Alla enzymer har ett visst pH-intervall där de fungerar bäst. Ett enzym är ett protein som består av molekyler som kallas aminosyror, och dessa aminosyror har regioner som är känsliga för pH. pH-skalan definierar hur sur eller basisk en lösning är, där lågt pH är surt och högt pH är basiskt. Människans mage har ett pH på 2, och enzymer som verkar i magen är anpassade för att fungera på den pH-nivån.
Magen har lågt pH
När vi får i oss mat och dryck kommer bakterier med dem. Våra kroppar kan skydda sig mot infektion genom att döda bakterier i magen. Vid ett pH på 2 är magsaften i magen sura nog för att döda bakterierna vi får i oss. Cellerna som kantar magsäcken – kallade parietalceller – utsöndrar saltsyra eller HCl, och denna syra ger magsaft deras låga pH. HCl smälter inte mat, men det dödar bakterier, hjälper till att bryta ner bindväven i kött och aktiverar pepsin, magens matsmältningsenzym.
Pepsin smälter protein
Huvudceller, som också kantar magsäcken, producerar ett proenzym som kallas pepsinogen. När pepsinogen kommer i kontakt med den sura miljön i magen, katalyserar det en reaktion för att aktivera sig själv och blir det aktiva enzymet som kallas pepsin. Pepsin är ett proteas, eller ett enzym som bryter kemiska bindningar i protein. Pepsin använder karboxylsyragruppen på en av dess aminosyror för att bryta den kemiska bindningen mellan kväve och syre i proteinerna som finns i maten.
Pepsin fungerar vid pH 2
Anledningen till att pepsin fungerar bäst vid pH 2 är att karboxylsyragruppen på aminosyran i enzymets aktiva plats måste vara i sitt protonerade tillstånd, vilket betyder bunden till en väteatom. Vid lågt pH protoneras karboxylsyragruppen, vilket gör att den kan katalysera den kemiska reaktionen för att bryta kemiska bindningar. Vid pH-värden högre än 2 blir karboxylsyran deprotonerad och kan därmed inte delta i kemiska reaktioner. Pepsin är mest aktivt vid pH 2, med dess aktivitet som minskar vid högre pH och avtar helt vid pH 6,5 eller högre. I allmänhet är enzymaktivitet känslig för pH eftersom den katalytiska gruppen i ett enzym – i pepsins fall, karboxylsyragruppen – antingen protoneras eller deprotoneras, och detta tillstånd avgör om det kan delta i en kemisk reaktion eller inte.
Pepsin inaktivt vid högre
Efter matsmältningen i magen kommer maten ut genom pylorus-sfinktern in i tunntarmens tolvfingertarm, där pH är mycket högre. Pepsin blir inaktivt i denna miljö eftersom koncentrationen av väteatomer är lägre. Vätet på pepsins karboxylsyra i enzymets aktiva plats avlägsnas sedan och enzymet blir inaktivt. Den kemiska reaktion som katalyseras av pepsin beror på närvaron av en protonerad karboxylsyra, så enzymets aktivitet är starkt beroende av pH i lösningen det är i. Lågt pH leder till hög aktivitet och högt pH ger liten eller ingen aktivitet.
