ENZIM DAN KINETIKA ENZIM

Semua makromolekul biologi secara termodinamika kurang stabil dibandingkan dengan subunit monomernya, namun pemecahan makromolekul tanpa adanya katalis berlangsung sangat lama (bertahun-tahun)

Setiap reaksi kimia di dalam sel berlangsung dalam kecepatan yang signifikan disebabkan adanya ENZIM, suatu biokatalis, seperti halnya semua katalis, meningkatkan kecepatan reaksi kimia secara spesifik tanpa mengalami perubahan selama terjadinya proses

Karakteristik enzim1) Mengkatalisis reaksi biologi2) Tidak ikut bereaksi selama berlangsungnya reaksi kimia3) Meningkatkan kecepatan reaksi 105 1017 kali4) Menunjukkan stereospesifisitas --> bekerja pada suatu stereoisomer tunggal pada substrat5) Menunjukkan spesifisitas reaksi --> tidak ada yang terbuang atau reaksi samping

Beberapa enzim hanya terdiri dari polipeptida dan tidak mengandung gugus kimia lain selain residu asam amino, contoh: ribonuklease pankreasBeberapa enzim lain memerlukan tambahan komponen kimia bagi aktivitasnya, yang disebut kofaktorKofaktor dapat berupa suatu molekul anorganik seperti Fe2+, Mn2+ atau Zn2+, atau dapat juga berupa molekul organik kompleks yang disebut koenzimJika koenzim atau ion logam terikat secara kuat atau secara permanen pada molekul enzim, disebut gugus prostetikKeseluruhan molekul enzim yang aktif mengkatalisis bersama-sama dengan koenzim atau gugus logamnya disebut holoenzim

Beberapa unsur anorganik berfungsi sebagai kofaktor pada enzim

Klasifikasi dan Tatanama EnzimBiasanya enzim diberi nama dengan penambahan -ase pada nama substrat. Contoh: laktase memecah molekul laktosa (disakarida dari glukosa dan galaktosa)Klasifikasi enzim secara internasional berdasarkan reaksi yang dikatalisis. Pada umumnya enzim mengkatalisis pemindahan elektron, atom, atau gugus fungsional. Sehingga enzim diklasifikasikan, diberikan nomor kode/sandi dan ditentukan namanya menurut jenis reaksi pemindahan gugus pemberi, atau gugus penerima. Terdapat enam kelas utama enzim:1) oksidoreduktase mengkatalisis reaksi redoksdehidrogenase, oksidase, peroksidase, reduktase2) transferase mengkatalisis reaksi transfer gugus fungsi3) hidrolase mengkatalisis reaksi hidrolisis4) liase mengkatalisis penambahan gugus ke ikatan ganda atau sebaliknya5) isomerase mengkatalisis perubahan struktur, isomerisasi6) ligase - ligasi atau penggabungan dua substrat dengan input energi, biasanya dari hidroiysis ATP

Bagaimana Enzim Bekerja Reaksi yang dikatalisis oleh enzim berlangsung melalui pembentukan suatu kompleks antara substrat dan enzim (kompleks ES).

E: enzimS: substratES: kompleks enzim-substratEP: kompleks enzim-produkP: produk

Pengikatan substrat terjadi dalam suatu pocket pada enzim yang disebut sisi aktif

enzimsubstrat

Enzim dan katalis lainnya bekerja dengan menurunkan energi aktivasi, G, untuk suatu reaksi sehingga dapat meningkatkan kecepatan reaksi. Kesetimbangan reaksi tidak dipengaruhi oleh enzim

Enzim menyebabkan berlangsungnya reaksi kimia dengan cara:Mengarahkan substrat berdekatan dengan sisi katalitikMemberikan gugus pemberi dan penerima proton yang bersifat katalitikMembuat senyawa kovalen tidak stabil dengan substratMenimbulkan tegangan atau lenturan pada substrat

Kimotripsin: Katalisis kovalen dan asam-basa umumTahap pertama pada reaksi yang dikatalisis oleh kimotripsin adalah tahap asilasi. Gugus hidroksil pada Ser195 merupakan nukleofil dalam reaksi dengan adanya katalisis basa (basa merupakan rantai samping pada His57).

