Влияние pH среды на активность ферментов

Ферменты, как и любые белки, чувствительны к значению pH среды. От концентрации водородных ионов (Н⁺) зависит ионизация функциональных групп в молекуле белка фермента.

Во-первых, водородные ионы воздействуют на активный центр фермента. При различных значениях pH в реакционной среде активный центр может быть слабее или сильнее ионизирован, больше или меньше экранирован соседними с ним группами.

Во-вторых, концентрация водородных ионов влияет на состояние белковой части фермента, определяя соотношение в нем анионных и катионных групп, что сказывается на третичной структуре. Как известно, именно при формировании третичной структуры фермента образуются активные центры фермента.

В-третьих, pH среды влияет на степень ионизации субстрата, ферментсубстратного комплекса и продуктов реакции.

Для каждого фермента существует свое оптимальное значение pH среды (рН_0ПТ), при котором его активность максимальна. Например, амилаза наиболее активна при pH 6,8—7,0, а пепсин — при pH 1,5—2,5.

Изменение pH в кислую или щелочную сторону сопровождается более или менее равномерным падением активности фермента, как показано на рис. 6.15.

Но воздействие pH ощутимо в гораздо большей степени, чем влияние температуры. Если ферменты сохраняют жизнеспособность при изменении температуры на несколько единиц, иногда десятков градусов, то смещение pH.

Рис. 6.15. Зависимость активности фермента от значения pH среды:

1 — пепсин; 2 — амилаза; 3 — химотриисин лишь на несколько десятых долей единицы уже чувствительно для ферментов. Например, оптимум pH крови у человека в норме составляет 7,4. При уменьшении pH до 7,2—7,3 в результате интенсивной физической нагрузки ощущаются слабость, тошнота, головокружение. Изменение pH крови на одну единицу приводит у животных к агонии и смерти. «Загнать лошадь» — известное выражение, смысл которого всем понятен. Это результат целого комплекса факторов: обезвоживания, гипертермии и др., но сдвиг pH в данном случае — одна из первоочередных причин, приводящая к инактивации ферментных систем и прекращению биохимических реакций.

Особо показательно изменение pH для ферментных систем микроорганизмов. Например, бактериостатический эффект обычного хозяйственного мыла объясняется его щелочной реакцией. Многие очаговые бактериальные заболевания удается купировать простыми средствами: полосканиями и ваннами с кислыми (перманганат калия) и щелочными (питьевая сода) средствами.

Показатель pH — это мощный инструмент и в руках специалистов-технологов, производящих пищевую продукцию. Широко распространенные способы консервирования грибов, ягод, овощей, фруктов, мясных и рыбных продуктов — это подкисление среды с помощью уксусной и лимонной кислот.