<KINETIK ENZIM>

Blok 3 (Kedokteran Dasar 1) ][ Minggu ke 4-selesai ][ Editor :Anniin

KINETIK ENZIMMerupakan bidang biokimia yang terkait dengan pengukuran kuantitatif

dari kecepatan reaksi yang dikatalisis enzim dan pemeriksaan sistematik faktor-faktor yangg mempengaruhi kecepatan tersebut. Analisis kinetik memungkinkan para ahli merekonstruksi jumlah dan urutan tahap-tahap individual yang merupakan perubahan substrat oleh enzim menjadi produk.

Mempelajari kinetik enzim juga merupakan dasar untuk mengidentifikasi kekuatan pengobatan dari obat tertentu yg secara selektif menghambat kecepatan proses yang dikatalisis oleh enzim. Bersama dengan mutagenesis yang disengaja dan teknik lain yang mengganggu struktur protein, analisis kinetik juga mengungkapkan secara mendalam mekanisme katalitik.

Aktivitas seperangkat enzim yg seimbang dan lengkap merupakan dasar penting untuk mempertahankan homeostasis. Pemahaman tentang kinetik enzim penting untuk memahami bagaimana stress fisiologis seperti anoksia, asidosis atau alkalosis metabolik, toksin dan senyawa farmakologik mempengaruhi keseimbangan tersebut.

Reaksi Kimia Dijelaskan dengan Persamaan KesetimbanganPersamaan kesetimbangan di bawah menjelaskan reaksi satu molekul

dari masing-masing substrat A dan B untuk membentuk satu molekul dari masing-masing produk P dan Q.

(i).A + B P + QTanda panah ganda menunjukkan reversible (terbalikan). Jika A dan B dapat membentuk P dan, maka P dan Q juga dapat membentuk A dan B. Dengan demikian penentuan suatu reaktan sebagai “substrat” atau “produk” sedikit banyak bersifat arbitrer karena produk suatu reaksi yang dituliskan dalam satu arah adalah substrat bagi reaksi yang berlawanan. Namun, istilah “produk” sering digunakan untuk menandai reaktan yang pembentukannya menguntungkan secara termodinamis.

(ii). A + B P + Q

[1]

23 Desember 2009

Prof. Dr.dr. Sri Rahajoe

Kembali lagi dengan kuliahnya prof. Rahajoe...yukzz...

<KINETIK ENZIM>

Blok 3 (Kedokteran Dasar 1) ][ Minggu ke 4-selesai ][ Editor :Anniin

Tanda panah satu arah menunjukkan irreversible (tidak terbalikan). Digunakan untuk menjelaskan reaksi di dalam sel hidup tempat produk reaksi (ii) segera dikonsumsi oleh reaksi selanjutnya yang dikatalisis oleh enzim. Oleh karena itu, pengeluaran segera produk P atau Q secara efektif meniadakan kemungkinan terjadinya reaksi kebalikan sehingga persamaan (ii) secara fungsional menjadi irreversibel pada kondisi fisiologis. Contohnya adalah ketika kita bernapas.

Perubahan Energi Bebas Menentukan Arah dan Keadaan Seimbang dari Reaksi Kimia

Go = - RT ln KeqKeterangan:Go : perubahan energi bebas GibbsR : konstanta gas (1,98 kal/mol/K atau 8,31 J/mol/K)T : suhu mutlak dalam derajat KelvinKeq : konstanta equivalenKeq setara dengan hasil kali konsentrasi produl-produk reaksi, masing-masing dipangkatkan sesuai stoikiometrinya, dibagi hasil kali substrat yang masing-masing dipangkatkan sesuai stoikiometrinya.

Jika Go adalah suatu angka negatif, Keq akan lebih besar dari satu dan konsentrasi produk pada keseimbangan akan melebihi konsentrasi substrat.

Jika Go positif, Keq akan kurang dri satu dan akan menguntungkan pembentukan substrat.Karena Go adalah fungsi keadaaan awal dan akhir zat-zat yang

bereaksi, besaran ini hanya dapat memberikan informasi mengenai arah dan keadaan kesimbangan.

Go tidak bergantung pada mekanisme reaksi dan tidak memberikan informasi mengenai laju (kecepatan) reaksi.

Oleh karena itu meskipunn suatu reaksi mungkin memiliki Go atau Go yang negatif besar, namun reaksi tersebut tetap berlangsung meskipun dengan kecepatan yang sangat rendah.

