כל החיים על פני כדור הארץ מורכבים מארבעה כימיקלים בסיסיים; פחמימות, שומנים, חלבונים וחומצות גרעין. בבסיסם, כל ארבע המולקולות הללו מכילות פחמן ומימן והן חלק מענף מדע הנקרא ביוכימיה המערבב ביולוגיה וכימיה אורגנית. בעוד שלארבע הקטגוריות יש כמה קווי דמיון, הכללה של קבוצות אטומים שונות, הנקראות קבוצות פונקציונליות, משנה לחלוטין את תפקודו של הכימיקל. בעוד שלרבים מקבוצות פונקציונליות אלה אין השפעה על ה- pH, חלק מקבוצות פונקציונליות אלו יכולות לשנות את ה- pH של הנוזלים באורגניזם. שמירה על pH חיונית לרווחת האורגניזמים ולכן חשוב לדעת כיצד קבוצות פונקציונליות אלה מתקשרות.
הגדרת חומצות ובסיסים
חומצות ובסיסים הם חלקים מנוגדים בקנה מידה הזזה המכונה pH. סולם ה- pH מודד את כמות יוני המימן החיוביים, מעכשיו H +, הנמצאים בתמיסה ביחס לכמות יוני ההידרוקסיד, שכותרתם OH-. נקודת האמצע של הסקאלה היא pH7 וב- pH7, כמות היונים של H + ו- OH- היונים נמצאים באיזון מוחלט. סולם ה- pH הכולל נע בין אפס לארבע עשרה. כל מה שמוסיף יונים H + לתמיסה נקרא חומצה והוא מסיט את ה- pH נמוך יותר. לכן, כל pH מ- 0-6.9 נחשב לחומצי. כל מה שתורם OH- לתמיסה או קושר את יוני H + נחשב לבסיס ומעלה את ה- pH והופך את ה- pH 7.1 - 14 לבסיסי. ככל שהמעבר מ- pH 7 הוא רחוק יותר, כך חומר יכול להזיק יותר לשני הכיוונים. חומצת קיבה היא pH 2, שהיא חומצה חזקה במיוחד ושתן הוא בסיס חזק במיוחד להפניה.
קבוצות פונקציונליות לא חומציות
לרוב הקבוצות הפונקציונליות אין השפעה מועטה עד בכלל על חומציות המולקולה. לקטון אין מימנים לתרום לתמיסה או מקומות לקבלת מימן. ההידרוקסיל, שהוא פשוט OH המחובר למולקולה, עשוי לאבד את המימן שלו, מה שהופך אותו לחומצי, אבל זה לא איך המולקולה פועלת בדרך כלל. לאלדהיד יש מימן להפסיד, אך הוא מחובר למולקולת פחמן ופחמן אף פעם לא אוהב להפיל את המימנים שלו. לבסוף, הסולפידריל, שהוא SH מחובר, לעתים קרובות יותר אוהב למצוא סולפידרילים אחרים להיקשר אליו בניגוד לתרומת מימן לתמיסה. לכן, אף אחת מהקבוצות הללו בדרך כלל אינה קשורה לרמת חומציות.
קרבוקסיל
הקבוצה הפונקציונלית של קרבוקסיל מכונה לעתים קרובות קבוצת חומצה מכיוון שהיא חומצית מאוד. לחמצן יש אלקטרונגטיביות גבוהה מאוד, מה שאומר שהוא אוהב לאגור אלקטרונים. עם ה- OH בקצה הקרבוקסי, החמצן הכפול כפול מציע בדרך כלל סיוע ב אגירת האלקטרונים והמימן המחובר פשוט נופל לתמיסה ומוריד את pH. קבוצות קרבוקסיל נמצאות בחומצות שומן, היוצרות שומנים, שמנים ושעוות בשילוב עם מולקולות אחרות. קרבוקסילים הם גם חלק מחומצות האמינו שהם אבני הבניין של החלבונים.
פוֹספָט
קבוצת הפוספט יכולה לתרום עד שני מימנים לכל מולקולה מה שהופך אותה לחומצית מאוד גם כן. כאמור קודם, לחמצן יש אלקטרונגטיביות גבוהה ומבט אחד על מולקולת פוספט מראה שיש ארבעה חמצנים המקיפים את מולקולת הפוספט. ארבעת החמצנים הללו הולכים לנסות למשוך את האלקטרונים המשותפים עם שני הקשרים OH ושני המימנים בדרך כלל מאבדים ונופלים לתמיסה כ יוני H +, ומורידים את ה- pH.
אמינו
המחצית השנייה של חומצות האמינו הן קבוצות האמינו. חנקן מתפקד לעיתים קרובות כמקבל מימן במערכות ביולוגיות. במצב הרגיל, קבוצת האמינו קיימת כחנקן ושני מימנים, כפי שמוצג כאן, אך היא יכולה קבל מימן נוסף מתמיסה שגורם לעליית ה- pH של המערכת, מה שהופך אותו לבסיסי יותר. מכיוון שעמוד השדרה של כל חומצות האמינו הוא קרבוקסיל, פחמן עם קבוצה פונקציונאלית שונה וקבוצת אמינו, מה שקורה בדרך כלל הוא שהקרבוקסיל תורם את המימן שלו לתמיסה אך קבוצת האמינו מקבלת מימן מתמיסה שהופכת את ה- pH הכללי להישאר אותו.