kinetika enzim (2)

5/28/2018 KINETIKA ENZIM (2)

1/32


2/32

KINETIKA ENZIMAnalisis Rx kimia enzimatik mempunyai beberapa

tujuan

1. Mengetahui karakteristik atau sifat-sifat enzimdalam suatu reaksi enzimatik

2. Meneliti tipe mekanisme kerja serta fungsi enzim

3. Menentukan hubungan antara enzim dengan

substrat, serta hubungan antara enzim dengan zatinhibitor


3/32

KINETIKA ENZIM Kinetika enzim merupakan cabang dari ilmu

enzimologi yang mempelajari fungsi-fungsi enzimdalam kecepatan reaksi serta faktor-faktornya. Faktor-

faktor tersebut antara lain :1. Konsentrasi enzim

2. Konsentrasi senyawa ligan termasuk di dalamnya : substrat, produk, inhibitor, aktifator

3. pH lingkungan

4. Kadar ion

5. Temperatur lingkungan


4/32

KINETIKA ENZIM

Persamaan MICHAELIS-MENTEN

: Reaksi yang dikatalisis oleh suatu enzim memilikivariasi kecepatan reaksi apabila substrat yang

digunakan mempunyai konsentrasi yang berbeda.

Kenaikan [S] akan diikuti peningkatan kecepatan

reaksi sampai pada batas tertentu, yang kemudianreaksi tersebut akan mencapai konstan danakhirnya mencapai titk dengan kecepatanmaksimum (Vmax)


5/32

Michaelis-Menten E bereaksi dengan S membentuk kompleks ES.

Kemudian ES akan mengalami peruraian baik menjadi

E dan S kembali atau membentuk sutu produk (P).Model :

E + S ES E + P


6/32

E + S ES E + Pk1

k2

k3

rapidreversible reaction

slowirreversible reaction

Laju konversi substrat menjadi produk (S

P):

V = k3 [ES] (1)


7/32

Berdasarkan reaksi di atas dapat diasumsikan bahwasenyawa produk tidak akan berubah kembali menjadisubstrat (S). Tititk tolak yang digunakan ialah bahwalaju katalisis sama dengan hasil perkalian konsentrasikompleks ES dengan K3

V = K3 [ES] (1)[ES] harus dinyatakan dalam kuantitas jumlah yang

telah diketahui. Jaju pembentukan dan lajupemecahan ES diketahui dari :

Laju pembentukan ES = K1 [E] [S] ..(2)

Laju pemecahan ES = (k2+k3) [ES] (3)


8/32

Dalam keadaan seimbang (steady state), konsentrasiZat antara [ES] tidak berubah, karena proseskecepatan pembentukan ES akan sama dengan proseskecepatan peruraian ES, sedangkan konsentrasisenyawa awal [S] dan konsentrasi produk [P] berubah.Dengan demikian :

Laju pembentukan ES = laju pemecahan ES

K1 [E] [S] = (K2+K3) [ES] (4)

Dari persamaan tersebut, [ES] dapat dihitung :

[E] [S]

[ES] = (5)

(K2+K3)/K1


9/32

Persamaan ini dapat disderhanakan denganmemasukkan suatu tetapan baru, yaitu Km atau

tetapan Michaelis : konsentrasi substrat yangmenyebabkan kecepatan reaksi sama denganseparuh kecepatan maksimum.

Dirumuskan:

K2 + K3Km = .(6)

K1

maka

[E] [S]

[ES] = .(7)

Km


10/32

Jika konsentrasi enzim jauh lebih kecil dari padakonsentrasi substrat ( [E]


11/32

Atau [S]

[ES] = [ET] ..(11)

[S] + Km

Jika persamaan ini dimasukkan ke dalam persamaan (1)

Untuk menggantikan [ES]V = K3[Es]

[S]

V = K3

[ET

] ..(12)[S] + Km


12/32

Kecepatan maksimum V max dicapai bila seluruh situsaktif enzim jenuh dengan substrat, artinya bila [S]jauh lebih besar daripada Km.Akibatnya [S]/([S]+Km)mendekati 1 (satu), sehingga :

V max = K3[ET] .(13)

