Fermentai yra biologiniai katalizatoriai. Tai yra baltymai, gaminami gyvuose organizmuose, kurie padeda vykti cheminėms reakcijoms. Be fermentų, jūsų kūno cheminės reakcijos nevyktų pakankamai greitai, kad išlaikytumėte gyvą. Kiekvienas fermentas turi optimalias veikimo sąlygas - aplinką, kuri leidžia jiems dirbti maksimaliai efektyviai. Vienas iš svarbiausių aplinkos parametrų, darančių įtaką fermentų aktyvumui, yra pH, o kiekvienas fermentas turi unikalią optimalią vertę.
Aktyvinimo energija
Fermentai veikia mažindami aktyvavimo energija cheminės reakcijos. Cheminę reakciją galite galvoti kaip apie tai, kad įdėkite sėdmaišį į kibirą, išskyrus tai, kad tarp sėdmaišio ir kibiro yra 10 pėdų siena. Galite perlipti per sieną ir įdėti sėdmaišį į kibirą, bet jei jums padėtų fermentas, siena būtų tik 2 pėdų, o ne 10, 100 ar 1000. Galutinis rezultatas yra tas pats, nesvarbu, kokia aukšta būtų siena, tačiau į kibirus galėsite įdėti daug daugiau sėdmaišių, jei siena yra žema. Tas pats ir su fermentais: galutinis cheminis produktas yra tas pats su fermentu arba be jo, tačiau jei fermento yra, įvyks daug daugiau reakcijų.
pH
Mes manome, kad pH yra rūgštingumo matas, koks jis yra. Actas yra šiek tiek rūgštus, todėl jo pH yra apie 4, o kepimo soda yra pagrindinė ir maždaug 8. Neutralaus tirpalo - nei rūgštaus, nei bazinio - pH yra 7.
Molekuliniu lygiu pH gali būti šiek tiek kitoks. Mažas pH reiškia, kad tirpale yra daug papildomų protonų, o aukštas pH reiškia, kad kartu yra daug hidroksido jonų - deguonies ir vandenilio. Esant žemam pH, teigiami protonų krūviai tirpale bus pritraukti į regionus su neigiamu krūviu ir jie užsiblokuos. Esant aukštam pH, neigiami OH jonai ieškos teigiamo krūvio ir užsifiksuos.
Fermentai
Fermentai yra sudėtingi baltymai, kurie sujungia komponentų atomus ar molekules teisingu būdu, kad sumažintų aktyvacijos energiją. Jie tai gali padaryti dėl savo formos. Baltymo forma iš dalies priklauso nuo elektrostatinio potraukio tarp skirtingų jo dalių. Pavyzdžiui, kai kurios dalys turi šiek tiek neigiamą krūvį, o kai kurios - šiek tiek teigiamą, todėl tie baltymo regionai yra sulenkti vienas kito link.
Tirpaluose, kurių pH yra žemas, papildomi teigiami krūviai jungiasi su neigiamais baltymų regionais. Esant aukšto pH tirpalams, neigiami krūviai patenka į teigiamus baltymo regionus. Kai jie užsiblokuoja, elektrostatinė trauka pašalinama ir baltymas keičia formą. Kadangi fermento aktyvumas priklauso nuo jo formos, jis sulėtės, o galiausiai nustos veikti, kai pH bus per mažas arba per didelis.
Fermentų aktyvumas vs. pH
Skirtingi fermentai veikia regionuose, kuriuose yra skirtingas pH. Pavyzdžiui, skrandžio fermentai geriausiai veikia esant žemam pH, maždaug 2. Nepaisant konkrečios pH vertės, kur fermentas veikia geriausiai, fermento aktyvumas yra žemas esant žemiausiam pH ir padidėja iki didžiausio, kai optimali pH vertė. Tada reakcijos greitis mažėja, kai pakyla pH. Esant siauram diapazonui aplink optimalų, fermentas gali atgauti savo aktyvumą, jei pH bus optimalus. Tačiau už šio diapazono ribų fermento forma bus taip iškreipta, kad ji negalės normalizuotis.