kelompok 5 kinetika enzim
DESCRIPTION
tugasTRANSCRIPT
Kinetika Reaksi Enzim
Reaksi enzim :
E + S k 1↔
k−1 ES
k cat
↔k cat
E + P
Dimana E adalah enzim, S = subtrat ; ES =keadaan transisi daripada kompleks E dengan S ; P = hasil reaksi (produk)
Analisa kuantitatif kenitika reaksi enzim dapat dilakukan dengan dua asas pendekatan :
1. Asas keseimbangan menurut Michaelis-menten2. Asas teori keadaan tunak (staedy state teory) menurut Briggs-Haldane
Asumsi reaksi kebalikan antara E dan P di abaikan. Sehingga V = kcat [ES]
Asumsi kesetimbangan antara enzim dan substrat: analisis Michaelis Menten
Leonor Michaelis dan Maude Menten (1913) mengasumsikan bahwa laju disosiasi bila diukur berdasarkan nilai kcat terlalu lambat dibandingkan dengan laju pembentukan (k1) dan redisosiasi menjadi kompleks enzim-substrat menjadi enzim dan substrat (k-1). Bila hal ini terjadi, ES akan selalu mendekati kesetimbangan dengan E dan S.
Persamaan Michaelis Menten
Harga Ks akan sama dengan konsentrasi substrat pada waktu laju reaksi sama dengan seperdua dari laju reaksi maksimum. Satuan Ks adalah mol per liter.
Kinetika Briggs-Haldane
Asumsi Michaelis-Menten yang menyatakan bahwa laju pembentukkan produk sangat lambat dibandingkan reaksi pembentukkan kompleks ES dan redisosiasinya, tidaklah selalu benar karena sebagian besar kompleks ES selalu berlanjut membentuk produk sehingga nilai kcat > k-1.
Briggs-Haldane di tahun 1925 mengemukakan model dengan argumen bahwa: semakin banyak ES yang terbentuk semakin cepat ia akan terdisosiasi membentuk produk; oleh karena itu konsentrasi ES akan tetap konstan atau steady state. Keadaan ini akan terus berlangsung hingga seluruh substrat habis bereaksi.
Persamaan Briggs-Haldane
Jadi, jelaslah bahwa hasil analisis dengan kedua cara pendekatan tersebut di atas, menghasilkan persamaan yang sama untuk hubungan antara laju reaksi enzim dan konsentrasi subtrat.
Arti kCatalitik
kcat sering disebut juga turnover number dari suatu enzim, menyatakan jumlah molekul substrat yang dikonversi menjadi produk dalam suatu satuan waktu oleh satu molekul enzim saat jenuh dengan substrat.
kcat = Vmax/[E]o
Arti nilai Km dan K cat
Pada kondisi [S] << KM, dan sebagian besar enzim dalam keadaan bebas, sehingga [E] = [E]0, maka
Pada kondisi di atas rasio kcat /KM seperti tetapan laju orde pertama untuk interaksi antara E dan S.
Rasio kcat /KM juga menyatakan efisiensi katalitik. Nilai yang besar dari kcat (rapid turnover) atau nilai kecil dari KM (high affinity for substrate) akan membuat nilai kcat/KM menjadi besar.
Rasio kcat /KM untuk substrat yang berbeda digunakan sebagai ukuran spesifisitas dari enzim.
Tambahane Eko
ANALISA KUANTITATIF AKTIVITAS ENZIM
Jumlah enzim dalam ekstrak suatu jaringan, ditentukan secara kuantitatif
berdasarkan efek katalisisnya. Untuk penentuan ini perlu diketahui beberapa
faktor, yaitu :
1. Persamaan reaksi yang dikatalisis oleh enzim terrsebut.
2. Dibutuhkan atau tidaknya ko-faktor tertentu.
Misalnya ion-ion logam atau ko-enzim (aktivitas kebanyakan enzim
dibantu oleh ko-enzim, yang berperan sebagai tempat atau bagian aktif
dalam reaksi enzim).
3. Pengaruh konsentrasi substrat dan ko-faktor.
4. pH optimum (aktivitas suatu enzim dipengaruhi oleh pH medium). Pada
keadaan aktivitas enzim paling besar, pHnya merupakan pH optimum
untuk reaksi enzim tersebut.
