Enzimi su biološki katalizatori. Odnosno, oni su proteini proizvedeni u živim organizmima koji pomažu kemijskim reakcijama. Bez enzima, kemijske reakcije u vašem tijelu ne bi se odvijale dovoljno brzo da bi vas održale na životu. Svaki enzim ima optimalne radne uvjete - okruženje koje im omogućava maksimalnu učinkovitost. Jedan od najvažnijih parametara okoliša koji utječe na aktivnost enzima je pH, pri čemu svaki enzim ima jedinstvenu optimalnu vrijednost.
Aktivacijska energija
Enzimi djeluju snižavanjem energija aktivacije kemijske reakcije. Kemijsku reakciju možete zamisliti kao nešto poput stavljanja vrećice u kantu, osim što između vreće i kante postoji zid od 10 stopa. Možete se popeti preko zida i vreću s vrećama staviti u kantu, ali da imate pomoć enzima, zid bi bio visok samo 2 metra umjesto 10 ili 100 ili 1000. Konačni rezultat je isti bez obzira na to koliko je visok zid, ali moći ćete staviti puno više vrećica s vrećama u kante ako je zid nizak. Isto je s enzimima: konačni kemijski proizvod isti je s enzimom ili bez njega, ali mnogo će se više reakcija dogoditi ako je enzim tamo.
pH
O pH razmišljamo kao o mjeri kiselosti, što on i jest. Ocat je blago kiseo, pa ima pH oko 4, dok je soda bikarbona osnovna i ima pH oko 8. Neutralna otopina - ni kisela ni bazna - ima pH 7.
Na molekularnoj razini, pH može biti malo drugačiji. Nizak pH znači da u otopini ima puno dodatnih protona, dok visoki pH znači da ima puno hidroksidnih iona - kisika i vodika zajedno. Pri niskom pH, pozitivni naboji protona u otopini privući će se u područja s negativnim nabojem i oni će se zakačiti. Pri visokom pH, OH ioni, koji su negativni, tražit će pozitivan naboj i zaskočiti.
Enzimi
Enzimi su složeni proteini koji na pravi način okupljaju atome ili molekule komponenata kako bi smanjili energiju aktivacije. To su sposobni učiniti zbog svog oblika. Oblik proteina dijelom ovisi o elektrostatičkoj privlačnosti između njegovih različitih dijelova. Na primjer, neki dijelovi imaju blago negativan naboj, a neki blago pozitivan, pa su ta područja proteina savijena jedno prema drugome.
U otopinama niskog pH, ekstra pozitivni naboji povezuju se s negativnim regijama proteina. U otopinama s visokim pH, ekstra negativni naboji prikvačuju se na pozitivna područja proteina. Kad se zakače, elektrostatička privlačnost se uklanja i protein mijenja oblik. Budući da aktivnost enzima ovisi o njegovom obliku, usporit će se, a zatim na kraju prestati raditi kada pH postane prenizak ili previsok.
Aktivnost enzima vs. pH
Različiti enzimi funkcioniraju u regijama s različitim pH. Na primjer, želučani enzimi najbolje djeluju pri niskom pH od oko 2. No, bez obzira na specifičnu vrijednost pH gdje enzim najbolje djeluje, aktivnost enzima je niska pri najnižem pH i raste do maksimuma pri optimalnoj vrijednosti pH. Tada se brzina reakcije smanjuje kako pH raste. Unutar uskog raspona oko optimalnog, enzim može povratiti svoju aktivnost ako se pH vrati na optimalan. Ali izvan tog raspona, oblik enzima bit će toliko izobličen da se ne može vratiti u normalu.