Ферменты - это биологические катализаторы. То есть это белки, вырабатываемые живыми организмами, которые помогают протекать химическим реакциям. Без ферментов химические реакции в вашем теле не будут протекать достаточно быстро, чтобы вы могли выжить. Каждый фермент имеет оптимальные рабочие условия - среду, которая позволяет им работать с максимальной эффективностью. Одним из наиболее важных параметров окружающей среды, влияющих на активность ферментов, является pH, причем каждый фермент имеет уникальное оптимальное значение.
Энергия активации
Ферменты работают, снижая энергия активации химической реакции. Вы можете представить себе химическую реакцию как что-то вроде помещения мешка с фасолью в ведро, за исключением того, что между мешком и ведром есть 10-футовая стена. Вы можете перелезть через стену и положить мешок с фасолью в ведро, но если бы у вас была помощь фермента, стена была бы высотой всего 2 фута вместо 10, 100 или 1000. Конечный результат будет одинаковым, независимо от того, насколько высока стена, но вы сможете положить гораздо больше мешков с фасолью в ведра, если стена будет низкой. То же самое и с ферментами: конечный химический продукт тот же самый, с ферментом или без него, но если фермент присутствует, произойдет гораздо больше реакций.
pH
Мы думаем о pH как о мере кислотности, и это так и есть. Уксус слабокислый, поэтому он имеет pH около 4, в то время как пищевая сода является щелочной и имеет pH около 8. Нейтральный раствор - ни кислый, ни щелочной - имеет pH 7.
На молекулярном уровне pH может немного отличаться. Низкий pH означает, что в растворе много дополнительных протонов, в то время как высокий pH означает, что в растворе много гидроксид-ионов - кислорода и водорода вместе. При низком pH положительные заряды протонов в растворе будут притягиваться к областям с отрицательным зарядом, и они будут фиксироваться. При высоком pH ионы OH, которые являются отрицательными, будут искать положительный заряд и фиксироваться.
Ферменты
Ферменты - это сложные белки, которые объединяют составляющие атомы или молекулы, чтобы снизить энергию активации. Они могут это делать благодаря своей форме. Форма белка частично зависит от электростатического притяжения между его различными частями. Например, некоторые части имеют слегка отрицательный заряд, а некоторые - слегка положительный, поэтому эти участки белка изогнуты друг к другу.
В растворах с низким pH дополнительные положительные заряды соединяются с отрицательными областями белков. В растворах с высоким pH дополнительные отрицательные заряды прикрепляются к положительным областям белка. Когда они защелкиваются, электростатическое притяжение устраняется, и белок меняет форму. Поскольку активность фермента зависит от его формы, он замедляется, а затем в конечном итоге перестает работать, когда pH становится слишком низким или слишком высоким.
Ферментная активность vs. pH
Различные ферменты действуют в регионах с различным pH. Например, желудочные ферменты лучше всего работают при низком pH около 2. Но независимо от конкретного значения pH, при котором фермент работает лучше всего, активность фермента низка при самом низком pH и увеличивается до максимума при оптимальном значении pH. Затем скорость реакции снижается с повышением pH. В узком диапазоне от оптимума фермент может восстановить свою активность, если pH будет возвращен к оптимуму. Но за пределами этого диапазона форма фермента будет настолько искажена, что не сможет вернуться в нормальное состояние.
