Funkcionālo grupu skābuma līmeņi

Visu planētas dzīvi veido četras pamata ķīmiskās vielas; ogļhidrāti, lipīdi, olbaltumvielas un nukleīnskābes. Būtībā visas četras šīs molekulas satur oglekli un ūdeņradi un ir daļa no zinātnes nozares, ko sauc par bioķīmiju, kurā sajaucas bioloģija un organiskā ķīmija. Kaut arī četrām kategorijām ir zināma līdzība, dažādu atomu grupu, ko sauc par funkcionālajām grupām, iekļaušana pilnībā maina ķīmiskās vielas funkciju. Kaut arī daudzas no šīm funkcionālajām grupām neietekmē pH līmeni, dažas no šīm funkcionālajām grupām var mainīt organisma šķidrumu pH. PH uzturēšana ir vitāli nepieciešama organismu labsajūtai, tāpēc ir svarīgi zināt, kā šīs funkcionālās grupas mijiedarbojas.

Skābes un bāzes ir pretējas slīdošās skalas daļas, kas pazīstamas kā pH. PH skala mēra pozitīvo ūdeņraža jonu (turpmāk H +) daudzumu šķīdumā, salīdzinot ar hidroksīda jonu daudzumu, kas apzīmēts ar OH-. Skalas viduspunkts ir pH 7, un pie pH 7 H + jonu un OH-jonu daudzums ir pilnīgā līdzsvarā. Kopējā pH skala svārstās no nulles līdz četrpadsmit. Viss, kas šķīdumam pievieno H + jonus, tiek saukts par skābi, un tas maina pH līmeni zemāk. Tādēļ jebkurš pH no 0-6,9 tiek uzskatīts par skābu. Viss, kas ziedo OH- šķīdumam vai saistās H + jonus, tiek uzskatīts par bāzi un paaugstina pH līmeni, padarot pH 7,1 - 14 bāzes. Jo tālāk ir novirze no 7 pH, jo vairāk viela var būt kaitīga jebkurā virzienā. Kuņģa skābes pH ir 2, kas ir ārkārtīgi stipra skābe, un sārms ir ārkārtīgi stipra bāze atsaucei.

Lielākajai daļai funkcionālo grupu ir maza ietekme uz molekulas skābumu vai tās vispār nav. Ketonam nav ūdeņražu, ko ziedot šķīdumam, vai vietās, kur pieņemt ūdeņradi. Hidroksilgrupa, kas vienkārši ir molekulai piestiprināta OH, varētu domāt, ka tā zaudēs ūdeņradi, padarot to skābu, bet tā molekula parasti nemijiedarbojas. Aldehīdam ir jāzaudē ūdeņradis, bet tas ir saistīts ar oglekļa molekulu, un ogleklim nekad nepatīk nomest savus ūdeņražus. Visbeidzot, sulfhidrilam, kas ir pievienots SH, biežāk patīk atrast citus sulfhidrilus, ar kuriem savienoties, nevis ūdeņraža ziedošanai šķīdumā. Tāpēc neviena no šīm grupām parasti nav saistīta ar skābuma līmeni.

Karboksilgrupu bieži sauc par skābes grupu, jo tā ir ļoti skāba. Skābeklim ir ļoti augsta elektronegativitāte, kas nozīmē, ka tam patīk krāt elektronus. Ar OH, kas atrodas karboksi galā, divkāršais savienojums ar skābekli parasti piedāvā palīdzību elektronu uzkrāšana un piesaistītais ūdeņradis vienkārši nokrīt šķīdumā, pazeminot pH. Karboksilgrupas ir taukskābēs, kas, apvienojot tās ar citām molekulām, veido taukus, eļļas un vaskus. Karboksili ir arī daļa no aminoskābēm, kas ir olbaltumvielu celtniecības bloki.

Fosfātu grupa var ziedot līdz diviem ūdeņražiem uz vienu molekulu, padarot to arī ļoti skābu. Kā minēts iepriekš, skābeklim ir augsta elektronegativitāte, un, aplūkojot fosfāta molekulu, redzams, ka fosfāta molekulu ieskauj četri oksigēni. Šie četri oksigēni mēģinās pievilkt elektronus, kas ir kopīgi ar divām OH saitēm, un abi ūdeņraži parasti zaudē un nokrīt šķīdumā kā H + joni, pazeminot pH.

Otra puse aminoskābju ir aminoskābes. Slāpeklis bioloģiskajās sistēmās bieži darbojas kā ūdeņraža akceptors. Normālā stāvoklī aminogrupa pastāv kā slāpeklis un divi ūdeņraži, kā parādīts šeit, bet tā var pieņemt citu ūdeņradi no šķīduma, kas izraisa sistēmas pH līmeņa paaugstināšanos, padarot to bāziskāku. Tā kā visu aminoskābju mugurkauls ir karboksilgrupa, ogleklis ar atšķirīgu funkcionālo grupu un aminogrupa, tas, kas parasti notiek ir tas, ka karboksilgrupa ziedo savu ūdeņradi šķīdumam, bet aminogrupa pieņem ūdeņradi no šķīduma, padarot kopējo pH līmeni tāpat.