Enzymaktivitet afbildet mod pH

Enzymer er biologiske katalysatorer. Det vil sige, de er proteiner, der produceres i levende organismer, der hjælper med kemiske reaktioner. Uden enzymer ville de kemiske reaktioner i din krop ikke forløbe hurtigt nok til at holde dig i live. Hvert enzym har optimale driftsforhold - miljøet, der giver dem mulighed for at arbejde med maksimal effektivitet. En af de vigtigste miljøparametre, der påvirker enzymaktivitet, er pH, hvor hvert enzym har en unik optimal værdi.

Enzymer fungerer ved at sænke aktiveringsenergi af en kemisk reaktion. Du kan tænke på en kemisk reaktion som at lægge en sækkestol i en spand, bortset fra at der er en 10 fods væg mellem sækkestolen og spanden. Du kan klatre over væggen og lægge sækkestolen i spanden, men hvis du havde hjælp fra et enzym, ville væggen kun være 2 meter høj i stedet for 10 eller 100 eller 1000. Det endelige resultat er det samme, uanset hvor høj væggen er, men du kan sætte mange flere sækkestole i spande, hvis væggen er lav. Det samme med enzymer: det endelige kemiske produkt er det samme med eller uden et enzym, men mange flere reaktioner vil ske, hvis enzymet er der.

Vi tænker på pH som et mål for surhed, som det er. Eddike er let sur, så den har en pH-værdi på ca. 4, mens bagepulver er basisk og har en pH-værdi på ca. 8. En neutral opløsning - hverken sur eller basisk - har en pH-værdi på 7.

På molekylært niveau kan pH dog være lidt anderledes. En lav pH betyder, at der er mange ekstra protoner i en opløsning, mens en høj pH betyder, at der er mange hydroxidioner - ilt og brint sammen. Ved lav pH vil de positive ladninger af protonerne i opløsningen blive tiltrukket af regioner med negativ ladning, og de låses fast. Ved høj pH vil OH-ionerne, som er negative, opsøge positiv ladning og låses fast.

Enzymer er komplicerede proteiner, der bringer komponentatomer eller molekyler sammen på den rigtige måde for at sænke aktiveringsenergien. De er i stand til at gøre dette på grund af, hvordan de er formet. Formen på et protein afhænger til dels af elektrostatisk tiltrækning mellem dets forskellige dele. For eksempel har nogle dele en lidt negativ ladning, og nogle lidt positive, så disse regioner af proteinet er bøjet mod hinanden.

I opløsninger med lav pH forbinder de ekstra positive ladninger med negative proteiner. I opløsninger med høj pH klæbes de ekstra negative ladninger fast i et proteins positive regioner. Når de hænger fast, elimineres den elektrostatiske tiltrækning, og proteinet skifter form. Fordi et enzyms aktivitet afhænger af dets form, vil det blive langsommere og derefter til sidst stoppe med at arbejde, når pH-værdien bliver for lav eller for høj.

Forskellige enzymer fungerer i regioner med tydelig pH. Mavenzymer fungerer for eksempel bedst ved en lav pH på ca. 2. Men uanset den specifikke pH-værdi, hvor et enzym fungerer bedst, er enzymaktivitet lav ved den laveste pH og stiger til et maksimum ved den optimale pH-værdi. Reaktionshastigheden falder derefter, når pH stiger. Inden for et snævert interval omkring det optimale kan enzymet genvinde sin aktivitet, hvis pH-værdien returneres til det optimale. Men uden for dette interval vil enzymets form være så forvrænget, at det ikke kan vende tilbage til det normale.