Enzymactiviteit uitgezet tegen pH

Enzymen zijn biologische katalysatoren. Dat wil zeggen, het zijn eiwitten die in levende organismen worden geproduceerd en die chemische reacties helpen. Zonder enzymen zouden de chemische reacties in je lichaam niet snel genoeg verlopen om je in leven te houden. Elk enzym heeft optimale bedrijfsomstandigheden - de omgeving waarin ze met maximale efficiëntie kunnen werken. Een van de belangrijkste omgevingsparameters die de enzymactiviteit beïnvloedt, is de pH, waarbij elk enzym een ​​unieke optimale waarde heeft.

Enzymen werken door het verlagen van de activeringsenergie van een chemische reactie. Je kunt een chemische reactie zien als zoiets als een zitzak in een emmer doen, behalve dat er een muur van 3 meter tussen de zitzak en de emmer is. Je kunt over de muur klimmen en de zitzak in de emmer doen, maar als je de hulp van een enzym had, zou de muur maar 2 voet hoog zijn in plaats van 10 of 100 of 1000. Het eindresultaat is hetzelfde, hoe hoog de muur ook is, maar je kunt veel meer zitzakken in emmers doen als de muur laag is. Hetzelfde geldt voor enzymen: het uiteindelijke chemische product is hetzelfde met of zonder een enzym, maar er zullen veel meer reacties plaatsvinden als het enzym er is.

We beschouwen pH als een maat voor de zuurgraad, wat het ook is. Azijn is licht zuur, dus het heeft een pH van ongeveer 4, terwijl zuiveringszout basisch is en een pH van ongeveer 8 heeft. Een neutrale oplossing - niet zuur of basisch - heeft een pH van 7.

Op moleculair niveau kan de pH iets anders zijn. Een lage pH betekent dat er veel extra protonen in een oplossing zitten, terwijl een hoge pH betekent dat er veel hydroxide-ionen zijn - zuurstof en waterstof samen. Bij een lage pH zullen de positieve ladingen van de protonen in de oplossing worden aangetrokken door gebieden met een negatieve lading, en ze zullen blijven hangen. Bij een hoge pH zullen de OH-ionen, die negatief zijn, de positieve lading opzoeken en vasthouden.

Enzymen zijn ingewikkelde eiwitten die samenstellende atomen of moleculen op precies de juiste manier bij elkaar brengen om de activeringsenergie te verlagen. Ze zijn in staat om dit te doen vanwege de manier waarop ze gevormd zijn. De vorm van een eiwit hangt gedeeltelijk af van de elektrostatische aantrekking tussen de verschillende delen. Sommige delen hebben bijvoorbeeld een licht negatieve lading en sommige licht positief, dus die delen van het eiwit zijn naar elkaar toe gebogen.

In oplossingen met een lage pH verbinden de extra positieve ladingen zich met negatieve regio's van eiwitten. In oplossingen met een hoge pH hechten de extra negatieve ladingen zich vast aan de positieve regio's van een eiwit. Wanneer ze zich vastklampen, wordt de elektrostatische aantrekking geëlimineerd en verandert het eiwit van vorm. Omdat de activiteit van een enzym afhangt van zijn vorm, zal het vertragen en uiteindelijk stoppen met werken als de pH te laag of te hoog wordt.

Verschillende enzymen werken in regio's met een verschillende pH. Maagenzymen werken bijvoorbeeld het beste bij een lage pH van ongeveer 2. Maar ongeacht de specifieke pH-waarde waar een enzym het beste werkt, de enzymactiviteit is laag bij de laagste pH en neemt toe tot een maximum bij de optimale pH-waarde. De reactiesnelheid neemt dan af naarmate de pH stijgt. Binnen een smal bereik rond het optimum kan het enzym zijn activiteit herstellen als de pH weer optimaal is. Maar buiten dat bereik zal de vorm van het enzym zo vervormd zijn dat het niet meer normaal kan worden.