Alla enzymer har ett visst pH-område där de fungerar bäst. Ett enzym är ett protein som består av molekyler som kallas aminosyror, och dessa aminosyror har regioner som är känsliga för pH. PH-skalan definierar hur sur eller basisk en lösning är, där lågt pH är surt och högt pH är basiskt. Den mänskliga magen har ett pH på 2 och enzymer som fungerar i magen är anpassade för att fungera vid den pH-nivån.
Magen har lågt pH
När vi äter mat och dryck följer bakterier med dem. Våra kroppar kan skydda sig från infektion genom att döda bakterier i magen. Vid ett pH på 2 är magsaften i magsäcken tillräckligt sur för att döda de bakterier som vi intar. Cellerna som sträcker magen - kallade parietalceller - utsöndrar saltsyra eller HCl, och denna syra ger magsafter sitt låga pH. HCl smälter inte mat, men det dödar bakterier, hjälper till att bryta ner bindväv i kött och aktiverar pepsin, magens matsmältningsenzym.
Pepsin smälter protein
Huvudceller, som också täcker magen, producerar ett pro-enzym som kallas pepsinogen. När pepsinogen kommer i kontakt med den sura miljön i magen, katalyserar det en reaktion för att aktivera sig själv och blir det aktiva enzymet som kallas pepsin. Pepsin är ett proteas eller ett enzym som bryter kemiska bindningar i protein. Pepsin använder karboxylsyragruppen på en av dess aminosyror för att bryta den kemiska bindningen mellan kväve och syre i proteinerna som finns i maten.
Pepsin-funktioner vid pH 2
Anledningen till att pepsin fungerar bäst vid pH 2 är att karboxylsyragruppen på aminosyran i enzymets aktiva plats måste vara i sitt protonerade tillstånd, vilket betyder att den är bunden till en väteatom. Vid lågt pH protoneras karboxylsyragruppen, vilket gör att den kan katalysera den kemiska reaktionen genom att bryta kemiska bindningar. Vid pH-värden högre än 2 blir karboxylsyran deprotonerad och kan därför inte delta i kemiska reaktioner. Pepsin är mest aktivt vid pH 2, där dess aktivitet minskar vid högre pH och faller helt av vid pH 6,5 eller högre. I allmänhet är enzymaktivitet känslig för pH eftersom den katalytiska gruppen i ett enzym - i fallet med pepsin, karboxylsyran grupp - kommer antingen att vara protonerad eller deprotonerad, och detta tillstånd avgör om den kan delta i en kemikalie eller inte reaktion.
Pepsin inaktiv vid högre pH
Efter matsmältningen i magen går maten ut genom den pyloriska sfinkteren och leder till tolvfingertarmen i tunntarmen, där pH är mycket högre. Pepsin blir inaktivt i denna miljö eftersom koncentrationen av väteatomer är lägre. Vätet på pepsins karboxylsyra i det enzymaktiva stället avlägsnas sedan och enzymet blir inaktivt. Den kemiska reaktionen som katalyseras av pepsin beror på närvaron av en protonerad karboxylsyra, så enzymets aktivitet är starkt beroende av pH-värdet för den lösning det är i. Lågt pH leder till hög aktivitet och högt pH ger liten eller ingen aktivitet.