato in precedenza, l'ossigeno ha un'elevata elettronegatività e uno sguardo a una molecola di fosfato mostra che ci sono quattro ossigeni che circondano la molecola di fosfato. Quei quattro ossigeni cercheranno di attirare gli elettroni che vengono condivisi con i due legami OH e i due idrogeni di solito perdono e cadono in soluzione come ioni H+, abbassando il pH.
Amino
L'altra metà degli amminoacidi sono i gruppi amminici. L'azoto funziona spesso come accettore di idrogeno nei sistemi biologici. Nel suo stato normale, il gruppo amminico esiste come azoto e due idrogeni, come mostrato qui, ma può accettare un altro idrogeno dalla soluzione che fa aumentare il pH del sistema, rendendolo più basico. Poiché la spina dorsale di tutti gli amminoacidi è un carbossile, un carbonio con un gruppo funzionale diverso e un gruppo amminico, ciò che accade di solito è che il carbossile dona il suo idrogeno alla soluzione ma il gruppo amminico accetta un idrogeno dalla soluzione facendo sì che il pH complessivo rimanga il stesso.