Περιεχόμενο
Όλη η ζωή στον πλανήτη αποτελείται από τέσσερα βασικά χημικά. υδατάνθρακες, λιπίδια, πρωτεΐνες και νουκλεϊκά οξέα. Στον πυρήνα και τα τέσσερα αυτά μόρια περιέχουν άνθρακα και υδρογόνο και αποτελούν μέρος ενός κλάδου της επιστήμης που ονομάζεται βιοχημεία που αναμιγνύει τη βιολογία και την οργανική χημεία. Ενώ οι τέσσερις κατηγορίες έχουν κάποιες ομοιότητες, η ένταξη διαφόρων ομάδων ατόμων, που ονομάζονται λειτουργικές ομάδες, αλλάζει εντελώς τη λειτουργία του χημικού. Ενώ πολλές από αυτές τις λειτουργικές ομάδες δεν έχουν καμία επίδραση στο ρΗ, ορισμένες από αυτές τις λειτουργικές ομάδες μπορούν να μεταφέρουν το ρΗ των υγρών σε έναν οργανισμό. Η διατήρηση ενός pH είναι ζωτικής σημασίας για την ευημερία των οργανισμών, επομένως είναι σημαντικό να γνωρίζουμε πώς αλληλεπιδρούν αυτές οι λειτουργικές ομάδες.
Ορισμός των οξέων και των βάσεων
Τα οξέα και οι βάσεις είναι αντίθετα τμήματα μιας κλίμακας ολίσθησης γνωστή ως ρΗ. Η κλίμακα pH μετράει την ποσότητα των θετικών ιόντων υδρογόνου, εφεξής H +, που βρίσκονται σε ένα διάλυμα σε σχέση με την ποσότητα ιόντων υδροξειδίου, σημασμένα με ΟΗ-. Το μέσον της κλίμακας είναι ρΗ7 και σε ρΗ7, η ποσότητα ιόντων Η + και ιόντων ΟΗ είναι σε πλήρη ισορροπία. Η συνολική κλίμακα pH κυμαίνεται από το μηδέν έως το δεκατέσσερις. Οτιδήποτε προσθέτει ιόντα Η + στο διάλυμα ονομάζεται οξύ και μετατοπίζει το pH χαμηλότερα. Ως εκ τούτου, οποιοδήποτε ρΗ από 0-6,9 θεωρείται όξινο. Οτιδήποτε που δίδει διάλυμα ΟΗ- ή δεσμεύει τα ιόντα Η + θεωρείται μια βάση και αυξάνει το ρΗ που κάνει ρΗ 7,1-14 βασικό. Όσο μεγαλύτερη είναι η μετατόπιση από το 7 το pH, τόσο πιο επιζήμια η ουσία μπορεί να είναι προς οποιαδήποτε κατεύθυνση. Το οξύ στο στομάχι είναι ρΗ 2, το οποίο είναι ένα εξαιρετικά ισχυρό οξύ και το lye είναι μια εξαιρετικά ισχυρή βάση για αναφορά.
Μη όξινες λειτουργικές ομάδες
Οι περισσότερες λειτουργικές ομάδες έχουν μικρή ή καθόλου επίδραση στην οξύτητα του μορίου. Η κετόνη δεν έχει υδρογόνα για να δωρίσει σε διάλυμα ή μέρη που δέχονται υδρογόνο. Το υδροξύλιο, το οποίο είναι απλώς ένα ΟΗ συνδεδεμένο με το μόριο, θα μπορούσε πιθανώς να χάσει το υδρογόνο του, καθιστώντας το όξινο, αλλά αυτό δεν είναι το πώς το μόριο αλληλεπιδρά κανονικά. Μια αλδεϋδη έχει ένα υδρογόνο για να χάσει, αλλά συνδέεται με ένα μόριο άνθρακα και ο άνθρακας ποτέ δεν θέλει να ρίξει τα υδρογόνα του. Τέλος, το σουλφυδρύλιο, το οποίο είναι συνημμένο SH, συχνά θέλει να βρει άλλα σουλφυδρυλικά για να συνδεθεί με αντί να δίδει υδρογόνο στο διάλυμα. Επομένως, καμία από αυτές τις ομάδες δεν συνδέεται συνήθως με ένα επίπεδο οξύτητας.
Καρβοξύλιο
Η λειτουργική ομάδα καρβοξυλίου συχνά αναφέρεται ως όξινη ομάδα επειδή είναι πολύ όξινη. Το οξυγόνο έχει μια πολύ υψηλή ηλεκτραρνητικότητα, που σημαίνει ότι του αρέσει να συσσωρεύει ηλεκτρόνια. Με το ΟΗ στο τέλος του καρβοξυ, το διπλά συνδεδεμένο οξυγόνο συνήθως προσφέρει βοήθεια στη συσσώρευση των ηλεκτρονίων και το συνδεδεμένο υδρογόνο απλώς πέφτει στο διάλυμα μειώνοντας το ρΗ. Οι ομάδες καρβοξυλίου βρίσκονται στα λιπαρά οξέα, τα οποία σχηματίζουν λίπη, έλαια και κηρούς όταν συνδυάζονται με άλλα μόρια. Τα καρβοξύλια είναι επίσης μέρος των αμινοξέων που είναι τα δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών.
Φωσφορικό άλας
Η φωσφορική ομάδα μπορεί να δωρίσει έως και δύο υδρογόνα ανά μόριο καθιστώντας την πολύ όξινη επίσης. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το οξυγόνο έχει υψηλή ηλεκτρεναρτικότητα και μια ματιά σε ένα μόριο φωσφορικού άλατος δείχνει ότι υπάρχουν τέσσερα οξυγόνα που περιβάλλουν το μόριο φωσφορικών. Αυτά τα τέσσερα οξυγόνα πρόκειται να προσπαθήσουν και να τραβήξουν τα ηλεκτρόνια που μοιράζονται με τους δύο ΟΗ δεσμούς και τα δύο υδρογόνα συνήθως χάνουν και πέφτουν στο διάλυμα ως ιόντα Η +, μειώνοντας το ρΗ.
Αμινο
Το άλλο μισό των αμινοξέων είναι οι αμινομάδες. Το άζωτο συχνά λειτουργεί ως αποδέκτης υδρογόνου σε βιολογικά συστήματα. Στην κανονική του κατάσταση, η αμινομάδα υπάρχει ως άζωτο και δύο υδρογόνα, όπως φαίνεται εδώ, αλλά μπορεί να δεχθεί ένα άλλο υδρογόνο από το διάλυμα το οποίο προκαλεί την αύξηση του ρΗ του συστήματος, καθιστώντας το πιο βασικό. Δεδομένου ότι ο σκελετός όλων των αμινοξέων είναι ένα καρβοξύλιο, ένας άνθρακας με διαφορετική λειτουργική ομάδα και μια αμινομάδα, αυτό που συμβαίνει συνήθως είναι ότι το καρβοξύλιο δωρίζει το υδρογόνο του σε διάλυμα, αλλά η αμινομάδα δέχεται υδρογόνο από το διάλυμα κάνοντας το συνολικό pH το ίδιο.