Enzim Substrat pH optimum
Pepsin
Piruvatkarboksilase
Fumarase
Katalase
Tripsin
Alkalinfosfatase
Arginase
Albumin telur
Hemoglobin
Piruvat
Fumarat
Malasa
H2O2
Benzoilargininamida
Benzoilarginina etil-ester
Gliserol-3-fosfat
Arginin
1,5
2,2
4,8
5,5
8,0
7,6
7,7
7,0
9,5
9,7
5. Daerah temperatur saat enzim mantap dan mempunyai aktivitas yang
tinggi.
Pada suhu yang terlalu rendah kemantapan enzim tinggi, tetapi
aktivitasnya rendah. Sedangkan pada suhu yang terlalu tinggi aktivitasnya
tinggi, tetapi kemantapan rendah. Daerah temperatur saat kemantapan dan
aktivitas enzim cukup besar disebut temperatur optimum untuk enzim
tersebut.
6. Berbagai cara analisis yang sederhana untuk penentuan berkurangnya
substrat atau bertambahnya hasil reaksi.
Penentuan aktivitas enzim tersebut biasanya dilakukan pada pH optimum
dan dengan konsentrassi substrat dan ko-faktor yang berlebih, sehingga laju reaksi
yang terjadi merupakan reaksi tingkat ke-nolterhadap substrat. Dalam hal ini laju
reaksi permulaan berbanding lurus dengan konsentrasi enzim, sehingga faktor
pembatas dalam laju reaksi yang sebenarnya adalah konsentrasi enzim.
Pengamatan reaksi biasanya ditentukan dengan penentuan terbentuknya hasil
reaksi dengan berbagai cara kimia atau spektroskopi. Cara yang terakhir ini lebih
baik, karena dapat dilakukansecara kontinu dan dapat dicatat dalam suatu bagan.
Menurut perjanjian internasional, satu unit aktivitas enzim adalah jumlah enzim
yang menyebabkan transformasi satu mikromol(10-6 mol) substrat per menit pada
suhu 25C dalam keadaan optimum sistem tersebut. Aktiitas spesifik adalah
jumlahunit aktivitas enzim per miligram protein. Angka pergantian adalah angka
yang menunjukkan jumlah molekul substrat yang ditransformasi per satuan waktu
oleh satu molekul enzim, bila enzim tersebut merupakan faktor pembatas laju
reaksi.
Dengan menggunakan berbagai cara penentuan kuantitatif aktivitas enzim
ini, cara isolasi dan pemurnian suatu enzim dapat dilakukan dengan lebih baik.
INHIBISI REAKSI ENZIM
Inhibitor merupakan zat atau senyawa yang menghambat fungsi enzim, inhibitor sering
digunakan sebagai obat. Contohnya adalah inhibitor yang digunakan sebagai obataspirin. Aspirin
menginhibisi enzim COX-1 dan COX-2 yang memproduksi pembawa pesanperadangan
prostaglandin, sehingga ia dapat menekan peradangan dan rasa sakit. Namun,banyak pula
inhibitor enzim lainnya yang beracun. Sebagai contohnya, sianida yangmerupakan inhibitor
enzim ireversibel, akan bergabung dengan tembaga dan besi padatapak aktif enzim sitokrom c
oksidase dan memblok pernafasan sel.
Macam - Macam Inhibistor :
1. Irrevesible Inhibitor (tidak dapat kembali)
Irreveraible Inhibitor yaitu terjadi setelah inhibitor mengikat enzim,
inhibitor yang tidak dapat dipisahkan dari sisi aktif enzim. Keadaan ini
menyebabkan enzim tidak dapat mengikat substrat atau inhibitor merusak
beberapa komponen (gugus fungsi) pada sisi katalitik molekul enzim.
Inhibitor ireversibel biasanya memodifikasi kovalenenzim, dan karena itu
hambatan tidak dapat dikembalikan. Inhibitor ireversibel sering
mengandung kelompok fungsional reaktif seperti mustard nitrogen,
aldehida, haloalkanes, alkena, akseptor Michael, sulfonat fenil, atau
fluorophosphonates. Penghambatan ireversibel berbeda dari inaktivasi
enzim ireversibel. Inhibitor ireversibel umumnya spesifik untuk satu kelas
dari enzim dan tidak menonaktifkan semua protein, mereka tidak berfungsi
dengan menghancurkan struktur protein tetapi dengan secara khusus
mengubah situs aktif dari target mereka. Misalnya, ekstrim pH atau
temperatur biasanya menyebabkan denaturasi dari semua struktur protein,
tapi ini merupakan efek non-spesifik.