Aktivitas enzim dipengaruhi oleh pHEnzim memiliki pH optimum (atau rentang pH) tertentu dimana aktivitasnya maksimal. Pada pH yang lebih tinggi atau lebih rendah aktivitasnya menurunContoh profil pH-aktivitas pada dua enzim: pepsin dan glukosa 6-fosfatase

KINETIKA ENZIM

Konsentrasi substrat mempengaruhi kecepatan reaksi yang dikatalisis enzimPada konsentrasi substrat yang sangat rendah, kecepatan reaksi juga sangat rendahKecepatan reaksi akan meningkat dengan meningkatnya konsentrasi substratPeningkatan kecepatan reaksi semakin lama akan mengecil dengan bertambahnya konsentrasi substratPada batas tertentu kecepatan reaksi menjadi maksimum (Vmaks), enzim menjadi jenuh oleh substratnya dan tidak dapat berfungsi lebih cepat

KM (konstanta Michaelis-Menten) merupakan konsentrasi substrat tertentu pada saat enzim mencapai setengah kecepatan maksimumnyaKonstanta Michaelis-Menten (KM)

Setiap enzim memiliki KM yang khas bagi substrat tertentu

Persamaan Michaelis-MentenV0: kecepatan awal pada konsentrasi substrat [S]Vmaks: kecepatan maksimumKM: konstanta Michaelis-Menten

Persamaan Lineweaver-BurkMerupakan transformasi persamaan Michaelis-MentenV0: kecepatan awal pada konsentrasi substrat [S]Vmaks: kecepatan maksimumKM: konstanta Michaelis-Menten

Persamaan Lineweaver-Burk menghasilkan penentuan Vmaks secara lebih tepat yang dapat diduga pada pemetaan V0 terhadap [S]

Inhibisi EnzimInhibitor: molekul yang berikatan pada enzim dan mempengaruhi aktivitasnya dengan cara mencegah:1) pembentukan kompleks ESE + I ---> EI2) pemecahan kompleks ES --> E + PES + I ---> ESIDigunakan untuk meregulasi metabolisme.Beberapa obat-obatan bekerja melalui penghambatan enzimMolekul penghambat ini dapat bersifat:1) irreversible terikat pada enzim melalui ikatan kovalen sehingga memodifikasi enzim2) reversible terikat secara nonkovalen pada enzim

Tiga jenis penghambatan reversibelInhibisi kompetitifInhibisi unkompetitifInhibisi nonkompetitf

Inhibisi kompetitifBerkompetisi dengan substrat menempati sisi aktif enzimSubstrat dan inhibitor kompetitif terikat pada sisi aktifInhibitor ini biasanya merupakan analog substrat (memiliki kesamaan dalam struktur substrat) tetapi tidak dapat menghasilkan produkDapat diatasi dengan penambahan substrat berlebihContoh 1) malonat menginhibisi suksinat dehidrogenasesuccinate ----------------------> fumarate contoh 2) AZT menginhibisi HIV reverse transcriptaseSubstrat sesungguhnya adalah dTTP (deoxythymidine triphosphate)

Inhibisi kompetitif (lanjutan)Representasi grafik inhibitor kompetitif:Mempengaruhi Km (meningkatkan Km --> menurunkan afinitasVmaks tidak dipengaruhi

Inhibisi unkompetitifDitemukan pada reaksi-reaksi multisubstrat (terjadi penurunan pembentukan produk karena substrat kedua tidak dapat terikat).Inhibitor terikat pada ES, tetapi tidak pada enzim.

Inhibisi unkompetitif (lanjutan)nilai Km dan Vmax menurun, biasanya dalam jumlah sama

rasio Km/Vmax tidak berubah --> tidak ada perubahan pada slope

Inhibisi nonkompetitifDapat terikat pada enzim dan kompleks ESTidak terikat pada sisi yang sama dengan substrat dan bukan merupakan analog substratTidak dapat diatasi dengan meningkatkan konsentrasi [substrat].contoh: timbal,merkuri, perak, logam-logam berat

Inhibisi nonkompetitif (lanjutan)Tidak mempengaruhi Km, karena molekul enzim yang tidak dipengaruhi memiliki afinitas yang normal

Vmax diturunkan