Bila persamaan (13) dimasukkan ke dalam persamaan(12) diperoleh PERSAMAAN MICHAELIS-MENTEN

Vmax. [S]

V = .(14)

[S] + Km


13/32

Persamaan ini menerangkan grafik ketergantungan suatu kecepatan

reaksi terhadap konsentrasi substrat. Kecepatan awal V merupakanfungsi dari konsentrasi substrat [S] dari suatu reaksi enzimatik yang

juga merupakan inetika Michaelis-Menten. Satuan V adalah jumlah

produk yang dihasilkan (mmolatau mol, dsb.) atau jumlah substrat

yang mengalami perubahan per menit. Sedang satuan [S] adalah

mmol atau mol/liter


14/32

Dari persamaan (14) bila [S] jauh lebih rendah dari Km,maka kecepatan awal V mempunyai hubungan yang kuatdengan konsentrasi substrat [S], maka

V max. [S]

V = ..(15)

Km

Pada konsentrasi substrat yang tinggi, sehingga [S] jauh

lebih tinggi dari nilai Km maka :Vmax. [S]

V = .(16)

[S]

V = V max. .(17)

Bila [S] = Km , maka V = Vmax. (18)


15/32

Penentuan kecepatan awal (V)

Kecepatan awal suatu reaksi (V) dapat dihiunt secarakuantitatif dengan mengukur jumlah produk yang

dihasilkan atau jumlah sisa substrat yang tidak bereaksipada berbagai waktu inkubasi. Kecepatan awal merupakankoefisien arah dari garis lurus pada grafik antarakonsentrasi produk atau konsentrasi sisa subsstrat dengan

waktu inkubasi. Kecepatan awal dapat dihitung dengan jalan mengambil sampel pada

waktu yang berbeda setelah penambahan enzim. Untuk mendapatkansampel dengan variasi waktu inkubasi yang berbeda, maka reaksienzimatik harus dihentikan seawal mungkin setelah pengambilan

sampel. Reaksi dapat dihentikan dengan beberapa cara :1) Mendidihkan

2) Menambah senyawa asam/basa

3) Menambahkan alkohol


16/32

PENTINGNYA Km

1. Nilai Km memepunyai hubungan dengan

konsentrasi substrat di dalam sel. Jika [S] di dalamsel > dari nilai Km maka V tidak sensitif terhadap

adanya perubahan konsentrasi substrat yang rendah.2. Oleh karena nilai Km tetap, maka nilai tersebut

dapat digunakan untuk membandingkan Antaraenzim

dari organisme berbedaDari sel atau jaringan yang berbeda dalam satu

organisme

Dari satu sel atau jaringan yang sama pada fase

pertumbuhan yang berbeda


17/32

3. Perubahan nilai Km karena pengaruh suatu senyawaligan (ligan-induced) dapat digunakan sebagaimodel dalam proses pengaturan enzim

4. Dengan mengetahui niai Km,maka dapatmengetahui metode analisis berikutnya, jika

konsentrasi substrat [S]>>> Km, maka denganmenghitung V max sama dengan menghitung nilaikonsentrasi enzim total [ET]. Nilai KonstantaMichaelis -Menten memberikan pengertian terhadapkesesuaian antara substrat dengan enzim. Hal iniberarti bahwa substrat dengan nilai Km terendahmempunyai aktifitas tinggi terhadap enzim.Susbstrat mempunyai reaksi terbaik dengan enzimapabila rasio Vmax/Km tinggi.


18/32

Menentukan nilai Km (konstanta Michaelis danVmax

Gambar grafik dari data V pada beberapa konsentrasisubstrat [S] akan membentuk grafik dengan tipe hiperbola.Melalui gambar tersebut ternyata mengalami kesukarandalam menghitung nilai Vmax dan kecepatan awal V saat(pada) kondisi konsentrasi substrat sama dengan Vmax,pada titik tersebut sering dikenal sebagai nilai Km. dengandemikian untuk mempermudah perhitungan nilaikonstanta pada reaksi enzimatik, data yang didapat

sebaiknya diplotkan dengan didasarkan pada persamaangaris lurus. Perubahan ini diperoleh dengan membalikkankedua ruas daripersamaan (14)


19/32

maxmax

1

][

11

VSV

K

v

M

o

y = m x + bBerg, J. M., Tymoczko, J. L., &

Stryer, L.(2007.) Biochemistry.

