kinetika reaksi enzim

Buku Rujukan / Reference :Buku Rujukan / Reference :

1.1. Harper, Martin, Mayes, Rodwell:Harper, Martin, Mayes, Rodwell:

-Review of Biochemistry-Review of Biochemistry

-Biokimia : EGC-Biokimia : EGC

2. White, Chandler, Smith.:2. White, Chandler, Smith.:

-Principle of Biochemistry-Principle of Biochemistry

3. Lehninger:3. Lehninger:

-Biochemistry-Biochemistry

4. Stryer, L:4. Stryer, L:

-Biochemistry-Biochemistry

5. Devlin, TM5. Devlin, TM

-Text Book of Biochemistry with Correlation-Text Book of Biochemistry with Correlation

Oleh :

ANNA MARIA D., SSi, MBiomed.

FAKULTAS KEDOKTERANUNIVERSITAS KRISTEN KRIDAWACANA

Definisi

Enzim : suatu protein yg berfungsi sebagai katalisator organik

Bekerja melalui penggabungan dengan Substrat (S) pada suatu tempat aktif yg spesifik untuk membentuk suatu zat antara (intermediate) berupa kompleks Enzim-Substrat (E-S) yang kemudian berdisosiasi menjadi enzim bebas dan produk (hasil reaksi)

Enzim mempercepat suatu reaksi kimia :

- turut dalam reaksi

- mengalami perubahan fisik

- setelah reaksi selesai akan kembali ke keadaan semula

Katalisator

Anorganik / nonprotein

logam

Mengkatalisis banyak reaksi

Organik / protein

Enzim

Mengkatalisis reaksi yg spesifik sering hanya 1 atau 2 reaksi saja

Kecepatan Reaksi :

Banyaknya produk yang terbentuk pada reaksi tersebut dalam jangka waktu tertentu

Sisa substrat yang masih ada pada reaksi tersebut dalam jangka waktu tertentu

A B

Substrat Produk

Enzim

Substrat

A B CProduk

Enzim Enzim 1

Produk akhir

Satuan untuk aktivitas enzim = UNIT ENZIM

Dinyatakan dalam : mikromol (μmol; 10-6 mol), nanomol (nmol; 10-9 mol), atau pikomol (pmol; 10-12 mol) dari substrat yg masih ada atau produk yang dihasilkan per satuan waktu ( menit / jam) dalam keadaan tertentu (pH atau suhu tertentu)

Teori kinetika / tabrakan (collision theory)

1. Untuk dapat terjadi reaksi, molekul-molekul zat harus bertabrakan

2. Supaya tabrakan tersebut mengakibatkan suatu reaksi (dapat menghasilkan produk / produktif), molekul-molekul zat yg bereaksi harus mempunyai energi kinetik (potensial) yg cukup untuk melampaui energi barrier (energi aktivasi)

Bila energi kinetik cukup (energi kinetik > energi barrier) terjadi reaksi spontan

Jika energi kinetik kurang (energi kinetik < energi barrier) tabrakan tidak terjadi tidak terjadi reaksi

Faktor-faktor yang dapat meningkatkan energi kinetik (potensial) dan atau meningkatkan frekwensi tabrakan akan mempercepat reaksi. misalnya : suhu, konsentrasi reaktan

Pada suhu sel hidup (rendah) reaksi lambat (molekul-molekul tetap bertabrakan), karena energi kinetiknya tidak cukup untuk melampaui energi barier reaksi itu.

Enzim menurunkan energi barier reaksi tersebut sehingga kecepatan reaksi meningkat / tinggi pada suhu sel tubuh.

Hampir semua reaksi kimia dalam tubuh terdiri atas :

1. Pemecahan ikatan kovalen

2. Pembentukan ikatan kovalen

Enzim :

- Terlibat dalam proses pemecahan dan pembentukan ikatan kovalen

- Kedudukannya sama degan reaktan yang lain

Contoh :

D-G + AE

A-G + D

D-G + A D - G - A A-G + DKeadaan Transisi

Faktor –faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi enzimatis

Kecepatan reaksi meningkat, bila suhu dinaikkan sampai mencapai suhu / t optimal kenaikan suhu menyebabkan energi kinetik >> sehingga dapat melampaui energi barier.

Bila suhu terus dinaikkan di atas suhu optimal kecepatan reaksi menurun kenaikan suhu di atas suhu optimal menyebabkan putusnya ikatan-ikatan kovalen enzim dan tempat katalitik denaturasi

Tiap kenaikan 10oC kecepatan reaksi meningkat 2 x semula

Q10 = 2

Tiap penurunan 10oC kecepatan reaksi menjadi ½ x semula (kecepatan menurun)

Q10 = ½

pH mengubah : ionic state (muatan listrik) enzime dan ionic state substrate

Enzim akan denaturasi pada pH terlalu tinggi dan terlalu rendah

Rendah Tinggi

V

Optimal

Perubahan muatan listrik pada enzim aktivitas berubah, karena perubahan konformasi atau muatan tempat aktif enzim

Jika enzim negatif (E-) bereaksi dengan substrat positif (SH+), maka :

pada pH optimal : E- + SH+ ESH

pada pH rendah : E- + H+ EH (enzim)

pada pH tinggi : SH+ S + H+ (substrat)

Pada reaksi enzimatik, kecepatan awal reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi enzim sampai suatu ketika menjadi seimbang (steady state) konsentrasi E-S konstan

E + Sk1

K-1

E - SK-2

k2

E + P

E + S E + Pk-2

k1

Rate 1 = k1 [E] [S]

Rate 2 = k-2 [E] [P]Keq =

k1

k-2

[E] [P][E] [S]

