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Tutta la vita sul pianeta è composta da quattro sostanze chimiche di base; carboidrati, lipidi, proteine e acidi nucleici. Al centro, tutte e quattro queste molecole contengono carbonio e idrogeno e fanno parte di un ramo della scienza chiamato biochimica che mescola biologia e chimica organica. Mentre le quattro categorie hanno alcune somiglianze, l'inclusione di diversi gruppi di atomi, chiamati gruppi funzionali, cambia completamente la funzione della sostanza chimica. Mentre molti di questi gruppi funzionali non hanno alcun effetto sul pH, alcuni di questi gruppi funzionali possono spostare il pH dei fluidi in un organismo. Mantenere un pH è vitale per il benessere di un organismo, quindi è importante sapere come interagiscono questi gruppi funzionali.
Definizione di acidi e basi
Acidi e basi sono parti opposte di una scala mobile nota come pH. La scala del pH misura la quantità di ioni idrogeno positivi, d'ora in poi H +, che si trovano in una soluzione in relazione alla quantità di ioni idrossido, etichettati OH-. Il punto medio della scala è pH7 e a pH7, la quantità di ioni H + e OH ioni è in equilibrio completo. La scala complessiva del pH varia da zero a quattordici. Tutto ciò che aggiunge ioni H + alla soluzione è chiamato un acido e sposta il pH più in basso. Pertanto, qualsiasi pH compreso tra 0 e 6,9 è considerato acido. Tutto ciò che dona OH- alla soluzione o lega gli ioni H + è considerato una base e aumenta il pH rendendo il pH 7,1-14 base. Quanto più lontano è il passaggio da 7 al pH, tanto più dannosa può essere una sostanza in entrambe le direzioni. L'acido di stomaco è pH 2, che è un acido estremamente forte e la lisciva è una base estremamente forte per riferimento.
Gruppi funzionali non acidi
La maggior parte dei gruppi funzionali ha poco o nessun effetto sull'acidità della molecola. Il chetone non ha idrogeni da donare alla soluzione o ai luoghi in cui accettare l'idrogeno. L'idrossile, che è semplicemente un OH attaccato alla molecola, potrebbe concepibilmente perdere il suo idrogeno, rendendolo acido, ma non è così che la molecola normalmente interagisce. Un'aldeide ha un idrogeno da perdere ma è collegata a una molecola di carbonio e al carbonio non piace mai far cadere i suoi idrogeni. Infine, il sulfidrile, che è un SH attaccato, più spesso ama trovare altri sulfidrilici con cui legarsi anziché donare idrogeno alla soluzione. Pertanto, nessuno di questi gruppi è generalmente associato ad avere un livello di acidità.
carboxyl
Il gruppo funzionale carbossilico è spesso indicato come un gruppo acido perché è molto acido. L'ossigeno ha un'elettronegatività molto elevata, il che significa che gli piace accumulare elettroni. Con l'OH all'estremità della carbossi, l'ossigeno a doppio legame di solito offre assistenza per accumulare gli elettroni e l'idrogeno che viene attaccato semplicemente cade in soluzione, abbassando il pH. I gruppi carbossilici si trovano negli acidi grassi, che formano grassi, oli e cere se combinati con altre molecole. I carbossili fanno anche parte degli aminoacidi che sono i mattoni delle proteine.
Fosfato
Il gruppo fosfato può donare fino a due idrogeni per molecola, rendendolo anche molto acido. Come affermato in precedenza, l'ossigeno ha un'elevata elettronegatività e uno sguardo a una molecola di fosfato mostra che ci sono quattro ossigeni che circondano la molecola di fosfato. Quei quattro ossigeni proveranno a tirare gli elettroni che sono condivisi con i due legami OH e i due idrogeni di solito perdono e cadono in soluzione come ioni H +, abbassando il pH.
amino
L'altra metà degli aminoacidi sono gli aminoacidi. L'azoto spesso funziona come un accettore di idrogeno nei sistemi biologici. Nel suo stato normale, il gruppo amminico esiste come azoto e due idrogeni, come mostrato qui, ma può accettare un altro idrogeno dalla soluzione che fa aumentare il pH del sistema, rendendolo più basico. Poiché la spina dorsale di tutti gli amminoacidi è un carbossile, un carbonio con un diverso gruppo funzionale e un gruppo amminico, ciò che accade di solito è che il carbossile dona il suo idrogeno alla soluzione, ma il gruppo amminico accetta un idrogeno dalla soluzione mantenendo il pH complessivo lo stesso.