Všechny enzymy mají určité rozmezí pH, při kterém fungují nejlépe. Enzym je protein složený z molekul nazývaných aminokyseliny a tyto aminokyseliny mají oblasti citlivé na pH. Stupnice pH definuje, jak kyselý nebo zásaditý je roztok, přičemž nízké pH je kyselé a vysoké pH je zásadité. Lidský žaludek má pH 2 a enzymy, které v žaludku pracují, jsou přizpůsobeny tak, aby fungovaly na této úrovni pH.
Žaludek má nízké pH
Když přijímáme jídlo a pití, přicházejí s nimi bakterie. Naše těla se dokážou chránit před infekcí zabíjením bakterií v žaludku. Při pH 2 jsou žaludeční šťávy žaludku dostatečně kyselé, aby zabily bakterie, které přijímáme. Buňky, které lemují žaludek - nazývané parietální buňky - vylučují kyselinu chlorovodíkovou nebo HCl a tato kyselina dává žaludečním šťávám jejich nízké pH. HCl nestráví jídlo, ale zabíjí bakterie, pomáhá štěpit pojivovou tkáň v mase a aktivuje pepsin, trávicí enzym žaludku.
Pepsin štěpí bílkoviny
Hlavní buňky, které také lemují žaludek, produkují proenzym zvaný pepsinogen. Když pepsinogen kontaktuje kyselé prostředí žaludku, katalyzuje reakci, aby se aktivoval, a stává se aktivním enzymem zvaným pepsin. Pepsin je proteáza nebo enzym, který rozbíjí chemické vazby v proteinu. Pepsin používá skupinu karboxylové kyseliny na jedné ze svých aminokyselin k rozbití chemické vazby mezi dusíkem a kyslíkem v bílkovinách nacházejících se v potravinách.
Pepsin funguje při pH 2
Důvodem, proč pepsin funguje nejlépe při pH 2, je to, že skupina karboxylové kyseliny na aminokyselině v aktivním místě enzymu musí být v protonovaném stavu, tj. Vázaná na atom vodíku. Při nízkém pH je skupina karboxylové kyseliny protonována, což jí umožňuje katalyzovat chemickou reakci rozbití chemických vazeb. Při hodnotách pH vyšších než 2 se karboxylová kyselina deprotonuje a nemůže se tedy účastnit chemických reakcí. Pepsin je nejaktivnější při pH 2, přičemž jeho aktivita klesá při vyšším pH a úplně klesá při pH 6,5 nebo vyšším. Obecně je aktivita enzymu citlivá na pH, protože katalytická skupina enzymu - v případě pepsinu karboxylová kyselina skupina - bude buď protonovaná nebo deprotonovaná a tento stav určuje, zda se může nebo nemůže účastnit chemické látky reakce.
Pepsin neaktivní při vyšším pH
Po trávení v žaludku potraviny vystupují přes pylorický svěrač do duodena tenkého střeva, kde je pH mnohem vyšší. Pepsin se v tomto prostředí stává neaktivním, protože koncentrace atomů vodíku je nižší. Vodík na pepsinové karboxylové kyselině v aktivním místě enzymu je poté odstraněn a enzym je neaktivní. Chemická reakce katalyzovaná pepsinem závisí na přítomnosti protonované karboxylové kyseliny, takže aktivita enzymu velmi závisí na pH roztoku, ve kterém je. Nízké pH vede k vysoké aktivitě a vysoké pH poskytuje malou nebo žádnou aktivitu.