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Toda la vida en el planeta está compuesta por cuatro químicos básicos; carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. En el núcleo, las cuatro moléculas contienen carbono e hidrógeno y son parte de una rama de la ciencia llamada bioquímica que combina biología y química orgánica. Si bien las cuatro categorías tienen algunas similitudes, la inclusión de diferentes grupos de átomos, llamados grupos funcionales, cambia completamente la función de la sustancia química. Si bien muchos de estos grupos funcionales no tienen efecto sobre el pH, algunos de estos grupos funcionales pueden cambiar el pH de los fluidos en un organismo. Mantener un pH es vital para el bienestar de los organismos, por lo que es importante saber cómo interactúan estos grupos funcionales.
Definición de ácidos y bases
Los ácidos y las bases son partes opuestas de una escala móvil conocida como pH. La escala de pH mide la cantidad de iones de hidrógeno positivos, en adelante H +, que están en una solución en relación con la cantidad de iones de hidróxido, etiquetados como OH-. El punto medio de la escala es pH 7 y a pH 7, la cantidad de iones H + e iones OH- están en equilibrio completo. La escala general de pH varía de cero a catorce. Cualquier cosa que agregue iones H + a la solución se llama ácido y reduce el pH. Por lo tanto, cualquier pH de 0-6.9 se considera ácido. Todo lo que dona OH- a la solución o se une a los iones H + se considera una base y eleva el pH, lo que hace que el pH sea básico entre 7,1 y 14. Cuanto más se aleje el cambio de 7 el pH, más dañina puede ser una sustancia en cualquier dirección. El ácido estomacal tiene un pH 2, que es un ácido extremadamente fuerte y la lejía es una base extremadamente fuerte como referencia.
Grupos funcionales no ácidos
La mayoría de los grupos funcionales tienen poco o ningún efecto sobre la acidez de la molécula. La cetona no tiene hidrógenos para donar a la solución o lugares para aceptar hidrógeno. El hidroxilo, que es simplemente un OH unido a la molécula, posiblemente podría perder su hidrógeno, haciéndolo ácido, pero no es así como la molécula interactúa normalmente. Un aldehído tiene un hidrógeno que perder, pero está conectado a una molécula de carbono y al carbono nunca le gusta dejar caer sus hidrógenos. Por último, el sulfhidrilo, que es un SH unido, le gusta más a menudo encontrar otros sulfhidrilos con los que unirse, en lugar de donar hidrógeno a la solución. Por lo tanto, ninguno de estos grupos se asocia generalmente con tener un nivel de acidez.
Carboxilo
El grupo funcional carboxilo a menudo se denomina grupo ácido porque es muy ácido. El oxígeno tiene una electronegatividad muy alta, lo que significa que le gusta acumular electrones. Con el OH en el extremo del carboxi, el oxígeno de doble enlace generalmente ofrece asistencia para acumular electrones y el hidrógeno que está unido simplemente cae en solución, bajando el pH. Los grupos carboxilo se encuentran en los ácidos grasos, que forman grasas, aceites y ceras cuando se combinan con otras moléculas. Los carboxilos también son parte de los aminoácidos que son los componentes básicos de las proteínas.
Fosfato
El grupo fosfato puede donar hasta dos hidrógenos por molécula, lo que también lo hace muy ácido. Como se indicó anteriormente, el oxígeno tiene una alta electronegatividad y una mirada a una molécula de fosfato muestra que hay cuatro oxígenos que rodean la molécula de fosfato. Esos cuatro oxígenos van a tratar de extraer los electrones que se comparten con los dos enlaces OH y los dos hidrógenos generalmente pierden y se disuelven en forma de iones H +, lo que reduce el pH.
Aminado
La otra mitad de los aminoácidos son los grupos amino. El nitrógeno a menudo funciona como un aceptor de hidrógeno en los sistemas biológicos. En su estado normal, el grupo amino existe como un nitrógeno y dos hidrógenos, como se muestra aquí, pero puede aceptar otro hidrógeno de la solución que hace que el pH del sistema aumente, haciéndolo más básico. Dado que la columna vertebral de todos los aminoácidos es un carboxilo, un carbono con un grupo funcional diferente y un grupo amino, lo que generalmente sucede es que el carboxilo dona su hidrógeno a la solución, pero el grupo amino acepta un hidrógeno de la solución haciendo que el pH general permanezca lo mismo.