Download - 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