Visiem fermentiem ir noteikts pH diapazons, kurā tie darbojas vislabāk. Ferments ir proteīns, kas sastāv no molekulām, ko sauc par aminoskābēm, un šīm aminoskābēm ir reģioni, kas ir jutīgi pret pH. PH skala nosaka, cik skābs vai bāzisks ir šķīdums, ar zemu pH līmeni skābu un augstu pH bāzisku. Cilvēka kuņģa pH ir 2, un fermenti, kas darbojas kuņģī, ir pielāgoti darbībai šajā pH līmenī.
Kuņģa pH ir zems
Kad mēs uzņemam ēdienu un dzērienus, kopā ar tiem nāk arī baktērijas. Mūsu ķermenis spēj pasargāt sevi no infekcijas, iznīcinot baktērijas kuņģī. Pie pH 2 kuņģa sulas kuņģī ir pietiekami skābas, lai iznīcinātu mūsu uzņemtās baktērijas. Šūnas, kas savieno kuņģi, sauktas parietālās šūnas, izdala sālsskābi vai HCl, un šī skābe nodrošina kuņģa sulām zemu pH līmeni. HCl nesagremo pārtiku, bet iznīcina baktērijas, palīdz noārdīt saistaudus gaļā un aktivizē pepsīnu, kuņģa gremošanas enzīmu.
Pepsīns sagremo olbaltumvielu
Galvenās šūnas, kas arī veido kuņģi, ražo pro-enzīmu, ko sauc par pepsinogēnu. Kad pepsinogēns nonāk saskarē ar kuņģa skābo vidi, tas katalizē reakciju, lai pati aktivizētos, un kļūst par aktīvo fermentu, ko sauc par pepsīnu. Pepsīns ir proteāze jeb ferments, kas pārtrauc olbaltumvielu ķīmiskās saites. Pepsīns izmanto karbonskābes grupu vienā no aminoskābēm, lai pārtraukt ķīmisko saikni starp slāpekli un skābekli olbaltumvielās, kas atrodamas pārtikā.
Pepsīns darbojas pie pH 2
Iemesls, kāpēc pepsīns vislabāk darbojas pie pH 2, ir tāpēc, ka fermenta aktīvajā vietā esošās aminoskābes karbonskābes grupai jābūt protonētā stāvoklī, proti, saistītam ar ūdeņraža atomu. Pie zemā pH līmeņa karbonskābes grupa tiek protonēta, kas ļauj tai katalizēt ķīmisko saišu pārraušanas ķīmisko reakciju. Pie pH vērtības, kas pārsniedz 2, karbonskābe tiek deprotonēta un tādējādi nespēj piedalīties ķīmiskajās reakcijās. Pepsīns ir visaktīvākais pie pH 2, tā aktivitāte samazinās pie augstāka pH līmeņa un pilnībā nokrītas pie pH 6,5 vai augstāka. Fermentu aktivitāte parasti ir jutīga pret pH, jo fermenta katalītiskā grupa - pepsīna gadījumā - karbonskābe grupa - būs vai nu protonēta, vai deprotonēta, un šis stāvoklis nosaka, vai tā var piedalīties ķīmiskajā vielā reakcija.
Pepsīns neaktīvs pie augstāka pH
Pēc gremošanas kuņģī ēdiens caur pīlora sfinkteru iziet tievās zarnas divpadsmitpirkstu zarnā, kur pH ir daudz augstāks. Pepsīns šajā vidē kļūst neaktīvs, jo ūdeņraža atomu koncentrācija ir mazāka. Pēc tam fermenta aktīvajā vietā esošais pepsīna karbonskābes ūdeņradis tiek noņemts, un ferments kļūst neaktīvs. Pepsīna katalizētā ķīmiskā reakcija ir atkarīga no protonētas karbonskābes klātbūtnes, tāpēc fermenta aktivitāte ir ļoti atkarīga no tā šķīduma pH, kurā tas atrodas. Zems pH līmenis izraisa augstu aktivitāti, un augsts pH līmenis maz vai vispār nedod nekādu aktivitāti.