Все ферменты имеют определенный диапазон pH, в котором они работают лучше всего. Фермент представляет собой белок, состоящий из молекул, называемых аминокислотами, и эти аминокислоты имеют участки, чувствительные к рН. Шкала рН определяет, насколько кислым или щелочным является раствор, при этом низкий рН является кислым, а высокий рН - основным. У человеческого желудка есть pH 2, и ферменты, которые работают в желудке, приспособлены функционировать на этом уровне pH.

Желудок имеет низкий рН

Когда мы принимаем пищу и напитки, вместе с ними появляются бактерии. Наши тела способны защитить себя от инфекции, убивая бактерии в желудке. При pH 2 желудочные соки желудка достаточно кислые, чтобы убить бактерии, которые мы глотаем. Клетки, которые выстилают желудок - так называемые париетальные клетки - выделяют соляную кислоту или HCl, и эта кислота придает желудочным сокам низкий уровень pH. HCl не переваривает пищу, но убивает бактерии, помогает разрушить соединительную ткань мяса и активирует пепсин, пищеварительный фермент желудка.

Пепсин переваривает белок

Главные клетки, которые также выстилают желудок, вырабатывают проэнзим, называемый пепсиногеном. Когда пепсиноген вступает в контакт с кислой средой желудка, он катализирует реакцию, чтобы активировать себя и становится активным ферментом, называемым пепсином. Пепсин - это протеаза или фермент, который разрушает химические связи в белке. Пепсин использует группу карбоновой кислоты на одной из своих аминокислот, чтобы разорвать химическую связь между азотом и кислородом в белках, содержащихся в пище.

Пепсин Функции при рН 2

Причина, по которой пепсин функционирует лучше всего при pH 2, заключается в том, что группа карбоновой кислоты на аминокислоте в активном центре фермента должна находиться в ее протонированном состоянии, то есть связана с атомом водорода. При низких значениях pH карбоновая группа протонируется, что позволяет ей катализировать химическую реакцию разрыва химических связей. При значениях pH выше 2 карбоновая кислота депротонируется и, следовательно, не может участвовать в химических реакциях. Пепсин наиболее активен при рН 2, его активность снижается при более высоком рН и полностью снижается при рН 6,5 или выше. В общем, активность фермента чувствительна к pH, потому что каталитическая группа фермента - в случае пепсина, группа карбоновой кислоты - будет протонирована или депротонирована, и это состояние определяет, может ли он участвовать в химической реакции.

Пепсин неактивен при более высоком pH

После пищеварения в желудке пища выходит через пилорический сфинктер в двенадцатиперстную кишку тонкой кишки, где pH намного выше. Пепсин становится неактивным в этой среде, потому что концентрация атомов водорода ниже. Водород в пепсиновой карбоновой кислоте в активном сайте фермента тогда удален, и фермент становится неактивным. Химическая реакция, катализируемая пепсином, зависит от присутствия протонированной карбоновой кислоты, поэтому активность фермента в значительной степени зависит от pH раствора, в котором он находится. Низкий pH ведет к высокой активности, а высокий pH практически не дает активности.