Encimska aktivnost, izračunana proti pH

Encimi so biološki katalizatorji. To pomeni, da so beljakovine, proizvedene v živih organizmih, ki pomagajo pri kemijskih reakcijah. Brez encimov kemične reakcije v telesu ne bi potekale dovolj hitro, da bi ostale žive. Vsak encim ima optimalne pogoje delovanja - okolje, ki jim omogoča maksimalno učinkovitost. Eden najpomembnejših okoljskih parametrov, ki vpliva na aktivnost encimov, je pH, pri čemer ima vsak encim edinstveno optimalno vrednost.

Encimi delujejo tako, da znižajo aktivacijska energija kemijske reakcije. Kemično reakcijo si lahko predstavljate kot nekaj takega, kot da vrečko za vrečke vtaknete v vedro, le da je med vrečko in vedrom 10-metrska stena. Lahko se povzpnete čez steno in vrečo za fižol daste v vedro, če pa bi imeli pomoč encima, bi bila stena visoka le 2 metra namesto 10 ali 100 ali 1000. Končni rezultat je enak, ne glede na to, kako visoka je stena, vendar boste lahko v vedra dali veliko več vrečk, če je stena nizka. Enako je z encimi: končni kemični izdelek je enak z encimom ali brez njega, vendar se bo zgodilo veliko več reakcij, če je encim tam.

O pH razmišljamo kot o merilu kislosti, kar je. Kis je rahlo kisel, zato ima pH približno 4, soda bikarbona pa je osnovna in ima pH približno 8. Nevtralna raztopina - niti kisla niti bazična - ima pH 7.

Na molekularni ravni je pH lahko nekoliko drugačen. Nizek pH pomeni, da je v raztopini veliko dodatnih protonov, medtem ko visok pH pomeni, da je veliko hidroksidnih ionov - kisika in vodika skupaj. Pri nizkem pH bodo pozitivni naboji protonov v raztopini privlačili območja z negativnim nabojem in se bodo zaskočili. Pri visokem pH bodo ioni OH, ki so negativni, iskali pozitiven naboj in se zaskočili.

Encimi so zapleteni proteini, ki na pravi način združijo sestavne atome ali molekule, da znižajo aktivacijsko energijo. To lahko storijo zaradi svoje oblike. Oblika beljakovin je deloma odvisna od elektrostatične privlačnosti med različnimi deli. Na primer, nekateri deli imajo rahlo negativen naboj, nekateri pa rahlo pozitiven, zato so ta področja beljakovin upognjena drug proti drugemu.

V raztopinah z nizkim pH se ekstra pozitivni naboji povežejo z negativnimi regijami beljakovin. V raztopinah z visokim pH se ekstra negativni naboji pritrdijo na pozitivna območja beljakovin. Ko se zaskočijo, se elektrostatična privlačnost odpravi in ​​beljakovine spremenijo obliko. Ker je aktivnost encima odvisna od njegove oblike, se bo upočasnil in sčasoma prenehal delovati, ko bo pH prenizek ali previsok.

Različni encimi delujejo v regijah z različnim pH. Na primer, želodčni encimi najbolje delujejo pri nizkem pH približno 2. Toda ne glede na specifično vrednost pH, kjer encim najbolje deluje, je aktivnost encimov pri najnižjem pH nizka, pri optimalni vrednosti pH pa največja. Hitrost reakcije se nato z naraščanjem pH zmanjša. V ozkem območju okoli optimalnega lahko encim obnovi svojo aktivnost, če se pH vrne na optimalen. Toda zunaj tega območja bo oblika encima tako izkrivljena, da se ne bo mogel normalizirati.