ระดับความเป็นกรดของกลุ่มการทำงาน

สิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลกใบนี้ประกอบด้วยสารเคมีพื้นฐานสี่ชนิด คาร์โบไฮเดรต ไขมัน โปรตีน และกรดนิวคลีอิก ที่แกนกลาง โมเลกุลทั้งสี่นี้มีคาร์บอนและไฮโดรเจน และเป็นส่วนหนึ่งของสาขาวิทยาศาสตร์ที่เรียกว่าชีวเคมี ซึ่งผสมผสานชีววิทยาและเคมีอินทรีย์ แม้ว่าทั้งสี่ประเภทมีความคล้ายคลึงกัน แต่การรวมกลุ่มของอะตอมที่เรียกว่ากลุ่มฟังก์ชันจะเปลี่ยนการทำงานของสารเคมีโดยสิ้นเชิง แม้ว่ากลุ่มการทำงานเหล่านี้จำนวนมากจะไม่มีผลต่อ pH แต่กลุ่มการทำงานบางกลุ่มสามารถเปลี่ยนค่า pH ของของเหลวในสิ่งมีชีวิตได้ การรักษาค่า pH นั้นมีความสำคัญต่อความเป็นอยู่ที่ดีของสิ่งมีชีวิต ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องรู้ว่ากลุ่มการทำงานเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไร

กรดและเบสเป็นส่วนตรงข้ามของมาตราส่วนแบบเลื่อนที่เรียกว่า pH มาตราส่วน pH จะวัดปริมาณของไฮโดรเจนไอออนบวก ต่อจากนี้ไป H+ ซึ่งอยู่ในสารละลายที่สัมพันธ์กับปริมาณของไฮดรอกไซด์ไอออนที่มีข้อความว่า OH- จุดกึ่งกลางของสเกลคือ pH7 และที่ pH7 ปริมาณของไอออน H+ และ OH- จะสมดุลอย่างสมบูรณ์ มาตราส่วน pH โดยรวมมีตั้งแต่ศูนย์ถึงสิบสี่ อะไรก็ตามที่เพิ่มไอออน H+ ลงในสารละลายจะเรียกว่ากรดและทำให้ค่า pH ลดลง ดังนั้น pH ใด ๆ ตั้งแต่ 0-6.9 ถือว่าเป็นกรด อะไรก็ตามที่บริจาค OH- เพื่อแก้ปัญหาหรือจับไอออน H+ ถือเป็นเบสและเพิ่มค่า pH ทำให้ pH 7.1 - 14 เป็นเบส ยิ่งการเปลี่ยนแปลงจากค่า pH เท่ากับ 7 มากเท่าใด สารจะยิ่งสร้างความเสียหายได้มากเท่านั้นในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง กรดในกระเพาะอาหารมีค่า pH 2 ซึ่งเป็นกรดที่แรงมาก และน้ำด่างเป็นเบสที่แรงมากสำหรับการอ้างอิง

กลุ่มหน้าที่ส่วนใหญ่มีผลเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลยต่อความเป็นกรดของโมเลกุล คีโตนไม่มีไฮโดรเจนที่จะบริจาคให้กับสารละลายหรือสถานที่รับไฮโดรเจน ไฮดรอกซิล ซึ่งเป็นเพียง OH ที่ติดอยู่กับโมเลกุล อาจสูญเสียไฮโดรเจนไป ทำให้มันเป็นกรด แต่นั่นไม่ใช่วิธีที่โมเลกุลปกติจะมีปฏิสัมพันธ์กัน อัลดีไฮด์มีไฮโดรเจนที่สูญเสียไป แต่มันเชื่อมต่อกับโมเลกุลของคาร์บอน และคาร์บอนไม่ชอบที่จะทำให้ไฮโดรเจนของมันตก ประการสุดท้าย ซัลฟาไฮดริล ซึ่งติดอยู่กับ SH มักชอบหาซัลฟาไฮดริลอื่นๆ มาเกาะติดกัน แทนที่จะบริจาคไฮโดรเจนให้กับสารละลาย ดังนั้นจึงไม่มีกลุ่มใดกลุ่มหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการมีระดับความเป็นกรด

หมู่ฟังก์ชันคาร์บอกซิลมักถูกเรียกว่าหมู่กรด เพราะมีความเป็นกรดมาก ออกซิเจนมีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้สูงมาก ซึ่งหมายความว่ามันชอบสะสมอิเล็กตรอน ด้วย OH ที่ส่วนท้ายของคาร์บอกซี ออกซิเจนพันธะคู่มักจะให้ความช่วยเหลือใน การกักตุนอิเลคตรอนและไฮโดรเจนที่เกาะติดอยู่ก็จะตกลงไปในสารละลาย ทำให้ พีเอช หมู่คาร์บอกซิลพบได้ในกรดไขมัน ซึ่งก่อตัวเป็นไขมัน น้ำมัน และไขเมื่อรวมกับโมเลกุลอื่นๆ คาร์บอกซิลยังเป็นส่วนหนึ่งของกรดอะมิโนซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของโปรตีน

กลุ่มฟอสเฟตสามารถบริจาคไฮโดรเจนได้มากถึงสองไฮโดรเจนต่อโมเลกุล ทำให้มีความเป็นกรดสูงเช่นกัน ตามที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้ ออกซิเจนมีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้สูง และเมื่อมองที่โมเลกุลฟอสเฟตหนึ่งครั้งแสดงว่ามีออกซิเจนสี่ตัวที่อยู่รอบโมเลกุลฟอสเฟต ออกซิเจนสี่ตัวนั้นจะพยายามดึงอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกับพันธะ OH สองพันธะ และไฮโดรเจนทั้งสองมักจะสูญเสียและตกลงไปในสารละลายในรูปของไอออน H+ ซึ่งจะทำให้ pH ต่ำลง

อีกครึ่งหนึ่งของกรดอะมิโนคือหมู่อะมิโน ไนโตรเจนมักทำหน้าที่เป็นตัวรับไฮโดรเจนในระบบชีวภาพ ในสภาวะปกติ หมู่อะมิโนมีอยู่ในรูปของไนโตรเจนและไฮโดรเจนสองชนิด ดังที่แสดงไว้ที่นี่ แต่สามารถ รับไฮโดรเจนอีกตัวหนึ่งจากสารละลายซึ่งทำให้ค่า pH ของระบบสูงขึ้น ทำให้เป็นพื้นฐานมากขึ้น เนื่องจากกระดูกสันหลังของกรดอะมิโนทั้งหมดคือคาร์บอกซิล คาร์บอนที่มีหมู่ฟังก์ชันต่างกัน และหมู่อะมิโนจึงมักเกิดขึ้น คือ คาร์บอกซิลบริจาคไฮโดรเจนให้เป็นสารละลาย แต่หมู่อะมิโนรับไฮโดรเจนจากสารละลายทำให้ pH โดยรวมยังคงอยู่ เหมือนกัน.