Усі ферменти мають певний діапазон рН, при якому вони працюють найкраще. Фермент - це білок, що складається з молекул, які називаються амінокислотами, і ці амінокислоти мають ділянки, чутливі до рН. Шкала рН визначає, наскільки кислим або основним є розчин, при цьому низький рН є кислим, а високий рН - основним. Людський шлунок має рН 2, і ферменти, які працюють у шлунку, пристосовані для роботи на такому рівні рН.
Шлунок має низький рН
Коли ми поглинаємо їжу та питво, разом з ними потрапляють і бактерії. Наші тіла здатні захиститися від інфекції, вбиваючи бактерії в шлунку. При рН 2 шлункові соки шлунку досить кислі, щоб убити бактерії, які ми проковтуємо. Клітини, що вистилають шлунок - так звані тім’яні клітини - виділяють соляну кислоту або HCl, і ця кислота дає шлунковому соку низький рівень рН. HCl не перетравлює їжу, але вбиває бактерії, сприяє розщепленню сполучної тканини в м’ясі та активує пепсин, шлунковий травний фермент.
Пепсин перетравлює білок
Основні клітини, які також вистилають шлунок, виробляють профермент, який називається пепсиноген. Коли пепсиноген контактує з кислим середовищем шлунка, він каталізує реакцію, щоб самоактивуватися, і стає активним ферментом, званим пепсином. Пепсин - це протеаза, або фермент, який порушує хімічні зв’язки в білку. Пепсин використовує карбонову кислоту в одній зі своїх амінокислот, щоб розірвати хімічний зв’язок між азотом і киснем у білках, що містяться в їжі.
Функції пепсину при рН 2
Причина, по якій пепсин найкраще функціонує при рН 2, полягає в тому, що група карбонової кислоти в амінокислоті в активному центрі ферменту повинна знаходитися в протонованому стані, тобто зв’язана з атомом водню. При низькому рН група карбонової кислоти протонована, що дозволяє їй каталізувати хімічну реакцію розриву хімічних зв’язків. При значеннях рН вище 2 карбонова кислота депротонує і, таким чином, не може брати участь у хімічних реакціях. Пепсин найактивніший при рН 2, його активність зменшується при вищому рН і повністю падає при рН 6,5 або вище. Загалом, активність ферменту чутлива до рН, оскільки каталітична група ферменту - у випадку пепсину - карбонова кислота група - буде або протонованою, або депротонованою, і цей стан визначає, чи може він брати участь у хімічній речовині чи ні реакція.
Пепсин неактивний при вищому рН
Після перетравлення в шлунку їжа через пілоричний сфінктер надходить у дванадцятипалу кишку тонкої кишки, де рН набагато вищий. Пепсин стає неактивним у цьому середовищі, оскільки концентрація атомів водню нижча. Потім водень на карбоновій кислоті пепсину в активному центрі ферменту видаляється, і фермент стає неактивним. Хімічна реакція, що каталізується пепсином, залежить від присутності протонованої карбонової кислоти, тому активність ферменту сильно залежить від рН розчину, в якому він знаходиться. Низький рН призводить до високої активності, а високий рН дає незначну активність або взагалі не впливає на неї.