Enzymaktivitet plottet mot pH

Enzymer er biologiske katalysatorer. Det vil si at de er proteiner produsert i levende organismer som hjelper kjemiske reaksjoner sammen. Uten enzymer ville de kjemiske reaksjonene i kroppen din ikke gå fort nok til å holde deg i live. Hvert enzym har optimale driftsforhold - miljøet som gjør at de kan arbeide med maksimal effektivitet. En av de viktigste miljøparametrene som påvirker enzymaktiviteten er pH, hvor hvert enzym har en unik optimal verdi.

Enzymer fungerer ved å senke aktiveringsenergi av en kjemisk reaksjon. Du kan tenke på en kjemisk reaksjon som noe som å legge en bønnepose i en bøtte, bortsett fra at det er en 10-fots vegg mellom bønneposen og bøtta. Du kan klatre over veggen og sette bønneposen i bøtta, men hvis du hadde hjelp av et enzym, ville veggen bare være 2 meter høy i stedet for 10 eller 100 eller 1000. Det endelige resultatet er det samme uansett hvor høy veggen er, men du vil kunne legge mye mer bønnesekker i bøtter hvis veggen er lav. Det samme med enzymer: det endelige kjemiske produktet er det samme med eller uten et enzym, men mange flere reaksjoner vil skje hvis enzymet er der.

Vi tenker på pH som et mål på surhet, som det er. Eddik er litt sur, så den har en pH på ca 4, mens natron er basisk og har en pH på ca 8. En nøytral løsning - verken sur eller basisk - har en pH på 7.

På molekylært nivå kan pH være litt annerledes. En lav pH betyr at det er mange ekstra protoner i en løsning, mens en høy pH betyr at det er mange hydroksidioner - oksygen og hydrogen sammen. Ved lav pH vil de positive ladningene av protonene i løsningen bli tiltrukket av regioner med negativ ladning, og de vil låses fast. Ved høy pH vil OH-ionene, som er negative, oppsøke positiv ladning og feste.

Enzymer er kompliserte proteiner som bringer komponentatomer eller molekyler sammen på akkurat den rette måten for å senke aktiveringsenergien. De er i stand til å gjøre dette på grunn av hvordan de er formet. Formen på et protein avhenger delvis av elektrostatisk tiltrekning mellom de forskjellige delene. For eksempel har noen deler en litt negativ ladning, og noen er litt positive, så de regionene av proteinet er bøyd mot hverandre.

I løsninger med lav pH kobles de ekstra positive ladningene til negative regioner av proteiner. I løsninger med høy pH henger de ekstra negative ladningene fast i et proteins positive regioner. Når de henger seg sammen, elimineres den elektrostatiske tiltrekningen og proteinet endrer form. Fordi et enzyms aktivitet avhenger av formen, vil det bremse, og til slutt slutte å virke når pH blir for lav eller for høy.

Ulike enzymer fungerer i regioner med tydelig pH. Mageenzymer fungerer for eksempel best ved en lav pH på ca. 2. Men uavhengig av den spesifikke verdien av pH der et enzym fungerer best, er enzymaktiviteten lav ved den laveste pH og øker til et maksimum ved den optimale verdien av pH. Reaksjonshastigheten synker deretter når pH stiger. Innenfor et smalt område rundt det optimale, kan enzymet gjenopprette aktiviteten hvis pH blir returnert til det optimale. Men utenfor dette området vil enzymets form være så forvrengt at det ikke kan gå tilbake til det normale.