= =[P]

[S]

Keq tidak dipengaruhi oleh konsenterasi enzim / [E]

Keq sama pada reaksi enzimatis maupun nonenzimatis

Efek Kadar Substrat

A

B

C

Km

½ V max

½ V max

V maxV max

Kec

epat

an r

eaks

i

[ S ]

Keadaan A

Bila konsentrasi substrat dinaikkan (keadaan lain konstan), maka kecepatan reaksi meningkat sampai suatu ketika substrat ditambahkan kecepatan reaksi tidak naik lagi V max

Pada keadaan B

Konsentrasi substrat yang menimbulkan kecepatan reaksi = ½ V max disebut Km = konstante Michaelis-Menten

Pada keadaan C

Bila konsentrasi S dinaikkan lagi tidak menambah kecepatan, karena enzim telah jenuh dengan substrat.

Pada titik A atau B, dengan meningkatkan atau mengurangi S akan meningkatkan atau mengurangi jumlah enzim yang berikatan dengan S sebagai EnzS jadi V (kecepatan) akan tergantung dengan S.

Pada titik C, semua enzim sudah bergabung dengan S, sehingga peningkatan S lebih lanjut (meskipun meningkatkan frekuensi benturan antara E dan S, tidak dapat menghasilkan peningkatan kecepatan reaksi karena tidak ada enzim bebas tersedia untuk bereaksi.

Ketika S mendekati sama dengan Km V sangat responsif terhadap perubahan kadar S dan kerja enzim dengan kecepatan tepat ½ maksimal.

Persamaan / rumus Michaelis-Menten

Vi = Vmax . [S]Km + [S]

1. Bila [S] sangat kurang dibanding Km (keadaan A)

Vi = Vmax . [S]Km + [S] diabaikan

Vi = Vmax . [S]Km = K. [S]

Vi tergantung pada [S]

2. Bila [S] jauh lebih besar dari Km (keadaan C)

Km diabaikan

Vi = Vmax . [S]

[S] = V max

Vi = V max

3. Bila [S] = Km (keadaan B)

Vi = Vmax . [S]Km + [S] Vi = Vmax . [S]

[S] + [S]

Vi = Vmax2

Penyederhanaan Persamaan Michael-Menten

1 / Vi = Vmax . [S]Km + [S]

1 / Vi = Km [S]

[S]+x

Vmax Vmax . [S]

1

Y = ( a x X ) + b Persamaan Garis Lurus

Y = 1/Vt X = 1/ [S] a = Km / Vmax b = 1/Vmax

Jika Y = 0 X = -(b/a) = -(1/Km)

X = 0 Y = 1 / Vmax

Double Reciprocal Plot = Lineweaver – Burk Plot

1 / Vi

- (1 / Km)

1 / Vmax

1 / [S]

a = slope = Km / Vmax

Kegunaan Nilai Km :

Untuk menetapkan jumlah substrat yang hendak diguna-kan pada suatu pemeriksaan enzim (assay enzim), supaya dapat diperoleh kecepatan reaksi yang maksimum (Vmax)

Vmax menggambarkan jumlah enzim yang aktif dalam keadaan Vmax semua enzim telah jenuh dengan substrat.

1.Inhibitor kompetitif (analog substrat)

Hambatan terjadi di tempat katalisis enzim (inhibitor terikat pada tempat katalisis)

Struktur inhibitor menyerupai substrat / analog dengan substrat enzim tsb

Dapat membentuk kompleks E-I yang reversibel (mudah lepas) tidak menghasilkan produk

EE-I (inaktif)

E-S (aktif)

I

S

E + P

E + P

Jika ditambahkan S cukup banyak hambatan hilang

Contoh : Malonat menghambat Suksinat menjadi Fumarat (oleh enzim Suksinat DH)

Tanpa Inhibitor

Dengan Inhibitor

1/vi

1/Vmax

-(1/K’m)

-(1/Km)

1/[S]

Lineweaver – Burk Plot

Kecepatan reaksi (vi) pada konsentrasi penghambat (I) yang tetap diukur pada berbagai konsentrasi S.

Garis yang ditarik memotong sumbu Y di sumbu X = 0 disebut intersep.

Penghambatan kompetitif menaikkan Km untuk S

2. Inhibitor non kompetitif Tidak ada persaingan antara S dan I, struktur tidak mirip

dengan substrat

Ikatan E dengan I pada tempat alosterik enzim

Yang reversibel:

Menurunkan Vmax, tetapi tidak mempengaruhi Km

E

E-I

E-S

E-I-S E + P

I

I

S

S

E + PReaksi lambat

Tanpa penghambat

Dengan penghambat

1/[S]

1/vi

-(1/Km) 1/Vmax

1/V’max

Kecepatan reaksi (vi) pada konsentrasi penghambat (I) yang tetap diukur pada berbagai konsentrasi S.

Penghambatan menyebabkan 1/V’max meningkat menurunkan Vmax, tetapi Km tidak dipengaruhi

Lineweaver – Burk Plot

Inhibisi nonkompetitif yang irreversibel

Inhibitor dapat mengurangi aktivitas enzim

Stuktur inhibitor tidak sama dengan S, penambahan kadar S tidak mengurangi hambatan

Inhibitor berupa ‘racun’ enzim :

- Iodoasetamid

- Ion logam berat (Ag, Hg, As)

- Zat-zat pengoksidasi

Kinetika enzim : seperti kinetika enzim dengan inhibitor nonkompetitif yang reversibel sehingga tidak dapat dibedakan antara ‘racun enzim’ dan inhibitor nonkompetititf yang reversibel