Функционални групи

Въглеводородите, изградени изцяло от въглеродни и водородни атоми, са чудесни горива за изгаряне (такива горива включват пропан, бутан и по-голямата част от търговския бензин). Но можеш ли да изградиш един жив организъм изцяло от горива за изгаряне? Вероятно не. Всъщност повечето големи биологични молекули са изградени от много видове атоми, а не само от въглерод и водород. Тези различни атоми позволяват функционалност, която обикновено не срещаме при въглеводородите.

Големите биологични молекули обикновено са съставени от въглероден гръбнак (изграден от въглеродни и водородни атоми) и някои други атоми, включително кислород, азот или сяра. Често тези допълнителни атоми се появяват в контекста на функционалните групи. Функционални групи са химични конфигурации, или модели от атоми, които показват постоянна "функция" (свойства и реактивност), без значение от точната молекула, в която се намират. Биологичните молекули могат да съдържат много различни видове и комбинации от функционални групи и определената поредица групи в една биомолекула ще засегне много от нейните свойства, включително структурата ѝ, разтворимостта ѝ и реактивността ѝ.

Някои от най-важните функционални групи в биологичните молекули са показани в таблицата по-долу. Функционалните групи могат да бъдат класифицирани като хидрофобни или хидрофилни въз основа на заряда им и поляритета им. Единствената хидрофобна група по-долу е метиловата (CH$_3$start subscript, 3, end subscript) група, която е неполярна. Останалите шест функционални групи в таблицата имат, до различна степен, хидрофилен характер.

Един пример за силно хидрофилна група е карбоксилната група (СООН), която може да действа като киселина и да отдаде един протон, за да образува отрицателно зареден карбоксилатен йон (COO$^-$start superscript, minus, end superscript). Карбоксилните групи често се срещат в аминокиселините, мастните киселини и други биологични молекули. Пример за по-слабо хидрофилна група е карбонилната група (С=О), незаредена, но полярна (съдържа частично положителни и частично отрицателни заряди) функционална група. Карбонилните групи се срещат в много различни биологични молекули, включително протеини, пептиди и въглехидрати.

В таблицата по-горе буквата R се използва, за да представи останалата част от молекулата, към която е прикрепена една функционална група. Например R може да е етилова (CH$_2$start subscript, 2, end subscriptCH$_3$start subscript, 3, end subscript) група, в който случай първият елемент от таблицата ще съответства на етанол. Но R може също да представлява по-голямата част от много по-голяма молекула, например един протеин. Буквата R се използва в биологията и химията, за да опрости химични структури и да подчертае най-важните части (често функционалните групи!) на една молекула.