Enzymen zijn biologische katalysatoren. Dat wil zeggen, het zijn eiwitten die worden geproduceerd in levende organismen die chemische reacties helpen. Zonder enzymen zouden de chemische reacties in je lichaam niet snel genoeg doorgaan om je in leven te houden. Elk enzym heeft optimale werkomstandigheden - de omgeving waardoor ze op maximale efficiëntie kunnen werken. Een van de belangrijkste omgevingsparameters die de enzymactiviteit beïnvloedt, is de pH, waarbij elk enzym een ​​unieke optimale waarde heeft.

Activeringsenergie

Enzymen werken door de activeringsenergie van een chemische reactie te verlagen. Je kunt een chemische reactie zien als het zetten van een zitzak in een emmer, behalve dat er een 10-meter hoge muur is tussen de zitzak en de emmer. Je kunt over de muur klimmen en de zitzak in de emmer plaatsen, maar als je de hulp van een enzym zou hebben, zou de muur slechts 2 voet hoog zijn in plaats van 10 of 100 of 1000. Het eindresultaat is hetzelfde ongeacht hoe hoog de muur is, maar je zult veel meer zitzakken in emmers kunnen doen als de muur bijna leeg is. Hetzelfde met enzymen: het uiteindelijke chemische product is hetzelfde met of zonder een enzym, maar veel meer reacties zullen gebeuren als het enzym er is.

pH-waarden

We denken aan pH als een maat van zuurgraad, wat het is. Azijn is enigszins zuur, dus het heeft een pH van ongeveer 4, terwijl bicarbonaat basisch is en een pH heeft van ongeveer 8. Een neutrale oplossing - noch zuur noch basisch - heeft een pH van 7.

Op moleculair niveau kan de pH enigszins anders zijn. Een lage pH betekent dat er veel extra protonen in een oplossing zitten, terwijl een hoge pH betekent dat er veel hydroxide-ionen zijn - zuurstof en waterstof samen. Bij lage pH zullen de positieve ladingen van de protonen in de oplossing worden aangetrokken door gebieden met negatieve lading, en ze zullen aanslaan. Bij hoge pH zullen de OH-ionen, die negatief zijn, op zoek gaan naar positieve lading en vergrendelen.

Enzymen

Enzymen zijn gecompliceerde eiwitten die op de juiste manier componentenatomen of moleculen bij elkaar brengen om de activeringsenergie te verlagen. Ze zijn in staat om dit te doen vanwege hun vorm. De vorm van een proteïne hangt gedeeltelijk af van de elektrostatische aantrekking tussen de verschillende delen. Sommige delen hebben bijvoorbeeld een enigszins negatieve lading en sommige enigszins positief, dus die gebieden van het eiwit zijn naar elkaar toe gebogen.

In oplossingen met lage pH verbinden de extra positieve ladingen zich met negatieve proteïnenegebieden . In oplossingen met een hoge pH kloppen de extra negatieve ladingen op de positieve gebieden van een eiwit. Wanneer ze vastklikken, wordt de elektrostatische aantrekking geëlimineerd en verandert het eiwit van vorm. Omdat de activiteit van een enzym afhangt van zijn vorm, zal het vertragen en uiteindelijk stoppen met werken wanneer de pH te laag of te hoog wordt.

Enzymactiviteit versus pH-waarde

Verschillende enzymen functioneren in regio's met verschillende pH. Maag-enzymen werken bijvoorbeeld het beste bij een lage pH van ongeveer 2. Maar ongeacht de specifieke waarde van de pH waarbij een enzym het beste werkt, is de enzymactiviteit laag bij de laagste pH en neemt toe tot een maximum bij de optimale waarde van de pH. De reactiesnelheid neemt dan af als de pH stijgt. Binnen een nauw bereik rond het optimum kan het enzym zijn activiteit terugkrijgen als de pH wordt teruggebracht naar het optimum. Maar buiten dat bereik zal de vorm van het enzym zo vervormd zijn dat het niet naar normaal kan terugkeren.