Actividad enzimática representada frente al pH

Las enzimas son catalizadores biológicos. Es decir, son proteínas producidas en organismos vivos que ayudan a las reacciones químicas. Sin enzimas, las reacciones químicas en su cuerpo no se producirían lo suficientemente rápido como para mantenerlo con vida. Cada enzima tiene condiciones óptimas de funcionamiento: el entorno que les permite trabajar con la máxima eficiencia. Uno de los parámetros ambientales más importantes que influye en la actividad enzimática es el pH, y cada enzima tiene un valor óptimo único.

Las enzimas actúan reduciendo el energía de activación de una reacción química. Puede pensar en una reacción química como poner una bolsa de frijoles en un cubo, excepto que hay una pared de 10 pies entre la bolsa de frijoles y el cubo. Puede escalar la pared y poner la bolsa de frijoles en el cubo, pero si tuviera la ayuda de una enzima, la pared solo tendría 2 pies de altura en lugar de 10 o 100 o 1000. El resultado final es el mismo sin importar qué tan alta sea la pared, pero podrá poner muchas más bolsas de frijoles en baldes si la pared es baja. Lo mismo con las enzimas: el producto químico final es el mismo con o sin enzima, pero sucederán muchas más reacciones si la enzima está allí.

Pensamos en el pH como una medida de acidez, que es. El vinagre es ligeramente ácido, por lo que tiene un pH de aproximadamente 4, mientras que el bicarbonato de sodio es básico y tiene un pH de aproximadamente 8. Una solución neutra, ni ácida ni básica, tiene un pH de 7.

A nivel molecular, el pH se puede pensar de manera ligeramente diferente. Un pH bajo significa que hay muchos protones adicionales en una solución, mientras que un pH alto significa que hay muchos iones de hidróxido: oxígeno e hidrógeno juntos. A pH bajo, las cargas positivas de los protones en la solución serán atraídas a regiones con carga negativa y se adherirán. A un pH alto, los iones OH, que son negativos, buscarán una carga positiva y se engancharán.

Las enzimas son proteínas complicadas que unen los átomos o moléculas componentes de la manera correcta para reducir la energía de activación. Son capaces de hacer esto debido a la forma en que están formados. La forma de una proteína depende en parte de la atracción electrostática entre sus diferentes partes. Por ejemplo, algunas partes tienen una carga ligeramente negativa y otras ligeramente positiva, por lo que esas regiones de la proteína están dobladas entre sí.

En soluciones de pH bajo, las cargas positivas adicionales se conectan a regiones negativas de proteínas. En soluciones de pH alto, las cargas negativas adicionales se adhieren a las regiones positivas de una proteína. Cuando se adhieren, la atracción electrostática se elimina y la proteína cambia de forma. Debido a que la actividad de una enzima depende de su forma, se ralentizará y, finalmente, dejará de funcionar cuando el pH sea demasiado bajo o demasiado alto.

Diferentes enzimas funcionan en regiones con pH distinto. Las enzimas del estómago, por ejemplo, funcionan mejor a un pH bajo de aproximadamente 2. Pero independientemente del valor específico del pH donde una enzima funciona mejor, la actividad de la enzima es baja en el pH más bajo y aumenta hasta un máximo en el valor óptimo de pH. Luego, la velocidad de reacción disminuye a medida que aumenta el pH. Dentro de un rango estrecho alrededor del óptimo, la enzima puede recuperar su actividad si el pH vuelve al óptimo. Pero fuera de ese rango, la forma de la enzima estará tan distorsionada que no podrá volver a la normalidad.