Ravni kislosti funkcionalnih skupin

Vse življenje na planetu je sestavljeno iz štirih osnovnih kemikalij; ogljikovi hidrati, lipidi, beljakovine in nukleinske kisline. V jedru vse te štiri molekule vsebujejo ogljik in vodik in so del veje znanosti, imenovane biokemija, ki meša biologijo in organsko kemijo. Medtem ko imajo štiri kategorije nekaj podobnosti, vključitev različnih skupin atomov, imenovanih funkcionalne skupine, popolnoma spremeni delovanje kemikalije. Čeprav mnoge od teh funkcionalnih skupin nimajo vpliva na pH, lahko nekatere od teh funkcionalnih skupin spremenijo pH tekočin v organizmu. Vzdrževanje pH je bistvenega pomena za dobro počutje organizmov, zato je pomembno vedeti, kako te funkcionalne skupine sodelujejo.

Kisline in baze so nasprotni deli drsne lestvice, znane kot pH. Lestvica pH meri količino pozitivnih vodikovih ionov, odslej H +, ki so v raztopini glede na količino hidroksidnih ionov, označenih z OH-. Sredina lestvice je pH7, pri pH7 pa je količina ionov H + in OH-ionov v popolnem ravnovesju. Skupna lestvica pH se giblje od nič do štirinajst. Vse, kar raztopini doda ione H +, imenujemo kislina in pH premakne nižje. Zato se vsak pH od 0-6,9 šteje za kislega. Vse, kar donira OH- v raztopino ali veže ione H +, se šteje za osnovo in zviša pH, zaradi česar je pH 7,1 - 14 bazičen. Daljši je premik pH od 7, večja je lahko snov v obe smeri. Želodčna kislina je pH 2, kar je izredno močna kislina, lug pa je izredno močna referenčna baza.

Večina funkcionalnih skupin ima malo ali nič vpliva na kislost molekule. Keton nima vodikov, ki bi jih daroval v raztopino, ali mest za sprejem vodika. Hidroksil, ki je preprosto OH, pritrjen na molekulo, bi lahko izgubil vodik, zaradi česar bi bil kisel, vendar molekula ne deluje normalno. Aldehid ima vodik za izgubo, vendar je povezan z molekulo ogljika in ogljik nikoli ne mara spustiti svojih vodikov. Nazadnje, sulfhidril, ki je pritrjen na SH, pogosteje rad najde druge sulfhidrile, s katerimi se veže, v nasprotju z doniranjem vodika v raztopino. Zato nobena od teh skupin običajno ni povezana s stopnjo kislosti.

Karboksilno funkcionalno skupino pogosto imenujemo kisla skupina, ker je zelo kisla. Kisik ima zelo visoko elektronegativnost, kar pomeni, da rad kopiči elektrone. Z OH na koncu karboksija, dvojno vezan kisik običajno pomaga pri kopičenje elektronov in vodik, ki je pritrjen, preprosto odpade v raztopino in spušča pH. Karboksilne skupine najdemo v maščobnih kislinah, ki v kombinaciji z drugimi molekulami tvorijo maščobe, olja in voske. Karboksili so tudi del aminokislin, ki so gradniki beljakovin.

Fosfatna skupina lahko da do dva vodika na molekulo, zaradi česar je tudi zelo kisla. Kot smo že omenili, ima kisik visoko elektronegativnost in že en pogled na molekulo fosfata kaže, da obstajajo štirje kisiki, ki obdajajo molekulo fosfata. Ti štirje kisiki bodo poskušali potegniti elektrone, ki jih delimo z obema vezema OH, oba vodika pa običajno izgubita in padeta v raztopino kot ioni H + in znižata pH.

Druga polovica aminokislin so aminokisline. Dušik v bioloških sistemih pogosto deluje kot akceptor vodika. V normalnem stanju amino skupina obstaja kot dušik in dva vodika, kot je prikazano tukaj, vendar lahko sprejmite drug vodik iz raztopine, zaradi česar se pH sistema dvigne in postane bolj bazičen. Ker je hrbtenica vseh aminokislin karboksil, ogljik z drugačno funkcionalno skupino in amino skupina, kaj se običajno zgodi je, da karboksil da vodik v raztopino, toda amino skupina sprejme vodik iz raztopine, zaradi česar celotni pH ostane enako.