מהו ה- pH האופטימלי לפעילות אנזימי בבטן?

לכל האנזימים יש טווח pH מסוים בו הם עובדים בצורה הטובה ביותר. אנזים הוא חלבון המורכב ממולקולות הנקראות חומצות אמינו, ולחומצות אמינו אלו יש אזורים רגישים ל- pH. סולם ה- pH מגדיר עד כמה פתרון הוא חומצי או בסיסי, כאשר pH נמוך הוא חומצי ו- pH גבוה הוא בסיסי. לקיבה האנושית יש pH של 2, ואנזימים שפועלים בקיבה מותאמים לתפקד באותה רמת pH.

כשאנחנו בולעים אוכל ושתייה, חיידקים באים איתם. גופנו מסוגל להגן על עצמו מפני זיהום על ידי הריגת חיידקים בקיבה. ב pH של 2, מיצי הקיבה של הקיבה הם חומציים מספיק כדי להרוג את החיידקים שאנו בולעים. התאים שמרפדים את הקיבה - הנקראים תאים קדמיים - מפרישים חומצה הידרוכלורית או HCl, וחומצה זו נותנת למיצי קיבה את ה- pH הנמוך שלהם. HCl אינו מעכל מזון, אך הוא הורג חיידקים, מסייע בפירוק רקמת החיבור בבשר ומפעיל פפסין, אנזים העיכול של הקיבה.

תאים ראשיים, שמרפדים גם את הקיבה, מייצרים פרו-אנזים הנקרא פפסינוגן. כאשר פפסינוגן יוצר קשר עם הסביבה החומצית של הקיבה, הוא מזרז תגובה להפעלת עצמו והופך לאנזים הפעיל הנקרא פפסין. פפסין הוא פרוטאז, או אנזים המפרק קשרים כימיים בחלבון. פפסין משתמש בקבוצת החומצות הקרבוקסיליות על אחת מחומצות האמינו שלה כדי לשבור את הקשר הכימי בין חנקן לחמצן בחלבונים הנמצאים במזון.

הסיבה לכך שפפסין מתפקד בצורה הטובה ביותר ב- pH 2 היא מכיוון שקבוצת החומצות הקרבוקסיליות על חומצת האמינו באתר הפעיל של האנזים חייבת להיות במצב פרוטון, כלומר קשורה לאטום מימן. ב- pH נמוך קבוצת החומצות הקרבוקסיליות מוחזרת, מה שמאפשר לה לזרז את התגובה הכימית של שבירת קשרים כימיים. בערכי pH גבוהים מ -2, החומצה הקרבוקסילית הופכת לדיפו-פוטונית ולכן אינה מסוגלת להשתתף בתגובות כימיות. פפסין פעיל ביותר ב- pH 2, כאשר פעילותו יורדת ב- pH גבוה יותר ונושרת לחלוטין ב- pH 6.5 ומעלה. באופן כללי, פעילות האנזים רגישה ל- pH מכיוון שהקבוצה הקטליטית של אנזים - במקרה של פפסין, החומצה הקרבוקסילית הקבוצה - תהיה פרוטונית או מונחתת, ומצב זה קובע אם היא יכולה להשתתף בכימיקל או לא תְגוּבָה.

בעקבות העיכול בקיבה, אוכל יוצא דרך הסוגר הפילורי לתריסריון המעי הדק, שם ה- pH גבוה בהרבה. פפסין הופך להיות לא פעיל בסביבה זו מכיוון שריכוז אטומי המימן נמוך יותר. המימן שבחומצה הקרבוקסילית של פפסין באתר הפעיל של האנזים מוסר ואז האנזים הופך ללא פעיל. התגובה הכימית המזרזת על ידי פפסין תלויה בקיומה של חומצה קרבוקסילית פרוטונית, כך שפעילות האנזים תלויה מאוד ב- pH של התמיסה בה הוא נמצא. PH נמוך מוביל לפעילות גבוהה ו- pH גבוה נותן מעט או ללא פעילות.