Все ферменты имеют определенный диапазон pH, при котором они работают лучше всего. Фермент - это белок, состоящий из молекул, называемых аминокислотами, и у этих аминокислот есть участки, чувствительные к pH. Шкала pH определяет, насколько кислотным или основным является раствор, при этом низкий pH является кислым, а высокий - основным. Человеческий желудок имеет pH 2, и ферменты, которые работают в желудке, адаптированы для работы на этом уровне pH.
В желудке низкий pH
Когда мы принимаем пищу и питье, вместе с ними появляются бактерии. Наш организм способен защитить себя от инфекции, убивая бактерии в желудке. При pH 2 желудочный сок достаточно кислый, чтобы убить бактерии, которые мы проглатываем. Клетки, выстилающие желудок, называемые париетальными клетками, выделяют соляную кислоту или HCl, и эта кислота придает желудочному соку низкий уровень pH. HCl не переваривает пищу, но убивает бактерии, помогает разрушать соединительную ткань мяса и активирует пепсин, пищеварительный фермент желудка.
Пепсин переваривает белок
Главные клетки, которые также выстилают желудок, вырабатывают профермент, называемый пепсиногеном. Когда пепсиноген контактирует с кислой средой желудка, он катализирует реакцию своей активации и становится активным ферментом, называемым пепсином. Пепсин - это протеаза или фермент, который разрывает химические связи в белке. Пепсин использует группу карбоновой кислоты на одной из аминокислот, чтобы разорвать химическую связь между азотом и кислородом в белках, содержащихся в пище.
Функции пепсина при pH 2
Причина, по которой пепсин лучше всего работает при pH 2, заключается в том, что группа карбоновой кислоты на аминокислоте в активном центре фермента должна находиться в протонированном состоянии, то есть быть связанной с атомом водорода. При низком pH группа карбоновой кислоты протонируется, что позволяет ей катализировать химическую реакцию разрыва химических связей. При значениях pH выше 2 карбоновая кислота становится депротонированной и, таким образом, не может участвовать в химических реакциях. Пепсин наиболее активен при pH 2, его активность снижается при более высоком pH и полностью снижается при pH 6,5 или выше. В целом активность фермента чувствительна к pH, поскольку каталитическая группа фермента - в случае пепсина - карбоновая кислота группа - будет протонирована или депротонирована, и это состояние определяет, может ли она участвовать в химическом реакция.
Пепсин неактивен при более высоком pH
После пищеварения в желудке пища выходит через пилорический сфинктер в двенадцатиперстную кишку тонкой кишки, где pH намного выше. Пепсин становится неактивным в этой среде, потому что концентрация атомов водорода ниже. Затем водород карбоновой кислоты пепсина в активном центре фермента удаляется, и фермент становится неактивным. Химическая реакция, катализируемая пепсином, зависит от присутствия протонированной карбоновой кислоты, поэтому активность фермента сильно зависит от pH раствора, в котором он находится. Низкий pH приводит к высокой активности, а высокий pH дает небольшую активность или ее отсутствие.