Όλα τα ένζυμα έχουν ένα ορισμένο εύρος pH στο οποίο λειτουργούν καλύτερα. Ένα ένζυμο είναι μια πρωτεΐνη που αποτελείται από μόρια που ονομάζονται αμινοξέα και αυτά τα αμινοξέα έχουν περιοχές ευαίσθητες στο ρΗ. Η κλίμακα pH καθορίζει πόσο όξινο ή βασικό είναι ένα διάλυμα, με το χαμηλό pH να είναι όξινο και το υψηλό pH να είναι βασικό. Το ανθρώπινο στομάχι έχει pH 2 και τα ένζυμα που λειτουργούν στο στομάχι προσαρμόζονται ώστε να λειτουργούν σε αυτό το επίπεδο pH.
Το στομάχι έχει χαμηλό pH
Όταν καταναλώνουμε τρόφιμα και ποτά, τα βακτήρια έρχονται μαζί τους. Το σώμα μας είναι σε θέση να προστατευτεί από τη μόλυνση σκοτώνοντας βακτήρια στο στομάχι. Σε pH 2, οι γαστρικοί χυμοί του στομάχου είναι αρκετά όξινοι για να σκοτώσουν τα βακτήρια που καταναλώνουμε. Τα κύτταρα που ευθυγραμμίζουν το στομάχι - που ονομάζονται βρεγματικά κύτταρα - εκκρίνουν υδροχλωρικό οξύ ή HCl, και αυτό το οξύ δίνει στους γαστρικούς χυμούς το χαμηλό pH τους. Το HCl δεν χωνεύει τα τρόφιμα, αλλά σκοτώνει τα βακτήρια, βοηθά στη διάσπαση του συνδετικού ιστού στο κρέας και ενεργοποιεί την πεψίνη, το πεπτικό ένζυμο του στομάχου.
Πρωτεΐνη Digeps Digests
Τα κύρια κύτταρα, τα οποία επίσης ευθυγραμμίζουν το στομάχι, παράγουν ένα προ-ένζυμο που ονομάζεται πεψινογόνο. Όταν το πεψινογόνο έρχεται σε επαφή με το όξινο περιβάλλον του στομάχου, καταλύει μια αντίδραση για να ενεργοποιηθεί και γίνεται το ενεργό ένζυμο που ονομάζεται πεψίνη. Η πεψίνη είναι μια πρωτεάση ή ένα ένζυμο που διασπά τους χημικούς δεσμούς στην πρωτεΐνη. Η πεψίνη χρησιμοποιεί την ομάδα καρβοξυλικού οξέος σε ένα από τα αμινοξέα της για να σπάσει τον χημικό δεσμό μεταξύ αζώτου και οξυγόνου στις πρωτεΐνες που βρίσκονται στα τρόφιμα.
Λειτουργίες πεψίνης σε pH 2
Ο λόγος που η πεψίνη λειτουργεί καλύτερα στο ρΗ 2 είναι επειδή η ομάδα καρβοξυλικού οξέος στο αμινοξύ στην ενεργή θέση του ενζύμου πρέπει να βρίσκεται στην πρωτονιωμένη του κατάσταση, που σημαίνει δεσμευμένη σε άτομο υδρογόνου. Σε χαμηλό ρΗ η ομάδα καρβοξυλικού οξέος είναι πρωτονιωμένη, η οποία της επιτρέπει να καταλύει τη χημική αντίδραση διάσπασης χημικών δεσμών. Σε τιμές ρΗ υψηλότερες από 2, το καρβοξυλικό οξύ αποπρωτονιώνεται και έτσι δεν μπορεί να συμμετάσχει σε χημικές αντιδράσεις. Η πεψίνη είναι πιο δραστική σε pH 2, με τη δραστηριότητά της να μειώνεται σε υψηλότερο pH και να πέφτει εντελώς σε pH 6,5 ή παραπάνω. Γενικά, η ενζυμική δραστηριότητα είναι ευαίσθητη στο pH επειδή η καταλυτική ομάδα ενός ενζύμου - στην περίπτωση της πεψίνης, το καρβοξυλικό οξύ ομάδα - θα είναι είτε πρωτονιωμένα είτε αποπρωτονιωμένα, και αυτή η κατάσταση καθορίζει εάν μπορεί ή όχι να συμμετέχει σε μια χημική ουσία αντίδραση.
Η πεψίνη ανενεργή σε υψηλότερο pH
Μετά την πέψη στο στομάχι, η τροφή εξέρχεται μέσω του πυλωρικού σφιγκτήρα στο δωδεκαδάκτυλο του λεπτού εντέρου, όπου το pH είναι πολύ υψηλότερο. Η πεψίνη καθίσταται ανενεργή σε αυτό το περιβάλλον επειδή η συγκέντρωση των ατόμων υδρογόνου είναι χαμηλότερη. Το υδρογόνο επί του καρβοξυλικού οξέος της πεψίνης στην ενζυμική δραστική θέση στη συνέχεια απομακρύνεται και το ένζυμο καθίσταται ανενεργό. Η χημική αντίδραση που καταλύεται από πεψίνη εξαρτάται από την παρουσία ενός πρωτονιωμένου καρβοξυλικού οξέος, οπότε η δραστικότητα του ενζύμου εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το ρΗ του διαλύματος στο οποίο βρίσκεται. Το χαμηλό pH οδηγεί σε υψηλή δραστηριότητα και το υψηλό pH δίνει μικρή ή καθόλου δραστηριότητα.