Die Beziehung zwischen Enzymen und Potenzwasserstoff (pH) ist an die Enzymfunktion gebunden. Die Enzymstabilität ist unter bestimmten Umgebungsbedingungen am größten, wobei der pH-Wert der Hauptfaktor ist. Bei optimalem pH-Wert werden maximale Enzymaktivität und Stabilität erreicht. Wenn der pH-Wert der Umgebung über oder unter dem optimalen pH-Wert liegt, wird das Enzym inaktiv oder weniger aktiv.
Die Wirkung auf Enzyme und pH-Wert erfolgt auf molekularer Ebene und kann die Enzymstruktur und -stabilität verändern, da Enzyme größtenteils aus Aminosäuren mit sauren oder basischen Eigenschaften aufgebaut sind. Enzyme sind von Natur aus hochspezifisch. Ein Enzym wird aktiviert, wenn sich das entsprechende Substrat wie ein Schloss und ein Schlüssel an das Enzym bindet. Eine chemische Reaktion tritt auf, wenn ein Enzym aktiviert wird und das Enzym als Katalysator für die Reaktion fungiert. Wenn der pH-Wert der Umgebung extrem außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, kann ein Enzym denaturieren und seine Funktion vollständig verlieren.
Um die Beziehung zwischen Enzymen und pH-Wert zu veranschaulichen, betrachten wir den Fall von Amylase, einem Enzym, das bei der Verdauung hilft. Der optimale pH-Wert für Amylase wird im Magen erreicht, wo das Enzym beginnt, Kohlenhydrate abzubauen. Der pH-Wert des Speichels im Mund ist höher als der optimale pH-Wert, sodass die Amylase beim Kauen nicht aktiviert wird. Das gleiche gilt für den Dünndarm – der pH-Wert ist ähnlich wie im Speichel. Der Hauptfaktor ist der pH-Wert, da er einen direkten Einfluss darauf hat, wann das Enzym im gesamten Verdauungssystem aktiv und inaktiv wird.
Mehrere andere Verdauungsenzyme werden streng durch den pH-Wert reguliert. Trypsin und Pepsin sind am Abbau von Nahrung für die Verdauung beteiligt. Obwohl Trypsin bei einem neutralen bis leicht sauren pH aktiviert wird, bleibt Pepsin inaktiv, bis es den Magen erreicht.
Der pH-Wert hat auch einen großen Einfluss auf die Ionenbindung, die für die Enzymaktivierung und chemische Reaktionen unerlässlich ist. In einer Umgebung, in der Enzyme und pH-Wert instabil werden, kann sich die Enzymstruktur infolge einer Erhöhung oder Verringerung des pH-Werts ändern. Eine Veränderung der Enzymstruktur wird sich wahrscheinlich auf die Ionenbindung auswirken, die zum Antreiben chemischer Reaktionen erforderlich ist. Die Reaktionsgeschwindigkeit kann sich ändern oder ganz aufhören. In einem biologischen System kann eine unerwartete pH-Änderung stromabwärts einen großen Effekt haben.
Auch hinsichtlich der Stabilität hängen Enzyme und pH-Wert zusammen. Wenn eine Umgebung den optimalen pH-Wert für ein Enzym erreicht, wird auch ein Punkt optimaler Stabilität erreicht. Wenn ein Enzym optimal stabil ist, kann es aktiviert bleiben, was chemische Reaktionen antreibt.