ما هو الرقم الهيدروجيني الأمثل لنشاط إنزيم المعدة البشري؟

تحتوي جميع الإنزيمات على نطاق معين من الأس الهيدروجيني تعمل فيه بشكل أفضل. الإنزيم هو بروتين يتكون من جزيئات تسمى الأحماض الأمينية ، وهذه الأحماض الأمينية لها مناطق حساسة لدرجة الحموضة. يحدد مقياس الأس الهيدروجيني كيف يكون المحلول حمضيًا أو أساسيًا ، حيث يكون الرقم الهيدروجيني المنخفض حمضيًا ويكون الرقم الهيدروجيني مرتفعًا أساسيًا. تحتوي معدة الإنسان على درجة حموضة 2 ، ويتم تكييف الإنزيمات التي تعمل في المعدة لتعمل عند هذا المستوى من الرقم الهيدروجيني.

عندما نتناول الطعام والشراب ، تأتي البكتيريا معه. أجسامنا قادرة على حماية نفسها من العدوى عن طريق قتل البكتيريا الموجودة في المعدة. عند درجة حموضة 2 ، تكون عصارة المعدة حمضية بما يكفي لقتل البكتيريا التي نتناولها. الخلايا التي تبطن المعدة - تسمى الخلايا الجدارية - تفرز حمض الهيدروكلوريك أو حمض الهيدروكلوريك ، وهذا الحمض يعطي العصائر المعدية درجة حموضة منخفضة. حمض الهيدروكلوريك لا يهضم الطعام ، لكنه يقتل البكتيريا ، ويساعد على تكسير النسيج الضام في اللحوم ، وينشط البيبسين ، إنزيم المعدة الهضمي.

تنتج الخلايا الرئيسية ، التي تبطن المعدة أيضًا ، إنزيمًا مؤيدًا يسمى البيبسينوجين. عندما يتلامس البيبسينوجين مع البيئة الحمضية للمعدة ، فإنه يحفز رد فعل لتنشيط نفسه ويصبح الإنزيم النشط المسمى البيبسين. البيبسين هو بروتياز ، أو إنزيم يكسر الروابط الكيميائية في البروتين. يستخدم البيبسين مجموعة حمض الكربوكسيل على أحد أحماضه الأمينية لكسر الرابطة الكيميائية بين النيتروجين والأكسجين في البروتينات الموجودة في الطعام.

السبب في أن البيبسين يعمل بشكل أفضل عند الرقم الهيدروجيني 2 هو أن مجموعة حمض الكربوكسيل على الحمض الأميني في الموقع النشط للإنزيم يجب أن تكون في حالتها البروتونية ، مما يعني أنها مرتبطة بذرة الهيدروجين. عند درجة الحموضة المنخفضة ، يتم تكوين مجموعة حمض الكربوكسيل بالبروتونات ، مما يسمح لها بتحفيز التفاعل الكيميائي لتحطيم الروابط الكيميائية. عند قيم الأس الهيدروجيني أعلى من 2 ، يصبح حمض الكربوكسيل منزوع النبض وبالتالي غير قادر على المشاركة في التفاعلات الكيميائية. يكون البيبسين أكثر نشاطًا عند درجة الحموضة 2 ، حيث يتناقص نشاطه عند درجة حموضة أعلى وينخفض ​​تمامًا عند درجة الحموضة 6.5 أو أعلى. بشكل عام ، يكون نشاط الإنزيم حساسًا لدرجة الحموضة لأن المجموعة التحفيزية للإنزيم - في حالة البيبسين ، حمض الكربوكسيل المجموعة - ستكون إما بروتونية أو منقوصة ، وتحدد هذه الحالة ما إذا كان يمكنها المشاركة في مادة كيميائية أم لا تفاعل.

بعد الهضم في المعدة ، يخرج الطعام من خلال العضلة العاصرة البوابية إلى الاثني عشر من الأمعاء الدقيقة ، حيث يكون الرقم الهيدروجيني أعلى من ذلك بكثير. يصبح البيبسين غير نشط في هذه البيئة لأن تركيز ذرات الهيدروجين أقل. يتم بعد ذلك إزالة الهيدروجين الموجود على حمض الكربوكسيل البيبسين الموجود في موقع الإنزيم النشط ، ويصبح الإنزيم غير نشط. يعتمد التفاعل الكيميائي المحفز بواسطة البيبسين على وجود حمض الكربوكسيل البروتوني ، لذا فإن نشاط الإنزيم يعتمد بشكل كبير على الرقم الهيدروجيني للمحلول الموجود فيه. يؤدي انخفاض الرقم الهيدروجيني إلى نشاط مرتفع كما أن ارتفاع درجة الحموضة يعطي نشاطًا ضئيلًا أو لا يعطي أي نشاط.