Beberapa Faktor Mempengaruhi Kecepatan Reaksi a. Teori kinetik – teori tabrakan/tumbukan (collision theory)

Dua molekul harus bertabrakan membentuk ikatan (bond-forming distance).

Harus memiliki tenaga barrier oleh karena itu peningkatan frekuensi atau energi utk bertabrakan akan mempercepat reaksi.

b. Meningkatnya suhu meningkatkan energi kinetik Peningkatan energi kinetik molekul juga meningkatkan gerakan molekul sehingga frekuensi tumbukan juga meningkat. Kombinasi tumbukan yang

[2]

<KINETIK ENZIM>

Blok 3 (Kedokteran Dasar 1) ][ Minggu ke 4-selesai ][ Editor :Anniin

lebih sering dan lebih berenergi serta produktif akan meningkatkan laju reaksi.

c. Kadar reaktand. Keq adalah rasio dari konstanta kecepatan

A + B PP adalah produk atau hasil reaksi.nA + mB Pn dan m adalah jumlah molekul yang bereaksi di reaksi tersebut. “Kalau reaksi itu seimbang dan v adalah suatu kecepatan reaksi, maka v1 = v-1. Hal ini menunjukkan arah kecepatan reaksi ke kiri atau ke kanan” kata Prof. Sri Rahajoe. ^^v1 = v-1 v1 = k1 [A]n[B]m = k-1 [P]k1/ k-1 = [P] / [A]n[B]m = Keq Rasio k1 terhadap k-1 disebut konstanta keseimbangan, Keq.

Sifat-Sifat Penting dari Suatu Sistem dalam Keadaan Seimbang“Yang dimaksud sistem di sini adalah suatu campuran reaksi” kata Prof. Sri Rahajoe. ^^1. Keq adalah rasio konstanta kecepatan reaksi 2. Pada keadaan seimbang kecepatan reaksi kekiri dan kekanan sama.3. Keseimbangan adalah keadaan dinamik 4. Keq dapat dihitung dari kadar S dan P pada keadaan seimbang atau dari

k1/k2“S adalah singkatan dari substrat pada senyawa yang bereaksi dan P adalah produk” kata Prof. Sri Rahajoe. ^^

Kinetik dari Katalisis Enzim 1. Enzim menurunkan barrier energi reaktivasi 2. Enzim tidak mempengaruhi Keq

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kecepatan Reaksi yang Dikatalisis Enzim

1. SuhuQ10 atau koefisien suhu yaitu faktor yang meningkatkan proses biologis bila suhu naik 100 C. Umumnya enzim yg stabil pada peningkatan suhu maka Q10 = 2

2. Enzim intrasel bekerja optimum antara pH 5-9. Hilangnya atau tambahnya muatan akan merugikan atau membuat enzim tidak aktif.

(Gambar 8-2. Efek pH pada aktivitas enzim. Sebagai

[3]

<KINETIK ENZIM>

Blok 3 (Kedokteran Dasar 1) ][ Minggu ke 4-selesai ][ Editor :Anniin

contoh, suatu enzim bermuatan negatif (EH-) berikatan dengan substrat bermuatan positif (SH+). Dalam gambar, proporsi (%) SH+ [\\\] dan EH- [///] diperlihatkan sebagai fungsi pH. Hanya di daerah berarsir silang baik enzim maupun substrat memiliki muatan yang sesuai.)

Penelitian Reaksi yang Dikatalisis oleh Enzim Dilakukan pada Kecepatan Inisial“Mengapa? Karena pada kecepatan inisial, kecepatan reaksi sesuai dengan konsentrasi enzim” kata Prof. Sri Rahajoe. ^^

Konsentrasi Substrat Mempengaruhi Laju ReaksiPada pembahasan berikut, reaksi enzim dianggap seolah-olah hanya

memiiki satu substrat dan satu produk. Sementara kebanyakan enzim memiliki lebih dari satu substrat, prinsip-prinsip yang dibahas di bawah juga berlaku bagi enzim dengan banyak substrat.

