Bei chemischen Reaktionen spielen Enzyme eine Schlüsselrolle. Diese spezialisierten Proteine treiben Reaktionen an und kontrollieren, wie schnell sie ablaufen. Einige Bedingungen wie der pH-Wert beeinflussen die Form des Enzyms und bestimmen, wie gut das Enzym funktioniert.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Ausgefeilte chemische Strukturen, sogenannte Enzyme, steuern die überwiegende Mehrheit der chemischen Reaktionen in Lebewesen. Als solche weisen Enzyme eine unglaubliche Vielfalt in Form und Funktion auf. Jedes einzelne Enzym hat einen spezifischen optimalen pH-Wert. Außerhalb ihres idealen pH-Bereichs können Enzyme ihre Arbeit verlangsamen oder ganz einstellen.
Was ist ein Enzym?
Enzyme sind eine Klasse von Proteinen. Das bedeutet, dass Aminosäureketten ihre Grundstrukturen bilden. Je nach Enzym interagieren die verschiedenen Aminosäuren miteinander und die Umgebung – einschließlich des pH-Werts, der dazu führt, dass sich die Ketten zu einem Komplex verbiegen oder zusammenrollen Strukturen. Diese Strukturen beschleunigen chemische Reaktionen, indem sie Chemikalien aufnehmen und zusammenfügen oder auseinanderbrechen. Lebewesen verwenden diese Enzyme, um die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen zu steuern. Da Enzyme aus Aminosäuren bestehen, verändern pH-Änderungen das Verhalten dieser einzelnen Bausteine.
Chemische Auswirkungen des pH
Die pH-Skala misst, wie sauer oder basisch eine Probe ist, was wiederum beschreibt, wie viel ionischer Wasserstoff oder Hydroxid in einer Probe enthalten ist. Veränderungen des pH-Wertes bewirken, dass die Atome und Moleküle der Aminosäurebestandteile ionisiert werden. Dies kann dazu führen, dass ein Enzym seine Form ändert. Diese Formen bestimmen die Funktion, daher kann eine Änderung der Form die Funktion des Enzyms beeinträchtigen und es daran hindern, chemische Reaktionen zu beschleunigen.
Änderungen der Enzymleistung
Alle Enzyme haben einen idealen pH-Wert, bei dem das Enzym so schnell wie möglich arbeitet – vorausgesetzt, andere Bedingungen sind ebenfalls ideal und basieren auf seiner spezifischen Funktion. Zum Beispiel hat ein Enzym, das in der sauren Umgebung des menschlichen Magens funktioniert, einen niedrigeren idealen pH-Wert als ein Enzym, das in der mehr oder weniger neutralen Umgebung des menschlichen Blutes funktioniert. Wenn der pH-Wert von den idealen Bedingungen abweicht, verlangsamt sich die Enzymaktivität und stoppt dann, je nachdem, wie stark die Bedingungen das Enzym verformen. Je nach Enzym und wie extrem die pH-Änderung wird, können diese Änderungen das Enzym dauerhaft "brechen" oder das Enzym kann wieder normal werden, sobald die Bedingungen wieder in den idealen Bereich des Enzyms gelangen.
Andere Faktoren, die Enzyme beeinflussen
Neben dem pH-Wert können mehrere andere Faktoren eine ähnliche Wirkung auf Enzyme haben. Die Temperatur hat einen ähnlichen Einfluss auf die Struktur von Enzymen, wobei jedes Enzym eine andere ideale Temperatur hat. Darüber hinaus hat die Substratmenge – die Chemikalien, auf die ein Enzym einwirkt – einen starken Einfluss auf die Reaktionsgeschwindigkeit. Die Zugabe von mehr Substrat beschleunigt die Reaktion, bis sie ein Plateau erreicht, auf dem sich das Enzym nicht mehr schneller bewegen kann. Einige Enzyme haben Inhibitoren, die ihre Wirkung blockieren. Bei einigen Enzymen schalten die Endprodukte der Reaktionen, die sie fördern, das Enzym tatsächlich ab. Dies wird als "Feedback" bezeichnet und hilft zu regulieren, wie viel von einer Substanz ein Enzym erzeugt.