Enzymer är biologiska katalysatorer. Det vill säga, de är proteiner som produceras i levande organismer som hjälper kemiska reaktioner tillsammans. Utan enzymer skulle de kemiska reaktionerna i din kropp inte gå fort tillräckligt för att hålla dig vid liv. Varje enzym har optimala driftsförhållanden - miljön som gör det möjligt för dem att arbeta med maximal effektivitet. En av de viktigaste miljöparametrarna som påverkar enzymaktivitet är pH, med varje enzym som har ett unikt optimalt värde.

Aktiveringsenergi

Enzymer arbetar genom att sänka aktiveringsenergin för en kemisk reaktion. Du kan tänka på en kemisk reaktion som något som att sätta en beanbag i en hink, förutom att det finns en 10-fots vägg mellan bönsäcken och hinken. Du kan klättra över väggen och sätta bönsäcken i hinken, men om du hade hjälp av ett enzym skulle väggen bara vara 2 meter hög istället för 10 eller 100 eller 1000. Slutresultatet är detsamma oavsett hur högt Väggen är, men du kan lägga mycket mer beanbags i hinkar om väggen är låg. Samma med enzymer: den slutliga kemiska produkten är densamma med eller utan ett enzym, men många fler reaktioner kommer att hända om enzymet är där.

pH

Vi tänker på pH som ett mått av surhet, vilket det är. Vinäger är lite sura, så det har ett pH på ca 4, medan bakpulver är grundläggande och har ett pH på ca 8. En neutral lösning - varken sur eller basisk - har ett pH av 7.

På molekylär nivå kan pH dock vara något annorlunda. Ett lågt pH betyder att det finns mycket extra protoner i en lösning, medan ett högt pH betyder att det finns mycket hydroxidjoner - syre och väte tillsammans. Vid lågt pH kommer de positiva laddningarna av protonen i lösningen att lockas till regioner med negativ laddning, och de kommer att låsas på. Vid högt pH kommer OH-ionerna, som är negativa, att söka positiv laddning och låsning.

Enzymer

Enzymer är komplicerade proteiner som kombinerar komponentatomer eller molekyler på rätt sätt för att sänka aktiveringsenergin. De kan göra detta på grund av hur de formas. Formerna av ett protein beror delvis på elektrostatisk attraktion mellan sina olika delar. Exempelvis har vissa delar en något negativ laddning, och några är något positiva, så de proteinområdena är böjda mot varandra.

I lösningar med lågt pH kopplas de extra positiva laddningarna till negativa regioner av proteiner . I höga pH-lösningar spärras de extra negativa laddningarna till ett proteins positiva områden. När de låses på, elimineras den elektrostatiska attraktionen och proteinet förändras form. Eftersom ett enzyms aktivitet beror på sin form, kommer det att sakta ner och sluta slutligen fungera när pH-värdet blir för lågt eller för högt.

Enzymaktivitet vs pH

Olika enzymer fungerar i regioner med distinkt pH. Magezymer, till exempel, fungerar bäst vid ett lågt pH av ca 2. Men oberoende av det specifika värdet av pH där ett enzym fungerar bäst är enzymaktiviteten låg vid lägsta pH och ökar till ett maximum med det optimala värdet av pH. Reaktionshastigheten minskar då när pH stiger. Inom ett smalt område runt det optimala kan enzymet återvinna sin aktivitet om pH-värdet återgår till optimalt. Men utanför det området kommer formen av enzymet att vara så snedvridd att den inte kan återgå till det normala