Gli enzimi sono catalizzatori biologici. Cioè, sono proteine prodotte negli organismi viventi che aiutano le reazioni chimiche. Senza enzimi, le reazioni chimiche nel tuo corpo non procederebbero abbastanza velocemente da mantenerti in vita. Ogni enzima ha condizioni operative ottimali: l'ambiente che consente loro di lavorare con la massima efficienza. Uno dei parametri ambientali più importanti che influenza l'attività dell'enzima è il pH, con ogni enzima che ha un valore ottimale unico.
Energia di attivazione
Gli enzimi agiscono abbassando il energia di attivazione di una reazione chimica. Puoi pensare a una reazione chimica come mettere un sacchetto di fagioli in un secchio, tranne per il fatto che c'è un muro di 3 metri tra il sacchetto di fagioli e il secchio. Puoi scavalcare il muro e mettere il sacchetto di fagioli nel secchio, ma se avessi l'aiuto di un enzima, il muro sarebbe alto solo 2 piedi invece di 10 o 100 o 1000. Il risultato finale è lo stesso, non importa quanto sia alto il muro, ma sarai in grado di mettere molti più beanbag nei secchi se il muro è basso. Lo stesso con gli enzimi: il prodotto chimico finale è lo stesso con o senza un enzima, ma si verificheranno molte più reazioni se l'enzima è presente.
pH
Pensiamo al pH come una misura dell'acidità, che è. L'aceto è leggermente acido, quindi ha un pH di circa 4, mentre il bicarbonato di sodio è basico e ha un pH di circa 8. Una soluzione neutra, né acida né basica, ha un pH di 7.
A livello molecolare, il pH può essere pensato in modo leggermente diverso. Un pH basso significa che ci sono molti protoni in più in una soluzione, mentre un pH alto significa che ci sono molti ioni idrossido: ossigeno e idrogeno insieme. A pH basso, le cariche positive dei protoni nella soluzione saranno attratte da regioni con carica negativa e si attaccheranno. Ad alto pH, gli ioni OH, che sono negativi, cercheranno la carica positiva e si attaccheranno.
Enzimi
Gli enzimi sono proteine complicate che uniscono gli atomi o le molecole componenti nel modo giusto per abbassare l'energia di attivazione. Sono in grado di farlo a causa di come sono modellati. La forma di una proteina dipende in parte dall'attrazione elettrostatica tra le sue diverse parti. Ad esempio, alcune parti hanno una carica leggermente negativa e alcune leggermente positive, quindi quelle regioni della proteina sono piegate l'una verso l'altra.
Nelle soluzioni a basso pH, le cariche extra positive si collegano alle regioni negative delle proteine. Nelle soluzioni a pH elevato, le cariche negative extra si attaccano alle regioni positive di una proteina. Quando si attaccano, l'attrazione elettrostatica viene eliminata e la proteina cambia forma. Poiché l'attività di un enzima dipende dalla sua forma, rallenterà e infine smetterà di funzionare quando il pH diventa troppo basso o troppo alto.
Attività enzimatica vs. pH
Enzimi diversi funzionano in regioni con pH distinto. Gli enzimi dello stomaco, ad esempio, funzionano meglio a un pH basso di circa 2. Ma indipendentemente dal valore specifico del pH in cui un enzima funziona meglio, l'attività dell'enzima è bassa al pH più basso e aumenta fino al massimo al valore ottimale del pH. La velocità di reazione quindi diminuisce all'aumentare del pH. All'interno di un intervallo ristretto intorno all'optimum, l'enzima può recuperare la sua attività se il pH viene riportato all'optimum. Ma al di fuori di tale intervallo, la forma dell'enzima sarà così distorta che non potrà tornare alla normalità.