BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Pendahuluan
Beberapa jenis molekul dapat mempengaruhi aktivitas enzim.
Aktivitas dari enzim dapat dipengaruhi oleh beberapa jenis molekul, salah
satunya adalah inhibitor. Inhibitor merupakan suatu senyawa yang dapat
menghambat atau menurunkan laju reaksi yang dikatalisis oleh enzim. Inhibitor
irreversibel atau tidak dapat balik, dimana setelah inhibitor mengikat enzim,
inhibitor 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. Sedangakan nhibitor
reversibel atau dapat balik, bekerja dengan mengikat sisi aktif enzim melalui
reaksi reversibel dan inhibitor ini dapat dipisahkan atau dilepaskan kembali
dari ikatannya. Inhibitor dapat balik terdiri dari tiga jenis, yaitu inhibitor
yang bekerja secara kompetitif, non-kompetitif, dan un-kompetitif.
Unsur-unsur
kimia pada sel hidup mengalami berbagai proses dan reaksi. Pada setiap reaksi
kimia organik, dibutuhkan katalisator. Katalisator diperlukan untuk mempercepat
proses reaksi. Namun, katalisator tidak akan berubah dan tidak akan habis oleh
reaksi tersebut. Enzim merupakan suatu biokatalis. Artinya, suatu katalisator
yang disintesis oleh organisme hidup.
Enzim
adalah golongan protein yang paling banyak terdapat dalam sel hidup, dan
mempunyai fungsi penting sebagai katalisator reaksi biokimia yang secara
kolektif membentuk metabolisme-perantara (intermediary
metbolism) dari sel. Penelitian terhadap enzim sejak beberapa tahun yang
lalu, telah menghasilkan pengertian yang lebih jelas tentang peranan enzim
dalam biologi sel, yaitu kontrol sintesis enzim dan protein lainnya secara
genetika, sifat pengatur sendiri sistem enzim, dan peranan enzim dalam berbagai
proses pertumbuhan dan diferensiasi atau pembelahan sel.
1.2
Rumusan
Masalah
1. Apa
yang di maksud dengan enzim ?
2. Bagaimana
penamaan dan klasifikasi enzim ?
3. Apa
yang di maksud dengan kinetika reaksi kimia ?
4. Bagaiamana
kinetika reaksi enzim ?
5. Bagaimana
mekanisme reaksi enzim ?
1.3
Tujuan
Penulisan
1. Untuk
mengetahui pengertian enzim.
2. Untuk
mengetahui penamaan dan klasifikasi enzim.
3. Untuk
mengetahui kinetika reaksi kimia.
4. Untuk
mengetahui kinetika reaksi enzim.
5. Untuk
mengetahui mekanisme reaksi enzim.
1.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Pengertian
Enzime
Enzim
adalah golongan protein yang paling banyak terdapat dalam sel hidup, dan
mempunyai fungsi penting sebagai katalisator reaksi biokimia yang secara
kolektif membentuk metabolisme-perantara (intermediary
metbolism) dari sel.
Pasteur,
pada tahun 1860, telah menunjukkan bahwa proses fermentasi dikatalisa oleh
enzim yang secara strukturil terikat di dalam sel ragi. Ekstraksi enzim pertama
kali di lakukan oleh Buchner pada tahun 1897, terhadap enzim sel ragi yang
berfungsi dalam fermentasi alkohol.Enzim urease dari kacang-kacangan tertentu
telah di isolasi sebagai kristal murni untk pertama kali oleh Summer dalam
tahun 1926.Kemudian Northrop dalam tahun 1930 sampai 1936 melakukan hal yang
sama terhadap enzim pepsin, tripsin, dan kimotripsin.
Penelitian
terhadap enzim sejak beberapa tahun yang lalu, telah menghasilkan pengertian
yang lebih jelas tentang peranan enzim dalam biologi sel, yaitu kontrol
sintesis enzim dan protein lainnya secara genetika, sifat pengatur sendiri sistem
enzim, dan peranan enzim dalam berbagai proses pertumbuhan dan diferensiasi
atau pembelahan sel.
2.1 Penamaan dan
klasifikasi enzim
Penamaan
enzim secara trivial, yaitu secara non-sistematik misalnya: pepsin, tripsin,
katalase, tidak dapat menerangkan sifat dan macam reaksi kimia yang terjadi.
Penamaan
dan klasifikasi enzim secara sistematik telah di tentukan oleh suatu badan
internasional bernama Commision on
Enzymes of the international Union of Biochemistry (CEIUB). Dalam sistem
yang baru ini enzim di bagi menjadi enam golongan utama, dan setiap golongan di
bagi lagi menjadi sub-golongan.
