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地球上のすべての生命は、4つの基本的な化学物質で構成されています。炭水化物、脂質、タンパク質、核酸。コアでは、これらの4つの分子すべてに炭素と水素が含まれており、生物学と有機化学を組み合わせた生化学と呼ばれる科学の一部です。 4つのカテゴリにはいくつかの類似点がありますが、官能基と呼ばれる原子の異なるグループを含めると、化学物質の機能が完全に変わります。これらの官能基の多くはpHに影響を与えませんが、これらの官能基の一部は生体内の体液のpHを変えることができます。 pHを維持することは、生物の健康にとって不可欠であるため、これらの官能基がどのように相互作用するかを知ることが重要です。
酸と塩基の定義
酸と塩基は、pHとして知られるスライディングスケールの反対の部分です。 pHスケールは、OH-とラベル付けされた水酸化物イオンの量に関連して溶液中にある正の水素イオン（以降H +）の量を測定します。スケールの中間点はpH7で、pH7では、H +イオンとOH-イオンの量は完全にバランスしています。全体的なpHスケールの範囲は0〜14です。 H +イオンを溶液に追加するものはすべて酸と呼ばれ、pHをより低くシフトします。したがって、0〜6.9のpHは酸性と見なされます。 OH-を溶液に寄付したり、H +イオンを結合したりするものはすべて塩基と見なされ、pHを上げてpH 7.1〜14を塩基性にします。 pHが7から離れるほど、物質はどちらの方向にも損傷しやすくなります。胃酸はpH 2であり、これは非常に強い酸であり、灰汁は参照のための非常に強い塩基です。
非酸性官能基
ほとんどの官能基は、分子の酸性度にほとんど影響を与えません。ケトンには、溶液または水素を受け入れる場所に寄付する水素がありません。ヒドロキシルは、分子に付着している単なるOHであり、おそらく水素を失い、酸性にする可能性がありますが、それは分子が通常相互作用する方法ではありません。アルデヒドには失われる水素がありますが、炭素分子に結合しているため、炭素は水素を脱落させません。最後に、SHに結合しているスルフヒドリルは、溶液に水素を供与するのではなく、結合する他のスルフヒドリルを見つけることを好むことがよくあります。したがって、これらのグループは通常、酸性度レベルに関連付けられていません。
カルボキシル
カルボキシル官能基は、非常に酸性であるため、しばしば酸性基と呼ばれます。酸素は電気陰性度が非常に高いため、電子を保持するのが好きです。 OHがカルボキシの末端にあるため、通常、二重結合酸素は電子の貯蔵に役立ち、付着した水素は単に溶液に落ちてpHを低下させます。カルボキシル基は脂肪酸に含まれており、他の分子と結合すると脂肪、油、ワックスを形成します。カルボキシルは、タンパク質の構成要素であるアミノ酸の一部でもあります。
リン酸
リン酸基は1分子あたり最大2個の水素を供与し、同様に非常に酸性になります。前述のように、酸素は電気陰性度が高く、リン酸分子を見ると、リン酸分子の周囲に4つの酸素があることがわかります。これらの4つの酸素は、2つのOH結合で共有されている電子を引き出そうとします。通常、2つの水素はH +イオンとして失われ、溶液に落ちてpHを低下させます。
アミノ
アミノ酸の残りの半分はアミノ基です。窒素は、多くの場合、生体系の水素受容体として機能します。通常の状態では、アミノ基はここに示すように窒素と2つの水素として存在しますが、溶液から別の水素を受け入れてシステムのpHを上昇させ、より塩基性にします。すべてのアミノ酸の骨格はカルボキシル、異なる官能基を持つ炭素、およびアミノ基であるため、通常起こるのはカルボキシルがその水素を溶液に供与するが、アミノ基は溶液からの水素を受け入れて全体のpHを維持することです同じ。