Pada banyak organisme, inhibitor dapat merupakan bagian dari
mekanisme umpan balik. Jika enzim memproduksi terlalu banyak produk,
produk tersebut dapat berperan sebagai inhibitor bagi enzim tersebut. Hal
ini akan menyebabkan produksi produk melambat atau berhenti. Bentuk
umpan balik ini adalah umpan balik negatif. Enzim memiliki bentuk
regulasi seperti ini sering kali multimerik dan mempunyai tapak ikat
alosterik. Kurva substrat/kelajuan enzim ini tidak berbentuk hiperbola
melainkan berbentuk S.
INHIBITOR
REVERSIBEL
KOMPETITIF
NONKOMPETITIF
IRREVERSIBEL
Inhibitor ireversibel bereaksi dengan enzim dan membentuk aduk dengan
protein. Inaktivasi ini bersifat ireversible. Inhibitor seperti ini contohnya
efloritina, obat yang digunakan untuk mengobati penyakit yang
disebabkan oleh protozoa African trypanosomiasis. Penisilin dan Aspirin
juga bekerja dengan cara yang sama. Senyawa obat ini terikat pada tapak
aktif, dan enzim kemudian mengubah inhibitor menjadi bentuk aktif yang
bereaksi secara ireversibel dengan satu atau lebih residu asam amino.
2. Reversible Inhibitor
Reversibel inhiabitor mengikat enzim dengan interaksi non-kovalen
seperti ikatan hidrogen, interaksi hidrofobik dan ikatan ion. Beberapa
obligasi yang lemah antara inhibitor dan situs aktif bergabung untuk
menghasilkan kuat dan spesifik mengikat. Berbeda dengan substrat dan
inhibitor ireversibel, inhibitor reversibel umumnya tidak mengalami reaksi
kimia ketika terikat enzim dan dapat dengan mudah dihilangkan dengan
pengenceran atau dialysis. inhibitor kompetitif: substrat (S) dan inhibitor
(I) bersaing untuk situs aktif. Ada dua macam enzim inhibitor reversible.
Mereka diklasifikasikan menurut pengaruh variasi konsentrasi substrat
enzim di inhibitor, yaitu :.
a. Inhibitor kompetitif
Pada inihibitor kompetitif, inhibitor dan substrat berkompetisi untuk
berikatan dengan enzim. Seringkali inhibitor kompetitif memiliki struktur
yang sangat mirip dengan substrat asli enzim. Sebagai contoh, metotreksat
adalah inihibitor kompetitif untuk enzim dihidrofolat reduktase. Kemiripan
antara struktur asam folat dengan obat ini ditunjukkan oleh gambar di
samping bawah. Perhatikan bahwa pengikatan inhibitor tidaklah perlu
terjadi pada tapak pengikatan substrat apabila pengikatan inihibitor
mengubah konformasi enzim, sehingga menghalangi pengikatan substrat.
Pada inhibisi kompetitif, kelajuan maksimal reaksi tidak berubah, namun
memerlukan konsentrasi substrat yang lebih tinggi untuk mencapai
kelajuan maksimal tersebut, sehingga meningkatkan Km.
Reaksi enzim yang terjadi :
S + E ES, KS¿[ E ] [S][ ES]
(3.18)
I + E EI, KI¿[ E ] [I ][ EI ]
(3.19)
ES E + P, v = k [ES] (3.20)
Dimana,
S = substrat
E = enzim
I = inhibitor kompetitif
ES = kompleks antara E dan S
EI = kompleks antara E dan I
[I] = konsentrasi inhibitor
[E] = konsentrasi enzim bebas
[EI] = konsentrasi enzim yang terikat oleh inhibitor (enzim tak
aktif)
Bila konsentrasi enzim semula [E]0, maka :
[E]0 = [E] + [ES] + [EI] atau [E] = [E]0 – [ES] –[EI]
Apabila hanya [E] dimasukkan dalam persamaan 3.18, maka :
KS¿{[ E ] o− [ ES ]−[ EI ] }[ S]
[ ES]
(3.21)
Dan jika hanya [E] dimasukkan dalam persamaan 3.19, maka :
KI¿{[ E ] o− [ ES ]−[ EI ] }[ I ]
[ EI ]
Atau
[EI]¿{[ E ] o− [ ES ]−[ EI ] }[ I ]
K I+[I ](3.22)
Dengan memasukkan persamaan 3.22 ke dalam persamaan 3.21, kemudian mengevaluasi [ES] lalu memasukkan [ES] ke dalam persamaan 3.20, maka diperoleh persamaan :
v¿
k [S ]
[ S ]+Ks (1+[ I ]Ki
)
Telah dibuktikan sebelumnya, bahwa k[E]o = Vmaks , maka :
v¿
Vmaks .[S ]
[ S ]+Ks (1+[ I ]Ki
)
atau v¿ Vmaks
1+ Ks[S]
(1+[ I ]Ki
)
persamaan tersebut adalah persamaan Michael-Menten untuk reaksi inhibisi enzim yang bersaing, yaitu merupakan hubungan kuantitatif antara laju reaksi (v) dengan konsentrasi substrat [S] dan inhibitor [I].
