Funkciós csoportok

A szénhidrogének, amelyek kizárólag szén- és hidrogénatomokból épülnek fel, nagyszerű üzemanyagok (mint például a propán, a bután és a motorbenzin legtöbb összetevője). De vajon létrehozható-e élő szervezet kizárólag üzemanyagból? Valószínűleg nem. A legtöbb nagyméretű biomolekula a szén és a hidrogén mellett sok másféle atomot is tartalmaz. Ezek a további atomok teszik lehetővé olyan tulajdonságok kialakítását, amelyek a szénhidrogénekre nem jellemzőek.

A nagyméretű biomolekulák szerkezetét általában egy szén- és hidrogénatomokból álló szénváz alkotja, amelyhez más atomok is kapcsolódnak, például oxigén, nitrogén vagy kén. Ezek az egyéb atomok gyakran funkciós csoportokban vannak jelen. A funkciós csoportok olyan meghatározott atomcsoportok, amelyekhez állandó „funkció” (tulajdonság vagy reakciókészség) kötődik, függetlenül attól, hogy milyen molekulában találhatók. A biomolekulák számos különböző funkciós csoportot tartalmazhatnak, sokféle kombinációban. Egy biomolekula funkciós csoportjai nagyban meghatározzák a sajátosságait, köztük a szerkezetét, oldhatóságát és reakciókészségét.

Az alábbi táblázat a biomolekulák legfontosabb funkciós csoportjai közül mutat be néhányat. A funkciós csoportok a töltésük és a polaritásuk alapján lehetnek hidrofób vagy hidrofil jellegűek. Az alábbiak közül az egyetlen hidrofób csoport metilcsoport (-CH$_3$start subscript, 3, end subscript), amely apoláris. A táblázatban szereplő hat másik funkciós csoport mindegyike többé-kevésbé hidrofil jellegű.

Az erősen hidrofil csoportok egyik példája a karboxilcsoport (COOH), amely savként viselkedve leadhat egy protont, így negatív töltésű karboxilátionná (COO$^-$start superscript, minus, end superscript) alakul. A karboxilcsoportok az aminosavak, a zsírsavak és egyéb biomolekulák gyakori alkotórészei. A kevésbé hidrofil csoportok egyik példája a karbonilcsoport (C=O), egy töltéssel nem rendelkező, ámde poláris (részleges pozitív, illetve negatív töltéseket tartalmazó) funkciós csoport. Karbonilcsoportok számos különféle biomolekulában előfordulnak, közöttük a fehérjékben, a peptidekben és a szénhidrátokban.

A fenti táblázatban R betű jelöli a molekula többi részét, amelyhez a funkciós csoport kapcsolódik. Az R például lehetne egy etilcsoport (CH$_3$start subscript, 3, end subscriptCH$_2$start subscript, 2, end subscript-), amely esetben a táblázat első sora az etanolt jelentené. Az R azonban jelölhetné egy sokkal nagyobb molekulának, például egy fehérjének a többi részét is. Az R betűt a biológiában és a kémiában elterjedten használják a kémiai szerkezetek egyszerűsítésére és a molekula legfontosabb részeinek (gyakran a funkciós csoportoknak) a kiemelésére.