Všetky enzýmy majú určité rozmedzie pH, pri ktorom fungujú najlepšie. Enzým je bielkovina zložená z molekúl nazývaných aminokyseliny a tieto aminokyseliny majú oblasti citlivé na pH. Stupnica pH definuje, ako kyslý alebo zásaditý je roztok, pričom nízke pH je kyslé a vysoké pH je zásadité. Ľudský žalúdok má pH 2 a enzýmy, ktoré pôsobia v žalúdku, sú prispôsobené tak, aby fungovali pri tejto úrovni pH.
Žalúdok má nízke pH
Keď prijímame jedlo a pitie, prichádzajú s nimi aj baktérie. Naše telá sa dokážu chrániť pred infekciou usmrcovaním baktérií v žalúdku. Pri pH 2 sú žalúdočné šťavy žalúdka dostatočne kyslé na to, aby zabíjali baktérie, ktoré prijímame. Bunky, ktoré lemujú žalúdok - nazývané parietálne bunky - vylučujú kyselinu chlorovodíkovú alebo HCl a táto kyselina dodáva žalúdočným šťavám ich nízke pH. HCl nestrávi jedlo, ale zabíja baktérie, pomáha odbúravať spojivové tkanivo v mäse a aktivuje pepsín, tráviaci enzým žalúdka.
Pepsín trávi bielkoviny
Hlavné bunky, ktoré tiež lemujú žalúdok, produkujú proenzým nazývaný pepsinogén. Keď pepsinogén kontaktuje kyslé prostredie žalúdka, katalyzuje reakciu, aby sa sám aktivoval, a stáva sa z neho aktívny enzým nazývaný pepsín. Pepsín je proteáza alebo enzým, ktorý štiepi chemické väzby v proteíne. Pepsín používa skupinu karboxylovej kyseliny na jednej zo svojich aminokyselín na prerušenie chemickej väzby medzi dusíkom a kyslíkom v bielkovinách nachádzajúcich sa v potravinách.
Pepsín funguje pri pH 2
Dôvod, prečo pepsín najlepšie funguje pri pH 2, je ten, že skupina karboxylovej kyseliny na aminokyseline v aktívnom mieste enzýmu musí byť v protonovanom stave, čo znamená, že je viazaná na atóm vodíka. Pri nízkom pH je skupina karboxylovej kyseliny protonovaná, čo jej umožňuje katalyzovať chemickú reakciu rozbitia chemických väzieb. Pri hodnotách pH vyšších ako 2 sa karboxylová kyselina deprotonuje a nie je tak schopná zúčastňovať sa chemických reakcií. Pepsín je najaktívnejší pri pH 2, pričom jeho aktivita klesá pri vyššom pH a úplne klesá pri pH 6,5 alebo vyššom. Všeobecne je aktivita enzýmu citlivá na pH, pretože katalytická skupina enzýmu - v prípade pepsínu karboxylová kyselina skupina - bude buď protonovaná alebo deprotonovaná a tento stav určuje, či sa môže alebo nemôže zúčastňovať na chemickej látke reakcia.
Pepsín neaktívny pri vyššom pH
Po strávení v žalúdku potrava vychádza cez pylorický zvierač do dvanástnika tenkého čreva, kde je pH oveľa vyššie. Pepsín sa v tomto prostredí stáva neaktívnym, pretože koncentrácia atómov vodíka je nižšia. Vodík na pepsínovej karboxylovej kyseline v aktívnom mieste enzýmu sa potom odstráni a enzým sa stane neaktívnym. Chemická reakcia katalyzovaná pepsínom závisí od prítomnosti protónovanej karboxylovej kyseliny, takže aktivita enzýmu veľmi závisí od pH roztoku, v ktorom je. Nízke pH vedie k vysokej aktivite a vysoké pH poskytuje malú alebo žiadnu aktivitu.