Δραστηριότητα ενζύμου Σχεδιασμένη ενάντια στο pH

Τα ένζυμα είναι βιολογικοί καταλύτες. Δηλαδή, είναι πρωτεΐνες που παράγονται σε ζωντανούς οργανισμούς που βοηθούν τις χημικές αντιδράσεις. Χωρίς ένζυμα, οι χημικές αντιδράσεις στο σώμα σας δεν θα προχωρούσαν αρκετά γρήγορα για να σας κρατήσουν ζωντανούς. Κάθε ένζυμο έχει τις βέλτιστες συνθήκες λειτουργίας - το περιβάλλον που τους επιτρέπει να εργάζονται με τη μέγιστη απόδοση. Μία από τις πιο σημαντικές περιβαλλοντικές παραμέτρους που επηρεάζουν τη δραστηριότητα των ενζύμων είναι το pH, με κάθε ένζυμο να έχει μια μοναδική βέλτιστη τιμή.

Τα ένζυμα λειτουργούν μειώνοντας το ενέργεια ενεργοποίησης χημικής αντίδρασης. Μπορείτε να σκεφτείτε μια χημική αντίδραση σαν κάτι σαν να βάζετε έναν σάκο φασολιών σε έναν κάδο, εκτός από το ότι υπάρχει ένα τοίχωμα 10 ποδιών μεταξύ του σάκου και του κάδου. Μπορείτε να αναρριχηθείτε στον τοίχο και να βάλετε τη σακούλα στον κουβά, αλλά αν είχατε τη βοήθεια ενός ενζύμου, ο τοίχος θα είχε ύψος μόνο 2 πόδια αντί για 10 ή 100 ή 1000. Το τελικό αποτέλεσμα είναι το ίδιο, ανεξάρτητα από το πόσο ψηλός είναι ο τοίχος, αλλά θα μπορείτε να βάλετε πολύ περισσότερες σακούλες σε κουβάδες εάν ο τοίχος είναι χαμηλός. Το ίδιο με τα ένζυμα: το τελικό χημικό προϊόν είναι το ίδιο με ή χωρίς ένζυμο, αλλά πολλές άλλες αντιδράσεις θα συμβούν εάν το ένζυμο είναι εκεί.

Πιστεύουμε ότι το pH είναι ένα μέτρο οξύτητας, που είναι. Το ξίδι είναι ελαφρώς όξινο, επομένως έχει pH περίπου 4, ενώ η μαγειρική σόδα είναι βασική και έχει pH περίπου 8. Ένα ουδέτερο διάλυμα - ούτε όξινο ούτε βασικό - έχει pH 7.

Σε μοριακό επίπεδο, το pH μπορεί να είναι λίγο διαφορετικό. Ένα χαμηλό pH σημαίνει ότι υπάρχουν πολλά επιπλέον πρωτόνια σε ένα διάλυμα, ενώ ένα υψηλό pH σημαίνει ότι υπάρχουν πολλά ιόντα υδροξειδίου - οξυγόνο και υδρογόνο μαζί. Σε χαμηλό ρΗ, τα θετικά φορτία των πρωτονίων στο διάλυμα θα προσελκύονται σε περιοχές με αρνητικό φορτίο και θα κολλάνε. Σε υψηλό ρΗ, τα ιόντα ΟΗ, τα οποία είναι αρνητικά, θα αναζητήσουν θετικό φορτίο και θα ασφαλίσουν.

Τα ένζυμα είναι πολύπλοκες πρωτεΐνες που φέρνουν μαζί συστατικά άτομα ή μόρια με τον σωστό τρόπο για να μειώσουν την ενέργεια ενεργοποίησης. Είναι σε θέση να το κάνουν αυτό λόγω του πώς διαμορφώνονται. Το σχήμα μιας πρωτεΐνης εξαρτάται εν μέρει από την ηλεκτροστατική έλξη μεταξύ των διαφόρων μερών της. Για παράδειγμα, ορισμένα μέρη έχουν ελαφρώς αρνητικό φορτίο και μερικά ελαφρώς θετικά, έτσι αυτές οι περιοχές της πρωτεΐνης κάμπτονται το ένα προς το άλλο.

Σε λύσεις χαμηλού ρΗ, τα επιπλέον θετικά φορτία συνδέονται με αρνητικές περιοχές πρωτεϊνών. Σε διαλύματα υψηλού pH, τα επιπλέον αρνητικά φορτία προσκολλώνται στις θετικές περιοχές μιας πρωτεΐνης. Όταν μανδαλώνουν, η ηλεκτροστατική έλξη εξαλείφεται και η πρωτεΐνη αλλάζει σχήμα. Επειδή η δραστηριότητα ενός ενζύμου εξαρτάται από το σχήμα του, θα επιβραδυνθεί και τελικά θα σταματήσει να λειτουργεί όταν το pH γίνει πολύ χαμηλό ή πολύ υψηλό.

Διαφορετικά ένζυμα λειτουργούν σε περιοχές με ξεχωριστό pH. Τα ένζυμα του στομάχου, για παράδειγμα, λειτουργούν καλύτερα σε χαμηλό pH περίπου 2. Αλλά ανεξάρτητα από την ειδική τιμή του pH όπου ένα ένζυμο λειτουργεί καλύτερα, η ενζυμική δραστηριότητα είναι χαμηλή στο χαμηλότερο pH και αυξάνεται στο μέγιστο στη βέλτιστη τιμή του pH. Ο ρυθμός αντίδρασης στη συνέχεια μειώνεται καθώς αυξάνεται το ρΗ. Σε ένα στενό εύρος γύρω από το βέλτιστο, το ένζυμο μπορεί να ανακτήσει τη δραστηριότητά του εάν το pH επιστρέψει στο βέλτιστο. Αλλά έξω από αυτό το εύρος, το σχήμα του ενζύμου θα παραμορφωθεί τόσο πολύ που δεν μπορεί να επιστρέψει στο φυσιολογικό.