ENZIM
Definisi Umum Dlm system biologi reaksi kimia selalu memerlukan katalis. Tanpa katalis sangat lama shg diperlukan Enzim yg berfungsi sbg biokatalisator protein yang berfungsi untuk mempercepat reaksi dengan jalan menurunkan tenaga aktivasi dan tidak mengubah kesetimbangan reaksi, serta bersifat sangat spesifik.
Katalis yg paling efisien mampu mempercepat reaksi 1020 kali lbh cepat Enzim bersifat sangat spesifik, baik jenis reaksi maupun substratnya
• Enzim tidak ikut bereaksi dgn substrat atau
produknya
• Aktifitas dapat dikontrol sesuai dengan kebutuhan
organisme itu sendiri Contoh : enzim yg mengkatalisis reaksi pertama pada suatu siklus biosintesis biasanya di hambat oleh produk akhirnya(feedback inhibition)
• bbrp enzim disintesis dlm btk tidak aktif. Dan akan
diaktifkan oleh kondisi dan waktu yang sesuai (enzim allosterik) . prekursor yg tidak aktif disebut zymogen
Tiga sifat utama enzim : • Kemampuan katalitiknya • Spesifisitas • Kemampuan untuk diatur (regulasi)
Bagian-bagian enzim Kita mengenal istilah:
Holoenzim Apoenzim/ apoprotein Gugus prostetik Koenzim Kofaktor
Bagian-bagian enzim (lanjutan) • Seperti halnya protein lain, enzim memiliki BM
antara 12,000 – 1 juta kd • Beberapa enzim tidak membutuhkan molekul kimiawi lain untuk aktifitasnya, beberapa membutuhkan kofaktor / koenzim • Kofaktor ion-ion inorganik yg dibutuhkan enzim untuk melakukan fungsinya • Koenzim molekul organik (komplek) yang dibutuhkan enziim untuk melakukan fungsinya
• Koenzim atau kofaktor yang terikat sangat kuat bahkan
terikat dengan ikatan kovalen dengan enzim gugus prostetik • Enzim aktif lengkap dengan semua komponennya holoenzim • Bagian yang terdiri dari protein saja pada suatu enzim Apoenzim / apoprotein • Fungsi koenzim adalah sebagai karier sementara dari gugus fungsional yg berperan dalam reaksi ensimatis tersebut.
Klasifikasi enzim
Bagaimana enzim bekerja • Reaksi tanpa enzim: • Lambat • Membutuhkan suhu yang tinggi • Tekanan yang tinggi
• Reaksi enzimatis • Enzim memberikan suatu lingkungan yg spesifik di dalam sisi aktifnya, sehingga reaksi secara energetik dapat lebih mudah terjadi
Kecepatan reaksi tergantung energi aktifasi ΔGº≠ suatu pasokan energi dibutuhkan untuk mengawali suatu reaksi Energi aktifasi untuk reaksi yg dikatalis dengan ensim lebih rendah dr reaksi tanpa ensim Glukosa + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O ΔGº = -2880 kJ/mol
Enzim penting untuk menurunkan energi aktifasi untuk memulai suatu reaksi Enzim mengikat substrat menciptakan jalan reaksi yg berbeda yg mempunyai fase transisi lebih rendah dbanding reaksi tanpa enzim Inti dr reaksi katalisis ikatan yg spesifik pd fase transisi
• Substrat terikat interaksi nonkovalen
E + S ↔ ES ↔ EP ↔ E + P • Kekuatan enzim dlm mengkatalisis suatu reaksi
kemampuan enzim membawa substrat bersama-sama pd orientasi yang tepat untuk terjadinya suatu reaksi • Substrat terikat pd sisi aktif yi cekukan pd protein yg
berisi asam amino yg penting untuk tjdnya suatu reaksi kimia
Karakteristik sisi aktif enzim •
•
•
•
merupakan bagian kecil dari enzim (Mengapa enzim harus memiliki ukuran besar?) sisi aktif merupakan suatu cekukan yang bersifat 3 dimensi. memberikan linkungan mikro yg sesuai utk terjadinya suatu reaksi kimia substrat terikat pada sisi aktif dengan interaksi / ikatan yang lemah. Spesifitas enzim dipengaruhi oleh asam amino yg menyusun sisi aktif suatu enzim
