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/