Grupy funkcyjne

Węglowodory, zbudowane wyłącznie z atomów węgla i wodoru, tworzą znakomite paliwa (takie jak propan, butan i większość komercyjnie dostępnej benzyny). Ale czy możesz zbudować żywy organizm tylko z paliw? Prawdopodobnie nie. Większość dużych cząsteczek biologicznych w rzeczywistości zawiera wiele rodzajów atomów poza atomami węgla i wodoru. Te dodatkowe atomy nadają im cechy, które zazwyczaj nie są typowe dla węglowodorów.

Duże cząsteczki biologiczne składają się zazwyczaj ze szkieletu węglowego (zbudowanego z atomów węgla i wodoru) i niektórych innych atomów, w tym tlenu, azotu, czy siarki. Często, te dodatkowe atomy pojawiają się w kontekście grup funkcyjnych. Grupy funkcyjne to motywy chemiczne lub grupy atomów, które wykazują niezmienną "funkcję" (właściwości i reaktywność) niezależnie od rodzaju cząsteczki, w której się znajdują. Cząsteczki biologiczne mogą zawierać wiele różnych rodzajów i kombinacji grup funkcyjnych, których określony zestaw wpłynie na wiele ich właściwości, w tym strukturę, rozpuszczalność i reaktywność.

W poniższej tabeli przedstawiono kilka najważniejszych grup funkcyjnych w cząsteczkach biologicznych. Na podstawie ładunku i polarności, grupy funkcyjne mogą być sklasyfikowane jako hydrofobowe lub hydrofilowe. Jedyną grupą hydrofobową z przedstawionych poniżej jest grupa metylowa (CH${}_3$‍), która jest niepolarna. Pozostałe sześć grup funkcyjnych w tabeli mają w różnym stopniu charakter hydrofilowy.

Jednym z przykładów silnie hydrofilowej grupy jest grupa karboksylowa (COOH), która może spełniać rolę kwasu i odczepiać proton, tworząc ujemnie naładowany jon karboksylowy (COO${}^{-}$‍). Grupy karboksylowe powszechnie występują w aminokwasach, kwasach tłuszczowych i innych biomolekułach. Przykładem mniej hydrofilowej grupy jest grupa karbonylowa (C=O), która jest nienaładowana, lecz polarna (zawiera częściowo dodatnie i częściowo ujemne ładunki). Grupy karbonylowe występują w wielu cząsteczkach biologicznych, takich jak białka, peptydy i węglowodany.

W powyższej tabeli litera R oznacza resztę cząsteczki, do której grupa funkcyjna jest przyłączona. Na przykład: R może być grupą etylową (CH${}_2$‍CH${}_3$‍), i gdybyśmy podstawili ją do pierwszego zapisu w tabeli, odpowiadałoby to etanolowi. Ale R może również reprezentować resztę znacznie większej cząsteczki, np. białka. Litera R jest używana w biologii i chemii w celu uproszczenia struktury chemicznej i podkreślenia najważniejszych części (zazwyczaj grup funkcyjnych!) w cząsteczce.