Gambar sisi aktif ensim dan asam amino yang terlibat
• Sisi aktif mempunyai 2 bagian yg penting: • Bagian yang mengenal substrat dan kemudian mengikatnya • Bagian yang mengkatalisis reaksi, setelah substrat diikat oleh enzim • Asam amino yang membentuk kedua bagian tersebut
tidak harus berdekatan dalam urutan secara linear, tetapi dalam konformasi 3D mereka berdekatan
Teori untuk menjelaskan kerja enzim: • Lock and Key analogy Enzim memiliki struktur sisi spesifik yang cocok dengan substrat. Mampu menerangkan spesifitas ensim ttp tidak dapat menerangkan stabilitas fase transisi ensim • Induced Fit theory mempertimbangkan fleksibilitas protein, sehingga pengikatan suatu substrat pada enzim menyebabkan sisi aktif mengubah konformasinya sehingga cocok dgn substratnya. dpt menerangkan fase transisi ES komplek
Lock and key model
Induced Fit model
Faktor-faktor yg mempengaruhi kerja enzim • pH setiap enzim mempunyai pH optimum utk
bekerja. contoh : pepsin pH 2, amylase pH 7.0 • Temperatur setiap kenaikan suhu 10˚C (sampai 40˚C), kecepatan reaksi naik 2 x lipatnya dan reaksi terhambat dan berhenti pada 60˚C.
Kinetika Reaksi Enzimatis K1
E+S
K2
ES
E+P
K-1
K1 : kecepatan konstan pembentukan ES komplek K2 : kecepatan konstan konfersi ES komplek ke P K-1 : kecepatan konstan pemecahan ES komplek ke E bebas Enzim sangat efisien dalam mengkatalis suatu reaksi, steady state (keseimbangan reaksi) segera dapat tercapai apabila : Kecepatan pembentukan ES komplek sama dengan kecepatan pemecahannya
K-1 + K2 = Km
K2 Vmax [S] V= Km + [S]
konstanta
Michaelis
Persamaan
Michaelis-Menten
• Ketika kondisi diatur sehingga [S] = Km maka
Vmax [S] V= •
dan V = Vmax / 2
[S] + [S]
Enzyme
KM (M)
kcat(1/s)
kcat/KM (1/M*s)
Chymotrypsin
1.5 × 10−2
0.14
9.3
Pepsin
3.0 × 10−4
0.50
1.7 × 103
Tyrosyl-tRNA synthetase
9.0 × 10−4
7.6
8.4 × 103
Ribonuclease
7.9 × 10−3
7.9 × 102
1.0 × 105
Carbonic anhydrase
2.6 × 10−2
4.0 × 105
1.5 × 107
Fumarase
5.0 × 10−6
8.0 × 102
1.6 × 108
Penghambatan Reaksi Enzimatis • Kerja enzim dapat dihambat secara reversible atau irreversible
• Irreversible pembentukan atau pemecahan ikatan kovalen
dalam enzim • Reversible suatu senyawa dapat terikat dan kemudian dpt lepas kembali
Reversible inhibitor ini dpt dibagi : • competitive • non-competitive • un-competitive
penghambatan competitive • inhibitor bersaing dgn
substrat untuk terikat pd sisi aktif • Biasanya inhibitor berupa senyawa yg menyerupai substratnya, & mengikat enzim membentuk komplek EI • krn terikat scr reversible penghambatan nya bias, yaitu ketika ditambah substrat maka penghambatan berkurang
penghambatan non-competitive • inhibitor terikat pada sisi lain
dari enzim (bkn sisi aktif) • jadi tidak memblok pembtkan enzim-substrat komplek • Enzim mjd tidak aktif ketika inhibitor terikat walau enzim mengikat substrat • Inhibitor mengurangi konsentrasi enzim yg aktif, sehingga mempengaruhi Vmax –nya
Penghambatan un-competitive • Terikat pd sisi selain sisi
aktif enzim • Berbeda dgn noncompetitive inhibitor ini hanya terikat pd ES komplek • Sehingga tidak terikat pd enzim bebas • Vmax berubah, dan Km juga berubah