(6th ed.) New York:W.H.

Freeman and Company.

Vmax .[S]

V =

[S] + Km


20/32

20

Inhibitor Kompetitif yang menempel pada renzimmenghasilkan reaksi

Penambahan EI menurunkan konsentrasi enzimbebas :

PEESSE

k

k

k

k

2

2

1

1

EIIE

k

k

3

3

][][][][ EIESEE tot

][1

][][][

IK

ESEE

I

tot

Penghambatan aktifitas enzim oleh inhibitor


21/32

21

M

tot

KS

Sv

k

kk

S

SEkESk

dt

Pdv

][

][

][

][][][

][ max

1

21

22

Compared to the formula for the unihibited enzyme

the apparant KMincreases:

Tradditionally, KI

is defined as a dissociation constant

totEkv ][2max

1

21

k

kkK

M

3

3

k

kK

I

)][

1(][

][

)][

1(][

][][

][

][ max

1

21

2

2

I

M

I

tot

K

IKS

Sv

K

I

k

kkS

SEk

ESkdt

Pd

v


22/32

Figure 7.08 Competitive enzyme inhibition.

Competitive inhibitorscompete with the substrate for an enzymes active

site.


23/32

INHIBITOR KOMPETITIF MENGUBAH KMTETAPI

TIDAKMENGUBAH Vmax


24/32

Figure 7.10.

A LineweaverBurk plot for competitive inhibition.

Competitive inhibitor alters KMbut

not Vmax


25/32

Enzyme Inhibition

product, dead-end substrate inhibited enzyme

Competitive inhibition (C):

A competitive inhibitor is a substance that combines with freeenzyme in a manner that prevents substrate binding. Thats, the

inhibitor and the substrate are mutually exclusive, often because

of true competition for the same site.

1/

1/A

[I]

Slope change only

Vmaxis the same


26/32

Competitive

inhibition (C):

Active site

of enzymeSubstrate

Inhibitor

Products

Inhibitor prevents

binding of substrate

Substrate and

inhibitor

can bind to the

active site


27/32

Mixed inhibition, where the inhibitor does not compete with the substrate for the

active site, but binds elsewhere on the enzyme, causing a conformational change

that makes the active site less efficient.


28/32

Figure 7.12.

A mixed inhibitor typically alters both Vmaxand KM.


29/32

Enzyme Inhibition

Uncompetitive inhibition (UC):

A classical UC inhibitor is a compound that binds reversibly to

the enzyme-substrate complex yielding an inactive ESI

complex. The I does not bind to free enzyme.

1/

1/S

[I]

E + S ES P + E

+

I

ESI NO REACTIO

KI

K1

K2

K3

Intercept change

Slope is the same


30/32

Enzyme InhibitionNoncompetitive inhibition (NC):

A classical NC inhibitor has no effect on substrate binding

and vice versa, Sand I bind reversibly, randomly and

independently at different sites.

1/

1/S

[I]

Slope change

Intercept change

Active site


31/32

Noncompetitive

inhibition (NC):

Active site

Inhibitor site

Binding of

inhibitor

distorts the

enzyme

In the absence

of inhibitor,

products areformed

Substrate and

inhibitor can bind

simultaneously

The presence of

the inhibitor

slows the rate of

product formation


32/32

Effects of Inhibitors on Michaelis-Menten Reactions

Type of

Inhibition

Michaelis-Menten

Equation

Lineweaver-Burk

Equation

Effect of

Inhibitor

NoneVmaxA

Km+ A =

1 = +

Km

VmaxA Vmax1

None

Competitive VmaxAKm+ A

=

1= +

Km

VmaxA Vmax

1

Increase Km

UncompetitiveVmaxA

Km+ A =

1= +

Km

VmaxA Vmax

Decrease Km

and Vmax

NoncompetitiveVmaxA

Km+ A =

1= +

Km

VmaxA Vmax

DecreaseVmax; may

increase

or decrease

Km

= 1 + [I]/KI

= 1 + [I]/K'I

kinetika enzim (2)

Documents