Dalam
beberapa hal tertentu, penamaan trivial masih dipakai, yaitu bila nama
sistematiknya terlalu panjang.
Klasifikasi
enzim secara international meliputi nama golongan, nomor kode, dan macam reaksi
yang di katalisisnya dan tiap golongan utama terbagi lagi menjadi
kelompok-kelompok enzim berdasarkan gugus substrat yang di serangnya :
1. Oksido-reduktase :
berperan dalam reaksi oksidasi-reduksi
2. Transferasi :
berperan dalam reaksi pemindahan gugus tertentu.
3. Hidrolase :
berperan dalam reaksi hidrolisis.
4. Liase :
mengkatalisis reaksi adisi atau pemecahan ikatan rangkap dua.
5. Isomerase :
mengkatalisis reaksi isomerisasi.
6. Ligase :
mengkatalisis reaksi pembentukan ikatan dengan bantuan pemecahan ikatan dalam
ATP.
Beberapa
contoh dari tiap golongan enzim beserta penamaan dan klasifikasinya terdapat
pada tabel 3.1.
2.3 Kinetika
Reaksi Kimia
2.3.1 Tingkat reaksi
Reaksi
kimia di klasifikasikan berdasarkan jumlah molekul yang berpartisipasi dalam
reaksi tersebut, untuk menghasilkan produk. Jadi, dapat mempunyai reaksi
monomolekuler, bimolekuler, atau termolekuler.
Reaksi
kimia juga dapat di klasifikasikan berdasarkan kinetika reaksi nya, yaitu tingkat reaksi (reaction order). Dalam
hal ini kita dapat mempunyai reaksi tingkat ke-nol tingkat pertama (first
order). tingkat kedua, atau reaksi tingkat ketiga.
Pada
reaksi tingkat pertama, laju reaksi
berbanding lurus dengan konsentrasi satu reaktan. Lalu reaksi dari A → P berbanding
lurus dengan berkurangnya reaktan A atau dengan terbentuknya hasil reaksi,
P. Laju reaksi pada waktu tertentu
adalah :
v = laju reaksi, [A] = konsentrasi reaktan A,
= berkurangnya reaktan A per satuan waktu, k =
konstanta laju reaksi.
Integral persamaan di atas,
menghasilkan :
[A0]
= konsentrasi semula dari reaktan, [A]
= konsentrasi reaktan pada waktu t. Waktu setengah umur, t ½ , dari reaksi
tingkat pertama adalah bila [A]
= ½ [Ao],
sehingga di dapatkan t ½ = 0,693/k.
Grafik konsentrasi versus t dapat di
ihat pada gambar di bawah ini
Gambar 3.1 Grafik hubungan antara
konsentrasi reaktan dengan waktu pada reaksi tingkat pertama
Untuk reaksi tingkat kedua, laju reaksi berbanding lurus dengan hasil
kali konsentrasi kedua reaktan yang berpartisipasi dalam reaksi A + B → P, Dan laju reaksi nya adalah,
,
atau
Jadi,
=
=
= k [A]
[B]
k = konstanta laju reaksi tingkat
dua.
Untuk bentuk persamaan reaksi A + A → P, akan di dapatkan persamaan
laju reaksi sebagai berikut :
2
Bentuk integral persamaan ini adalah
Dan untuk persamaan laju reaksi
sebelumnya adalah
Tabel
3.1 Suatu contoh penamaan dan penggolongan enzim
|
Penamaan
sistematik (CEIUB)
|
Nama Trivial
|
Reaksi
|
|
1. Oksidoreduktase
a. Menyerang gugus – CH – OH Alkohol : NAD oksidoreduktase
Glukosa :
oksigen oksidoreduktase
b. Menyerang gugus aldehida atau keton
Format : NAD oksidoreduktase
Piruvat :
lipoat oksidoreduktase
c. Menyerang gugus – CH – NH2
Asam amino :
oksigen oksidoreduktase
d. Menyerang H2 O2
Hidrogen-peroksida
: Hidrogenperoksida oksidoreduktase
2. Transferase
a. Memindahkan gugus fragmen 1-karbon Metiltransferase
b. Memindahkan gugus aldehida atau keto Sedoheptulosa – 7 – P
Sedoheptulosa –
7 – P
c. Memindahkan gugus
fosfat
ATP :
glukosa – 6 – P – transferase
ATP :
piruvat – P – transferase
3. Hidrolase
a. Menyerang ikatan ester