b. Inhibitor non-kompetitif
Inhibitor non-kompetitif dapat mengikat enzim pada saat yang sama
substrat berikatan dengan enzim tetapi pada tempat yang berbeda. Baik
kompleks EI dan EIS tidak aktif. Karena inhibitor tidak dapat dilawan
dengan peningkatan konsentrasi substrat, Vmax reaksi berubah. Namun,
karena substrat masih dapat mengikat enzim, Km tetaplah sama.
Reaksi enzim yang terjadi :
S + E ES, KS¿[ E ] [S][ ES]
I + E EI, KI¿[ E ] [I ][ EI ]
EI + S EIS, K’I¿[ EI ] [I ][ EIS]
ES + I EIS, K’S¿[ ES ] [I ][EIS ]
ES E + P, v = k [ES]
Konsentrasi enzim semula :
[E]0 = [E] + [ES] + [EI] + [EIS]
Dengan menggunakan prinsip perhitungan yang sama seperti pada
reaksi enzim bersaing, persamaan Michael-Menten untuk reaksi
inhibisi enzim yang tak bersaing dapat diturunkan sebagai berikut :
v¿ Vmaks
(1+[ I ]Ki )(1+ Ks
[S])
Kegunaan inhibitor
Oleh karena inhibitor menghambat fungsi enzim, inhibitor sering digunakan
sebagai obat. Contohnya adalah inhibitor yang digunakan sebagai obat aspirin.
Aspirin menginhibisi enzim COX-1 dan COX-2 yang memproduksi pembawa
pesan peradangan prostaglandin, sehingga ia dapat menekan peradangan dan rasa
sakit. Namun, banyak pula inhibitor enzim lainnya yang beracun. Sebagai
contohnya, sianida yang merupakan inhibitor enzim ireversibel, akan bergabung
dengan tembaga dan besi pada tapak aktif enzim sitokrom c oksidase dan
memblok pernapasan sel.
PENGARUH TEMPERATUR TERHADAP K
Persamaan hubungan antara temperatur dengan konstanta keseimbangan
reaksi (K), diturunkan dari persamaan termodinamika :
ΔG = ΔH – TΔS
Dan persamaan
ΔG = -RT ln K
Dengan,
G = energi bebas
H = entalpi (panas reaksi)
S = entropi
R = konstanta gas
T = temperatur
Dengan mempersamakan kedua persamaan itu, didapatkan :
ΔH – TΔS = -RT ln K
Ln K = −ΔH
RT+ ΔS
R
Persamaan ini disebut persamaan Van’t Hoff . Selanjutnya, untuk temperatur T1 dan T2, konstanta keseimbangannya adalah K1 dan K2, sedangkan ΔH, R, dan ΔS tetap. Maka :
ln K2 – ln K1 = (- ΔH
RT 2+ ΔS
R¿−(−ΔH
RT 1+ ΔS
R)
lnK 2K 1
=−ΔHR
¿)
lnK 2K 1
=−ΔHR
¿)
persamaan di atas adalah turunan persamaan Van’t Hoff yang merupakan hubungan temperatur dengan konstanta keseimbangan (K).
DAFTAR PUSTAKA
Muhammad wirahadikusumah. 1989. Biokimia Protein, Enzim, dan Asam nukleat. Bandung : ITB
http://blog.ub.ac.id/ungkapanendha/2012/06/25/inhibitor-enzim/
http://ocw.usu.ac.id/course/download/8110000028-biokimia/bio206_slide_kuliah_9_-_enzim.pdf
http://www.scribd.com/doc/94384768/kinetika-enzim
http://scienia.wordpress.com/2012/03/06/kinetika-reaksi-enzim-fungsi-protein-i-part-2/