Svi enzimi imaju određeni raspon pH pri kojem najbolje djeluju. Enzim je protein sastavljen od molekula koje se nazivaju aminokiseline, a te aminokiseline imaju područja koja su osjetljiva na pH. Skala pH definira koliko je otopina kisela ili bazična, pri čemu je niski pH kiseli, a visoki pH osnovni. Ljudski želudac ima pH 2, a enzimi koji djeluju u želucu prilagođeni su da funkcioniraju na toj pH razini.
Želudac ima nizak pH
Kad unosimo hranu i piće, s njima dolaze i bakterije. Naša se tijela mogu zaštititi od infekcije ubijanjem bakterija u želucu. Pri pH 2 želučani želučani sokovi su dovoljno kiseli da ubiju bakterije koje unosimo. Stanice koje postavljaju želudac - zvane parijetalne stanice - luče solnu kiselinu ili HCl, a ta kiselina želučanim sokovima daje nizak pH. HCl ne probavlja hranu, ali ubija bakterije, pomaže u razgradnji vezivnog tkiva u mesu i aktivira pepsin, želučani probavni enzim.
Pepsin probavlja protein
Glavne stanice, koje također postavljaju želudac, proizvode pro-enzim zvan pepsinogen. Kad pepsinogen dođe u kontakt s kiselim okolišem želuca, on katalizira reakciju da se aktivira i postaje aktivni enzim zvan pepsin. Pepsin je proteaza ili enzim koji razbija kemijske veze u proteinima. Pepsin koristi karboksilnu kiselinsku skupinu na jednoj od svojih aminokiselina kako bi prekinuo kemijsku vezu između dušika i kisika u proteinima koji se nalaze u hrani.
Funkcije pepsina pri pH 2
Razlog zbog kojeg pepsin najbolje funkcionira pri pH 2 je taj što grupa karboksilne kiseline na aminokiselini u aktivnom mjestu enzima mora biti u protoniranom stanju, što znači da je vezana za atom vodika. Pri niskom pH skupina karboksilne kiseline se protonira, što joj omogućuje kataliziranje kemijske reakcije prekida kemijskih veza. Pri vrijednostima pH višim od 2, karboksilna kiselina postaje deprotonirana i na taj način ne može sudjelovati u kemijskim reakcijama. Pepsin je najaktivniji pri pH 2, s tim da se njegova aktivnost smanjuje pri višem pH, a u potpunosti opada pri pH 6,5 ili većem. Općenito, aktivnost enzima osjetljiva je na pH jer je katalitička skupina enzima - u slučaju pepsina karboksilna kiselina skupina - bit će ili protonirana ili deprotonirana, a ovo stanje određuje može li sudjelovati u nekoj kemikaliji ili ne reakcija.
Pepsin neaktivan pri višem pH
Nakon probave u želucu, hrana izlazi kroz pilorični sfinkter u duodenum tankog crijeva, gdje je pH puno veći. Pepsin postaje neaktivan u ovom okruženju jer je koncentracija atoma vodika niža. Potom se uklanja vodik iz karboksilne kiseline pepsina u aktivnom mjestu enzima i enzim postaje neaktivan. Kemijska reakcija koju katalizira pepsin ovisi o prisutnosti protonirane karboksilne kiseline, tako da aktivnost enzima uvelike ovisi o pH otopine u kojoj se nalazi. Nizak pH dovodi do visoke aktivnosti, a visok pH daje malu ili nikakvu aktivnost.