Kinetika Reaksi Enzim
Reaksi enzim :
E+S
ES 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 dil akukan dengan dua asas pendekatan : 1. Asas keseimbangan menurut Michaelis-menten 2. 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 dengan laju pembentukan (k1) dan redisosiasi menjadi kompleks 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 Pepsin
Substrat
pH optimum
Albumin telur
1,5
Hemoglobin
2,2
Piruvatkarboksilase
Piruvat
4,8
Fumarase
Fumarat
5,5
Malasa
8,0
Katalase
H2O2
7,6
Tripsin
Benzoilargininamida
7,7
Benzoilarginina etil-ester 7,0 Alkalinfosfatase
Gliserol-3-fosfat
9,5
Arginase
Arginin
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 :
KOMPETITIF REVERSIBEL INHIBITOR
NONKOMPETITIF IRREVERSIBEL
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 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 K m.
Reaksi enzim yang terjadi :
[][] []
S+E
ES, K S
I+E
EI, K I
ES
[[]][]
E + P, v = k [ES]
(3.18) (3.19) (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 : K S
[][[]] [][]
Dan jika hanya [E] dimasukkan dalam persamaan 3.19, maka : K I
[][] [][] []
Atau
] [][] [][[]
[EI]
(3.22)
(3.21)
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
[] [] []
Telah dibuktikan sebelumnya, bahwa k[E]o = V maks , maka : v
[] [] []
atau v
[] []
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, V max reaksi berubah. Namun, karena substrat masih dapat mengikat enzim, K m tetaplah sama.
Reaksi enzim yang terjadi :
[][] []
S+E
ES, K S
I+E
EI, K I
[[]][] ][] [[]
EI + S
EIS, K’I
ES + I
EIS, K’S
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
( [])
[]
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 =
Persamaan ini disebut persamaan Van’t Hoff . Selanjutnya, untuk temperatur T1 dan T2, konstanta keseimbangannya adalah K 1 dan K 2, sedangkan ΔH, R, dan ΔS tetap. Maka :
) )
ln K 2 – ln K 1 = (-
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/
