Ферменти є біологічними каталізаторами. Тобто це білки, що виробляються в живих організмах, які допомагають хімічним реакціям. Без ферментів хімічні реакції у вашому організмі не проходили б досить швидко, щоб утримати вас у живих. Кожен фермент має оптимальні умови роботи - середовище, яке дозволяє їм працювати з максимальною ефективністю. Одним з найважливіших параметрів навколишнього середовища, що впливає на активність ферменту, є рН, причому кожен фермент має унікальне оптимальне значення.
Енергія активації
Ферменти працюють, знижуючи енергія активації хімічної реакції. Ви можете сприймати хімічну реакцію як щось на зразок покладання мішка в відро, за винятком того, що між мішком і відром є 10-футова стінка. Ви можете перелізти через стіну і покласти мішок з мішками у відро, але якби у вас була допомога ферменту, стіна була б лише 2 фути у висоту замість 10 або 100 або 1000. Кінцевий результат однаковий, незалежно від того, наскільки висока стіна, але ви зможете покласти набагато більше мішків з мішками у відра, якщо стіна низька. Те саме з ферментами: кінцевий хімічний продукт той самий як з ферментом, так і без нього, але набагато більше реакцій відбуватиметься, якщо фермент є.
рН
Ми розглядаємо рН як міру кислотності, якою вона є. Оцет є слабокислим, тому він має рН близько 4, тоді як харчова сода є основним і має рН близько 8. Нейтральний розчин - ні кислий, ні основний - має рН 7.
На молекулярному рівні рН може бути дещо іншим. Низький рН означає, що в розчині є багато зайвих протонів, тоді як високий рН означає, що є багато іонів гідроксиду - кисню та водню разом. При низькому рН позитивні заряди протонів у розчині будуть притягуватися до областей з негативним зарядом, і вони закріпляться. При високому рН іони ОН, які є негативними, будуть шукати позитивний заряд і фіксуватися.
Ферменти
Ферменти - це складні білки, які акуратно зближують атоми або молекули, щоб знизити енергію активації. Вони здатні зробити це завдяки своїй формі. Форма білка частково залежить від електростатичного притягання між різними його частинами. Наприклад, деякі частини мають трохи негативний заряд, а деякі трохи позитивний, тому ці ділянки білка зігнуті один до одного.
У розчинах з низьким рН додаткові позитивні заряди підключаються до негативних областей білків. У розчинах з високим рН додаткові негативні заряди фіксуються на позитивних ділянках білка. Коли вони зафіксуються, електростатичне притягання усувається, і білок змінює форму. Оскільки активність ферменту залежить від його форми, він сповільнюється, а згодом припиняє працювати, коли рН стає занадто низьким або занадто високим.
Активність ферментів проти рН
Різні ферменти функціонують у регіонах з різним рН. Наприклад, шлункові ферменти найкраще працюють при низькому рівні рН близько 2. Але незалежно від конкретного значення рН, де фермент працює найкраще, активність ферменту низька при найнижчому рН і зростає до максимуму при оптимальному значенні рН. Потім швидкість реакції зменшується із підвищенням рН. У вузькому діапазоні навколо оптимуму фермент може відновити свою активність, якщо рН повертається до оптимуму. Але поза цим діапазоном форма ферменту буде настільки спотворена, що він не може нормалізуватися.