Alle leven op aarde bestaat uit vier basischemicaliën; koolhydraten, lipiden, eiwitten en nucleïnezuren. In de kern bevatten alle vier deze moleculen koolstof en waterstof en maken ze deel uit van een tak van de wetenschap die biochemie wordt genoemd en die biologie en organische chemie combineert. Hoewel de vier categorieën enkele overeenkomsten vertonen, verandert de functie van de chemische stof volledig door de opname van verschillende groepen atomen, functionele groepen genoemd. Hoewel veel van deze functionele groepen geen effect hebben op de pH, kunnen sommige van deze functionele groepen de pH van de vloeistoffen in een organisme verschuiven. Het handhaven van een pH is essentieel voor het welzijn van een organisme, dus het is belangrijk om te weten hoe deze functionele groepen samenwerken.

Definitie van zuren en basen

Zuren en basen zijn tegenovergestelde delen van een bekende glijdende schaal als pH. De pH-schaal meet de hoeveelheid positieve waterstofionen, voortaan H +, die in een oplossing zijn in verhouding tot de hoeveelheid hydroxide-ionen, gemerkt OH-. Het middelpunt van de schaal is pH7 en bij pH7 is de hoeveelheid H + -ionen en OH-ionen volledig in balans. De totale pH-schaal varieert van nul tot veertien. Alles dat H + -ionen aan oplossing toevoegt, wordt een zuur genoemd en het verschuift de pH lager. Daarom wordt elke pH van 0 - 6,9 als zuur beschouwd. Alles wat OH- aan de oplossing doneert of de H + -ionen bindt, wordt als een base beschouwd en verhoogt de pH waardoor pH 7,1 - 14 basisch wordt. Hoe verder de verschuiving van de pH-waarde plaatsvindt, des te schadelijker een stof in beide richtingen kan zijn. Maagzuur is pH 2, wat een extreem sterk zuur is en loog is een extreem sterke referentiebasis.

Niet-zure functionele groepen

De meeste functionele groepen hebben weinig of geen effect op de zuurgraad van het molecuul. Het keton heeft geen waterstofatomen om te doneren aan de oplossing of plaatsen om waterstof te accepteren. De hydroxyl, die eenvoudigweg een aan het molecuul gehechte OH is, zou mogelijk zijn waterstof kunnen verliezen, waardoor hij zuur wordt, maar dat is niet hoe het molecuul normaal in wisselwerking staat. Een aldehyde heeft waterstof te verliezen, maar het is verbonden met een koolstofmolecule en koolstof houdt er nooit van zijn waterstoffen te laten vallen. Tenslotte vindt het sulfhydryl, dat een SH-gehecht is, het vaak leuker om andere sulfhydrylen te vinden om zich mee te binden in tegenstelling tot het doneren van waterstof aan de oplossing. Daarom wordt geen van deze groepen gewoonlijk geassocieerd met een zuurgraad.

Carboxyl

De carboxyl-functionele groep wordt vaak een zure groep genoemd omdat deze erg zuur is. Zuurstof heeft een zeer hoge elektronegativiteit, wat betekent dat het graag elektronen opzadelt. De met de OH aan het einde van de carboxy, de dubbel gebonden zuurstof biedt gewoonlijk hulp bij het hamsteren van de elektronen en de waterstof die is bevestigd valt gewoon af in oplossing, waardoor de pH wordt verlaagd. Carboxylgroepen worden aangetroffen in vetzuren, die vetten, oliën en wassen vormen in combinatie met andere moleculen. Carboxylen maken ook deel uit van aminozuren die de bouwstenen zijn van eiwitten.

Fosfaat

De fosfaatgroep kan tot twee waterstofatomen per molecuul doneren, waardoor het ook zeer zuur wordt. Zoals eerder vermeld, heeft zuurstof een hoge elektronegativiteit en een blik op een fosfaatmolecuul laat zien dat er vier zuurstofatomen zijn die het fosfaatmolecuul omgeven. Die vier zuurstofatomen gaan proberen de elektronen te trekken die gedeeld worden met de twee OH-bindingen en de twee waterstofatomen verliezen meestal en vallen in oplossing af als H + -ionen, waardoor de pH daalt.

Amino

De andere helft van aminozuren zijn de aminogroepen. Stikstof functioneert vaak als een waterstofacceptor in biologische systemen. In zijn normale toestand bestaat de aminogroep als een stikstof en twee waterstoffen, zoals hier getoond, maar hij kan een andere waterstof uit de oplossing accepteren die ervoor zorgt dat de pH van het systeem stijgt, waardoor het basaaler wordt. Aangezien de ruggengraat van alle aminozuren een carboxyl, een koolstofatoom met een andere functionele groep en een aminogroep is, gebeurt het meestal dat de carboxyl zijn waterstof aan de oplossing doneert, maar de aminogroep een waterstof uit de oplossing accepteert, waardoor de algehele pH-waarde blijft hetzelfde.