Vsi encimi imajo določeno območje pH, pri katerem delujejo najbolje. Encim je beljakovina, sestavljena iz molekul, imenovanih aminokisline, in te aminokisline imajo območja, ki so občutljiva na pH. Lestvica pH določa, kako kisla ali bazična je raztopina, pri čemer je nizek pH kisel in visok pH. Človeški želodec ima pH 2 in encimi, ki delujejo v želodcu, so prilagojeni za delovanje na tej ravni pH.
Želodec ima nizek pH
Ko zaužijemo hrano in pijačo, skupaj z njimi pridejo tudi bakterije. Naša telesa se lahko zaščitijo pred okužbo z ubijanjem bakterij v želodcu. Želodčni sokovi pri pH 2 so dovolj kisli, da uničijo bakterije, ki jih zaužijemo. Celice, ki obložijo želodec - imenovane parietalne celice - izločajo klorovodikovo kislino ali HCl in ta kislina daje želodčnim sokom njihov nizek pH. HCl ne prebavlja hrane, vendar ubija bakterije, pomaga razgraditi vezivno tkivo v mesu in aktivira pepsin, prebavni encim v želodcu.
Pepsin prebavi beljakovine
Glavne celice, ki tvorijo tudi želodec, proizvajajo pro-encim, imenovan pepsinogen. Ko se pepsinogen dotakne kislega želodčnega okolja, katalizira reakcijo, da se aktivira in postane aktivni encim, imenovan pepsin. Pepsin je proteaza ali encim, ki pretrga kemične vezi v beljakovinah. Pepsin uporablja karboksilno kislinsko skupino na eni izmed svojih aminokislin, da prekine kemično vez med dušikom in kisikom v beljakovinah, ki jih najdemo v hrani.
Funkcije pepsina pri pH 2
Razlog, da pepsin najbolje deluje pri pH 2, je, da mora biti skupina karboksilne kisline na aminokislini v aktivnem mestu encima v protoniranem stanju, kar pomeni, da je vezana na atom vodika. Pri nizkem pH se skupina karboksilne kisline protonira, kar ji omogoča kataliziranje kemijske reakcije prekinitve kemičnih vezi. Pri vrednostih pH nad 2 se karboksilna kislina deprotonira in tako ne more sodelovati v kemijskih reakcijah. Pepsin je najbolj aktiven pri pH 2, njegova aktivnost pa se zmanjša pri višjem pH in popolnoma pade pri pH 6,5 ali več. Na splošno je encimska aktivnost občutljiva na pH, ker je katalitska skupina encima - v primeru pepsina karboksilna kislina skupina - bo bodisi protonirana bodisi deprotonacija in to stanje določa, ali lahko sodeluje v kemikaliji ali ne reakcija.
Pepsin neaktiven pri višjem pH
Po prebavi v želodcu hrana izstopi skozi pilorični sfinkter v dvanajstnik tankega črevesa, kjer je pH veliko višji. Pepsin v tem okolju postane neaktiven, ker je koncentracija vodikovih atomov nižja. Nato se odstrani vodik iz pepsinove karboksilne kisline v encimskem aktivnem mestu in encim postane neaktiven. Kemična reakcija, ki jo katalizira pepsin, je odvisna od prisotnosti protonirane karboksilne kisline, zato je aktivnost encima močno odvisna od pH raztopine, v kateri je. Nizek pH vodi do visoke aktivnosti, visok pH pa daje malo ali nič aktivnosti.