Enzýmy sú biologické katalyzátory. To znamená, že sú to bielkoviny produkované v živých organizmoch, ktoré pomáhajú pri chemických reakciách. Bez enzýmov by chemické reakcie vo vašom tele neprebiehali dostatočne rýchlo, aby vás udržali nažive. Každý enzým má optimálne prevádzkové podmienky - prostredie, ktoré im umožňuje pracovať s maximálnou účinnosťou. Jedným z najdôležitejších environmentálnych parametrov, ktoré ovplyvňujú aktivitu enzýmu, je pH, pričom každý enzým má jedinečnú optimálnu hodnotu.
Aktivačná energia
Enzýmy fungujú znížením aktivačná energia chemickej reakcie. Chemickú reakciu si môžete predstaviť ako niečo ako vloženie sedacieho vaku do vedra, okrem toho, že medzi sedacím vakom a vedrom je stena dlhá 10 stôp. Môžete vyliezť cez stenu a vložiť sedací vak do vedra, ale ak by ste pomohli pomocou enzýmu, stena by bola iba 10 metrov vysoká namiesto 10 alebo 100 alebo 1000. Konečný výsledok je rovnaký bez ohľadu na to, aká vysoká je stena, ale ak je stena nízka, budete môcť do vedier vložiť oveľa viac sedacích vakov. To isté s enzýmami: konečný chemický produkt je rovnaký s enzýmom alebo bez neho, ale dôjde k mnohým ďalším reakciám, ak tam enzým je.
pH
O pH si myslíme, že je mierou kyslosti, ktorou je. Ocot je mierne kyslý, takže má pH asi 4, zatiaľ čo sóda bikarbóna je zásaditá a má pH asi 8. Neutrálny roztok - ani kyslý, ani zásaditý - má pH 7.
Na molekulárnej úrovni môže byť pH mierne odlišné. Nízke pH znamená, že v roztoku je veľa ďalších protónov, zatiaľ čo vysoké pH znamená, že je tu veľa hydroxidových iónov - kyslíka a vodíka. Pri nízkom pH budú pozitívne náboje protónov v roztoku priťahované do oblastí so záporným nábojom a tie sa zachytia. Pri vysokom pH budú negatívne ióny OH hľadať kladný náboj a zachytávať sa.
Enzýmy
Enzýmy sú komplikované proteíny, ktoré správnym spôsobom spájajú atómy alebo molekuly zložiek tak, aby sa znížila aktivačná energia. Dokážu to vďaka tomu, ako sa formujú. Tvar proteínu čiastočne závisí od elektrostatickej príťažlivosti medzi jeho rôznymi časťami. Niektoré časti majú napríklad mierne negatívny náboj a iné mierne kladné, takže tieto oblasti proteínu sú ohnuté k sebe.
V roztokoch s nízkym pH sa extra pozitívne náboje pripájajú k negatívnym oblastiam proteínov. Vo roztokoch s vysokým pH sa extra negatívne náboje zachytia na pozitívnych oblastiach proteínu. Keď sa zachytia, elektrostatická príťažlivosť sa eliminuje a proteín zmení tvar. Pretože aktivita enzýmu závisí od jeho tvaru, spomalí sa a nakoniec prestane pracovať, keď je pH príliš nízke alebo príliš vysoké.
Aktivita enzýmov vs. pH
V oblastiach s odlišným pH fungujú rôzne enzýmy. Napríklad žalúdočné enzýmy fungujú najlepšie pri nízkom pH asi 2. Ale bez ohľadu na špecifickú hodnotu pH, pri ktorej enzým funguje najlepšie, je aktivita enzýmu pri najnižšom pH nízka a pri optimálnej hodnote pH sa zvyšuje na maximum. Reakčná rýchlosť potom klesá so zvyšujúcim sa pH. V úzkom rozmedzí okolo optima môže enzým obnoviť svoju aktivitu, ak sa pH vráti na optimum. Ale mimo tohto rozsahu bude tvar enzýmu taký zdeformovaný, že sa nemôže vrátiť do normálu.