Alle enzymer har et visst pH-område der de fungerer best. Et enzym er et protein som består av molekyler som kalles aminosyrer, og disse aminosyrene har regioner som er følsomme for pH. PH-skalaen definerer hvor sur eller basisk en løsning er, med lav pH som sur og høy pH er basisk. Menneskemagen har en pH på 2, og enzymer som fungerer i magen er tilpasset til å fungere på det pH-nivået.
Magen har lav pH
Når vi inntar mat og drikke, kommer bakterier sammen med dem. Kroppene våre er i stand til å beskytte seg mot infeksjon ved å drepe bakterier i magen. Ved en pH på 2 er magesaften i magen sur nok til å drepe bakteriene vi får i oss. Cellene som strekker magen - kalt parietale celler - skiller ut saltsyre eller HCl, og denne syren gir magesaften sin lave pH. HCl fordøyer ikke mat, men det dreper bakterier, hjelper til med å bryte ned bindevevet i kjøtt og aktiverer pepsin, mages fordøyelsesenzym.
Pepsin fordøyer protein
Hovedceller, som også strekker magen, produserer et pro-enzym som kalles pepsinogen. Når pepsinogen kommer i kontakt med det sure miljøet i magen, katalyserer det en reaksjon for å aktivere seg selv og blir det aktive enzymet kalt pepsin. Pepsin er en protease, eller et enzym som bryter kjemiske bindinger i protein. Pepsin bruker karboksylsyregruppen på en av aminosyrene for å bryte den kjemiske bindingen mellom nitrogen og oksygen i proteinene som finnes i maten.
Pepsin-funksjoner ved pH 2
Årsaken til at pepsin fungerer best ved pH 2 er fordi karboksylsyregruppen på aminosyren i enzymets aktive sted må være i sin protonerte tilstand, noe som betyr bundet til et hydrogenatom. Ved lav pH protoneres karboksylsyregruppen, som gjør det mulig å katalysere den kjemiske reaksjonen ved å bryte kjemiske bindinger. Ved pH-verdier høyere enn 2 blir karboksylsyren deprotonert og kan dermed ikke delta i kjemiske reaksjoner. Pepsin er mest aktiv ved pH 2, hvor aktiviteten synker ved høyere pH og faller helt av ved pH 6,5 eller høyere. Generelt er enzymaktivitet følsom for pH fordi den katalytiske gruppen av et enzym - i tilfelle pepsin, karboksylsyren gruppe - vil enten være protonert eller deprotonert, og denne tilstanden avgjør om den kan delta i et kjemikalie eller ikke reaksjon.
Pepsin inaktiv ved høyere pH
Etter fordøyelsen i magen går maten ut gjennom den pyloriske lukkemuskelen inn i tolvfingertarmen i tynntarmen, hvor pH er mye høyere. Pepsin blir inaktivt i dette miljøet fordi konsentrasjonen av hydrogenatomer er lavere. Hydrogenet på pepsins karboksylsyre i det enzymaktive stedet fjernes deretter, og enzymet blir inaktivt. Den kjemiske reaksjonen som er katalysert av pepsin, avhenger av tilstedeværelsen av en protonert karboksylsyre, så enzymets aktivitet er sterkt avhengig av pH i løsningen det er i. Lav pH fører til høy aktivitet og høy pH gir liten eller ingen aktivitet.