Die pH-Skala wird verwendet, um die Säure- oder Alkalität einer Probe zu messen und beschreibt, wie viele Wasserstoffionen oder Hydroxide in der Probe vorhanden sind. Die Änderung des pH-Werts führt zur Ionisierung von Aminosäureatomen und -molekülen, verändert die Form und Struktur von Proteinen und schädigt somit die Funktion von Proteinen. Enzyme sind ebenfalls Proteine, die ebenfalls von pH-Änderungen betroffen sind. Sehr hoher oder sehr niedriger pH-Wert führt zum vollständigen Verlust der Aktivität der meisten Enzyme. Der pH-Wert, bei dem das Enzym am aktivsten ist, wird als optimaler pH-Wert bezeichnet.

Abbildung 1. Einfluss des pH-Werts auf die Reaktionsgeschwindigkeit.

pH-Effekte auf die Enzymaktivität

Die Struktur des Enzyms hat einen großen Einfluss auf die Aktivität des Enzyms. Mit anderen Worten, Änderungen in der Struktur des Enzyms beeinflussen die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen. Wenn sich der pH-Wert des Reaktionsmediums ändert, wird sich die Form und Struktur des Enzyms ändern. Zum Beispiel kann der pH-Wert den Ionisierungszustand von sauren oder basischen Aminosäuren beeinflussen. Es gibt Carboxylgruppen an der Seitenkette von sauren Aminosäuren. Es gibt aminhaltige funktionelle Gruppen in der Seitenkette von basischen Aminosäuren. Wenn sich der ionisierte Zustand der Aminosäuren im Protein ändert, ändern sich die ionischen Bindungen, die die dreidimensionale Form des Proteins aufrechterhalten. Dies kann zu Veränderungen der Proteinfunktion oder zur Inaktivierung von Enzymen führen.

pH-Effekte auf Substrate

Der pH-Wert beeinflusst nicht nur die Aktivität des Enzyms, sondern auch die Ladung und Form des Substrats, sodass das Substrat nicht an die aktive Stelle binden oder nicht katalysiert werden kann, um ein Produkt zu bilden. In einem engen pH-Bereich können die strukturellen und morphologischen Veränderungen von Enzymen und Substraten reversibel sein. Wenn sich der pH-Wert jedoch erheblich ändert, können das Enzym und das Substrat denaturiert werden. In diesem Fall erkennen sich das Enzym und das Substrat nicht, sodass keine Reaktion stattfindet.

Optimaler pH

Alle Enzyme haben einen idealen pH-Wert, der als optimaler pH-Wert bezeichnet wird. Unter optimalen pH-Bedingungen zeigt jedes Enzym die maximale Aktivität. Zum Beispiel ist der optimale pH-Wert eines Enzyms, das in der sauren Umgebung des menschlichen Magens arbeitet, niedriger als der eines Enzyms, das in einer neutralen Umgebung des menschlichen Blutes arbeitet. Wenn sich der pH-Wert von den idealen Bedingungen entfernt, verlangsamt sich die Aktivität des Enzyms und stoppt dann. Das Enzym hat eine aktive Stelle an der Substratbindungsstelle, und die Form der aktiven Stelle ändert sich mit der Änderung des pH-Werts. Je nach dem extremen Ausmaß der Änderungen des Enzyms und des pH-Werts können diese Änderungen das Enzym dauerhaft "zerstören" oder, sobald die Bedingungen in den gewünschten Bereich des Enzyms zurückkehren, wird das Enzym wieder normal.

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