¿Por qué el pH tiene un efecto sobre las enzimas?

Las proteínas son polímeros de aminoácidos. Cada aminoácido tiene una cadena lateral. Muchas de estas cadenas laterales contienen grupos ionizables. El estado de ionización de estos grupos depende del pH. Un grupo que está protonado a pH=2 y es neutro, por ejemplo, puede desprotonarse a pH=8 y volverse negativo. Ver la ecuación de Henderson-Hasselbalch.

La estructura de la proteína se mantiene unida por muchas interacciones intermoleculares: dipolo-dipolo, hidrofóbica, electrostática, etc. La estructura proteica correcta es necesaria para la función. A diferentes niveles de pH, la protonación y desprotonación de los aminoácidos ionizables afecta las interacciones intermoleculares dentro de la proteína y su conformación cambiará. A un pH determinado, la conformación de la proteína será óptima para su función y es ahí donde tendrá máxima actividad. A medida que el pH se desvía hacia cualquier lado del óptimo, la conformación cambia y la estructura ya no será la correcta para un funcionamiento adecuado.

El estado de ionización de los aminoácidos también es importante en el sitio activo, pero no solo por los cambios conformacionales. Los residuos catalíticos deben tener ciertas propiedades para catalizar sus reacciones específicas. Como ejemplo, dos residuos de Asp (que tienen carboxilatos en sus cadenas laterales) en el sitio activo de la ADN polimerasa son responsables de coordinar dos iones de magnesio que promueven la polimerización. Si el pH disminuyera hasta un punto en el que los residuos de Asp fueran protonados, ya no podrían unirse a los iones Mg2+ y la enzima no funcionaría.

Las enzimas tienen un pH óptimo más o menos estrecho en el que trabajan, dependiendo de las condiciones de su entorno. La pepsina, por ejemplo, es activa en el estómago, que es bastante ácido y tiene un pH óptimo de 2,0, mientras que la tripsina, que es activa en el intestino delgado, tiene un pH óptimo de alrededor de 8,5.

Los cambios en el pH afectan primero la forma de la proteína, los enlaces de hidrógeno entre los aminoácidos de la molécula, etc., y también la forma del centro activo de la enzima. Pequeños cambios en el pH hacen poco o nada, luego ocurren cambios reversibles y finalmente la enzima se desnaturaliza de forma irreversible.

La relación entre la actividad enzimática y el pH siempre se ve así (la curva puede ser más pronunciada si el rango óptimo es pequeño y más ancha si el rango es más amplio):

Está tomado de este sitio web , que es una buena introducción a las enzimas. Otro está aquí .

Al pH óptimo para la enzima la conformación de la proteína es como debe ser (en el estado ideal) mientras que esta cambia cuando el pH no es óptimo. Esto puede provocar una unión incorrecta del sustrato, cambios en el centro activo, etc.

La función de la enzima está determinada en gran medida por su forma tridimensional. La forma de la enzima se ve afectada por el pH, entre otras cosas. La enzima solo conserva su forma óptima en el pH óptimo, a medida que se desliza fuera de ella, la enzima cambia de forma y, por lo tanto, también su función.