Untuk suatu enzim tipikal, peningkatan konsentrasi substrat akan meningkatkan v1 hingga tercapai nilai maksimal Vmax (Gambar 8-3). Jika peningkatan lebih lanjut konsentrasi substrat tidak meningkatkan v1, enzim dikatakan “jenuh” oleh substrat. Perhatikan bahwa bentuk kurva yang menghubungkan aktivitas dengan konsentrasi substrat (Gambar 8-3) tampak hiperbolik. Pada setiap saat, hanya molekul substrat yang berkaitan dengan enzim dalam bentuk kompleks ES yang dapat diubah menjadi produk. Kedua, konstanta kesetimbangan untuk pembentukan kompleks enzim-substrat tidaklah besar tanpa batas.

Jika terdapat kelebihan substrat (titik A dan B di Gambar 8-4), hanya sebagian enzim yang mungkin berada dalam bentuk kompleks ES. Dengan demikian di titik A atau B, peningkatan atau penurunan [S] akan meningkatkan atau menurunkan jumlah kompleks ES disertai perubahan yang sesuai di v1. Di titik C (Gambar 8-4), pada hakikatnya semua enzim terdapat dalam bentuk kompleks ES. Karena tidak ada enzim bebas yang

[4]

(Gambar 8-3. Efek konsentrasi substrat pada kecepatan awal suatu reaksi yang dikatalisis oleh enzim.)

<KINETIK ENZIM>

Blok 3 (Kedokteran Dasar 1) ][ Minggu ke 4-selesai ][ Editor :Anniin

tersedia untuk membentuk ES, peningkatan lebih lanjut [S] tidak dapat meningkatkan laju reaksi. Dalam kondisi ini, v1 semata-mata bergantung pada—dan karenanya dibatasi oleh—kecepatan disosiasi (penguraian) produk enzim tersebut sehingga enzim ini dapat mengikat lebih banyak substrat.

(Gambar 8-4. Representasi suatu enzim pada konsentrasi substrat yang rendah (A), tinggi (C), dan setara dengan Km (B). Titik A, B, dan C berkorespondensi dengan titik-titik di Gambar 8-3.)

Persamaan Michaelis-Menten dan Hill (Model Pengaruh Kadar Substrat)

v1 = Vmax[S] / Km + SKeterangan:v1 kecepatan reaksi.Vmax kecepatan maksimum.S substratKm kadar substrat yang memberikan kecepatan reaksi separuh kecepatan reaksi maksimal pada kadar enzim tertentu. Tergantung pada kecepatan reaksi inisial kadar S dan Km dapat digambarkan dengan mengevaluasi persamaan tersebut dibawah 3 keadaan:1. Bagaimana kalau kadar S kadar Km

v sesuai kadar S“untuk menentukan aktivasi enzim digunakan substrat yang di bawah Km” kata Prof. Sri Rahajoe ^^

2. Bagaimana kalau kadar S > kadar Kmv = V“harus pada kondisi optimal” kata Prof. Sri Rahajoe ^^

3. Bagaimana kalau kadar S = Kmv = ½ V

[5]

<KINETIK ENZIM>

Blok 3 (Kedokteran Dasar 1) ][ Minggu ke 4-selesai ][ Editor :Anniin

Inhibitor Kompetitif Inhibitor kompetitif dapat diatasi dengan meningkatkan konsentrasi

substrat Struktur inhibitor kompetitif klasik cenderung mirip dengan struktur

substrat. Inhibitor kompetitif bekerja dengan menurunkan jumlah molekul enzim

bebas yang tersedia untuk mengikat substrat, yi, untuk membentuk ES dan akhirnya menghasilkan produk.

Inhibitor Nonkompetitif Pengikatan inhibitor tidak mempengaruhi pengikatan substrat Inhibitor nonkompetetif sederhana menurunkan Vmax, tetapi tidak

mempengaruhi Km. Inhibitor nonkompetitif yang lebih kompleks terjadi jika pengikatan

inhibitor memang mempengaruhi afinitas (yang tampak) enzim terhadap substrat.

[6]

(Gambar 8-5. Plot timbal-balik ganda atau plot Lineweaver-Burk 1/v, versus 1/[S] yang digunakan untuk mengevaluasi

(Gambar 8-9. Plot Lineweaver-Burk untuk inhibisi kompetitif. Perhatikan hilangnya inhibisi secara total pada [S] yang tinggi (yi.

<KINETIK ENZIM>

Blok 3 (Kedokteran Dasar 1) ][ Minggu ke 4-selesai ][ Editor :Anniin

[7]

(Gambar 8-10. Plot Lineweaver-Burk untuk inhibisi non-kompetitif sederhana.)