Всички ензими имат определен диапазон на pH, при който работят най-добре. Ензимът е протеин, съставен от молекули, наречени аминокиселини, и тези аминокиселини имат региони, които са чувствителни към pH. Скалата на рН определя колко киселинен или основен е разтворът, като ниското рН е кисело, а високото рН е основно. Човешкият стомах има рН 2 и ензимите, които работят в стомаха, са адаптирани да функционират при това ниво на рН.
Стомахът има ниско рН
Когато поглъщаме храна и напитки, бактериите идват заедно с тях. Телата ни са в състояние да се предпазят от инфекция, като убиват бактериите в стомаха. При рН 2 стомашните сокове на стомаха са достатъчно киселинни, за да убият бактериите, които поглъщаме. Клетките, които облицоват стомаха - наречени париетални клетки - секретират солна киселина или HCl и тази киселина придава на стомашните сокове ниското им рН. HCl не смила храната, но убива бактериите, помага за разграждането на съединителната тъкан в месото и активира пепсина, стомашно-чревния храносмилателен ензим.
Пепсинът смила протеини
Главните клетки, които също подреждат стомаха, произвеждат про-ензим, наречен пепсиноген. Когато пепсиногенът се свърже с киселинната среда на стомаха, той катализира реакцията, за да се активира и се превръща в активния ензим, наречен пепсин. Пепсинът е протеаза или ензим, който нарушава химическите връзки в протеина. Пепсинът използва групата на карбоксилната киселина върху една от нейните аминокиселини, за да наруши химическата връзка между азота и кислорода в протеините, открити в храната.
Функции на пепсин при pH 2
Причината, поради която пепсинът функционира най-добре при pH 2, е, че групата на карбоксилната киселина в аминокиселината в активното място на ензима трябва да бъде в своето протонирано състояние, което означава свързано с водороден атом. При ниско рН групата на карбоксилната киселина се протонира, което й позволява да катализира химическата реакция на разрушаване на химическите връзки. При стойности на pH по-високи от 2, карбоксилната киселина се депротонира и по този начин не може да участва в химични реакции. Пепсинът е най-активен при pH 2, като активността му намалява при по-високо pH и отпада напълно при pH 6,5 или по-високо. По принцип ензимната активност е чувствителна към рН, тъй като каталитичната група на ензима - в случая на пепсин, карбоксилната киселина група - ще бъде или протонирана, или депротонирана и това състояние определя дали може или не може да участва в химикал реакция.
Пепсин неактивен при по-високо рН
След храносмилането в стомаха, храната излиза през пилорния сфинктер в дванадесетопръстника на тънките черва, където рН е много по-високо. Пепсинът става неактивен в тази среда, тъй като концентрацията на водородните атоми е по-ниска. След това водородът върху карбоксилната киселина на пепсина в активното място на ензима се отстранява и ензимът става неактивен. Химичната реакция, катализирана от пепсин, зависи от наличието на протонирана карбоксилна киселина, така че активността на ензима силно зависи от рН на разтвора, в който се намира. Ниското рН води до висока активност, а високото рН дава малка или никаква активност.