المحتوى
تتكون الحياة على كوكب الأرض من أربع مواد كيميائية أساسية ؛ الكربوهيدرات والدهون والبروتينات والأحماض النووية. في جوهرها ، تحتوي جميع هذه الجزيئات الأربعة على الكربون والهيدروجين وهي جزء من فرع العلوم يسمى الكيمياء الحيوية التي تمزج بين البيولوجيا والكيمياء العضوية. في حين أن الفئات الأربع لها بعض أوجه التشابه ، فإن إدراج مجموعات مختلفة من الذرات ، والمسمى بالمجموعات الوظيفية ، يغير وظيفة المادة الكيميائية تمامًا. في حين أن العديد من هذه المجموعات الوظيفية ليس لها أي تأثير على الرقم الهيدروجيني ، فإن بعض هذه المجموعات الوظيفية يمكن أن تحول درجة حموضة السوائل في الكائن الحي. الحفاظ على درجة الحموضة أمر حيوي لرفاه الكائنات الحية لذلك من المهم معرفة كيفية تفاعل هذه المجموعات الوظيفية.
تعريف الأحماض والقواعد
الأحماض والقواعد هي أجزاء متقابلة من مقياس انزلاقي يعرف باسم الأس الهيدروجيني. يقيس مقياس الرقم الهيدروجيني مقدار أيونات الهيدروجين الموجبة ، من H + ، والتي تكون في محلول بالنسبة إلى كمية أيونات الهيدروكسيد ، المسمى OH-. النقطة الوسطى للمقياس هي pH7 وعند pH7 ، تكون كمية الأيونات H + و OH في حالة توازن تام. يتراوح إجمالي درجة الحموضة من صفر إلى أربعة عشر. يُطلق على أي شيء يضيف أيونات H + إلى محلول الحمض وهو يخفض درجة الحموضة. لذلك ، أي درجة الحموضة 0-6.9 تعتبر حمضية. أي شيء يتبرع بـ OH- لحل أو ربط أيونات H + يعتبر قاعدة ويثير الرقم الهيدروجيني مما يجعل درجة الحموضة 7.1 - 14 أساسية. كلما كان التحول من الرقم الهيدروجيني 7 ، كلما كانت المادة أكثر إتلافًا في أي من الاتجاهين. حمض المعدة هو الرقم الهيدروجيني 2 ، وهو حمض قوي للغاية والغسول هي قاعدة قوية للغاية للرجوع إليها.
المجموعات الوظيفية غير الحمضية
معظم المجموعات الوظيفية ليس لها تأثير يذكر على حموضة الجزيء. لا يحتوي الكيتون على الهيدروجين الذي يتبرع به للمحلول أو أماكن لقبول الهيدروجين. يمكن أن يفقد الهيدروكسيل ، وهو عبارة عن أوهايو ملحقة بالجزيء ، الهيدروجين ، مما يجعله حمضيًا ، لكن ليس هذا هو كيف يتفاعل الجزيء بشكل طبيعي. يحتوي الألدهيد على هيدروجين ليخسره ، لكنه مرتبط بجزيء كربون ، ولا يحب الكربون أبدًا إسقاط الهيدروجين. أخيرًا ، فإن السلفهيدريل ، وهو ملحق SH ، يحب في كثير من الأحيان العثور على كبريتيدرات أخرى مرتبطة مع التبرع بالهيدروجين إلى المحلول. لذلك ، لا ترتبط أي من هذه المجموعات عادة بالحصول على مستوى الحموضة.
الكربوكسيل
غالبًا ما يشار إلى المجموعة الوظيفية للكربوكسيل كمجموعة حمض لأنها حمضية للغاية. الأكسجين لديه ديناميكية كهربائية عالية للغاية ، مما يعني أنه يحب تخزين الإلكترونات. مع وجود OH في نهاية الكربوكسيد ، يقدم الأكسجين المزدوج الرابطة عادة المساعدة في تخزين الإلكترونات والهيدروجين الموصول يقع ببساطة في محلول ، مما يقلل من الرقم الهيدروجيني. تم العثور على مجموعات الكربوكسيل في الأحماض الدهنية ، والتي تشكل الدهون والزيوت والشمع عندما تقترن بجزيئات أخرى. الكربوكسيل هي أيضا جزء من الأحماض الأمينية التي هي اللبنات الأساسية للبروتينات.
فوسفات
يمكن لمجموعة الفوسفات التبرع بما يصل إلى هيدروجينين لكل جزيء مما يجعلها حمضية للغاية. كما ذكرنا سابقًا ، يحتوي الأكسجين على نسبة عالية من الكهربية وإلقاء نظرة واحدة على جزيء الفوسفات يوضح أن هناك أربعة أكسيجين يحيط بجزيء الفوسفات. ستحاول تلك الأكسجين الأربعة سحب الإلكترونات التي يتم مشاركتها مع رباط OH ، وعادة ما تفقد الهدروجينين وتنزلان إلى محلول مثل أيونات H + ، مما يقلل درجة الحموضة.
الأمينية
النصف الآخر من الأحماض الأمينية هي المجموعات الأمينية. يعمل النيتروجين غالبًا كمستقبل للهيدروجين في النظم البيولوجية. في الحالة الطبيعية ، توجد المجموعة الأمينية كنيتروجين وهيدروجين ، كما هو موضح هنا ، لكن يمكنها قبول هيدروجين آخر من المحلول الذي يتسبب في ارتفاع درجة حموضة النظام ، مما يجعله أكثر أساسية. نظرًا لأن العمود الفقري لجميع الأحماض الأمينية هو كربوكسيل ، وكربون له مجموعة وظيفية مختلفة ، ومجموعة أمينية ، فإن ما يحدث عادة هو أن الكربوكسيل يتبرع بالهيدروجين إلى محلول ، لكن المجموعة الأمينية تقبل هيدروجين من المحلول ، مما يجعل درجة الحموضة الكلية الإجمالية نفس الشيء.