Glukono –
– laktonhidrolase
Glukosa – 6 – P
– fosfohidrolase
b. Menyerang ikatan glikosida
– 1, 4 –
glukan – 4 - glukanohidrolase
Menyerang ikatan peptida
– Karboksipeptida
amino asidohidrolase
Peptida
peptidohidrolase
d. Menyerang ikatan C – N yang bukan ikatan peptida
Urea
amidohidrolase
4. Liase
a. Terhadap ikatan C – C
2 – Asam
oksokarboksi – liase
Ketosa – 1 – P –
aldehida – liase
Sitrat oksal –
asetat – liase
5. Isomerase
a. Alanina
rasemase
b. Ribulose – 5
– P – 3 – epimerase
6.Ligase
a. Pembentukan ikatan
C – S
Asetat :
CoASH ligase
b. Pembentukan ikatan
C – C
Piruvat : Karbondioksida ligase
|
Alkohol
dehidrogenase
Glukosa
oksidase
Format
dehidrogenase
Piruvat
dehidrogenase
Asam
amino oksidase
Katalase
Transmetilase
Transketolase
Transaldolase
Glukokinase
Piruvatkonase
Glukonolaktonase
Glukosa
– 6 – fosfatase
– Amilase
Karboksipeptidase
Pepsin
Tripsin
Kimotripsin
Papain
Urease
Piruvat
dekarboksilase
Aldolase
Sitratsintase
Alanina
rasemase
Ribulosa
– P – epimerase
Asetil
– ScoA sintetase
Piruvat
Karboksilase
|
Alkohol
+ NAD+
Aldehida (atau keton ) + NADH
Glukosa + O2
glukono – S – lacton + H2O2
Format + NAD+
CO2 + NADH
Piruvat + asam lipoat
CO2 + asetildihidrolipoat
Asam amino + H2O + O2
asam
– Keton + NH3 + H2 O3
H2O2 + H2O2
O2 + 2H2O
Pemindahan gugus metil dari suatu
molekul kepada molekul yang lain
Sedoheptulosa – 7 – P +
gliseraldehida – 3 – P
Ribosa – 5 – P + Silulosa – 5 – P
Sedoheptulosa
– 7 – P + gliseraldehida – 3 – P
eritrosa – 4 – P + fruktosa – 6 – P
ATP + glukosa
ADP + glukosa – 6 – P
ATP + piruvat
ADP + fosfo – enolpiruvat
Glukono -
– lakton + H2O
asam glukonat
Glukosa – 6 – P + H2O
glukosa + H3PO4
Hidrolisis ikatan
– 1, 4 – glukan dalam polisakarida
Hidrolisis peptida dengan
melepaskan sisa asam amino ujung.
Hidrolisis peptida, terhadap
ikatan yang bertetangga dengan sisa asam amino aromatik atau dikarboksilat.
Hidrolisis peptida, terhadap
ikatan yang bertetangga sisa L – arginin atau L - lisin.
Hidrolisis peptida, terhadap
ikatan gugus karboksil dari asam amino
aromatik.
Hidrolisis peptida, terutama
terhadap ikatan dari asam amio basa, lesin, atau glisin.
Urea + H2O
CO2 + 2NH3
Piruvat
CO2 + asetaldehida
Ketosa – 1 – P
aldosa + dihidroksiaseton – P
Sitrat + CoASH
asetil – ScoA + H2O +
oksalasetat.
L – alanina
D –
alanin
Ribulosa – 5 – P
Silulosa 5 – P
ATP + asetat + CoASH
AMP + Ppi + asetil ScoA
ATP + piruvat + CO2 + H2O
ADP + Pi + oksalasetat.
|
Reaksi
tingkat ketiga, jarang terjadi, laju reaksinya berbanding lurus dengan
perkalian ketiga konsentrasi reaktan yang berpartisipasi dalam reaksi. Reaksi
yang tidak bergantung pada konsentrasi reaktan di sebut reaksi tingkat ke-nol. Banyak dari reaksi yang di katalisis
merupakan reaksi tingkat ke-nol terhadap reaktannya, sehingga laju reaksinya
hanya bergantung pada konsentrasi katalisator. Pada umumnya suatu reaksi tidak
merupakan salah satu tingkat reaksi secara ekslusif, tetapi seringkali
merupakan campuran tingkat reaksi pada komdisi-kondisi tertentu.
2.3.2 Katalisis
Suatu
reaksi kimia dapat berlangsung karena molekul – molekul reaktan A pada
suatu waktu tertentu mengalami keadaan aktif, yaitu apabila energi molekul
tersebut dalam keadaan energi pengaktifan
(gambar 3.2). Dalam keadaan demikian ikatan kimia dalam molekul itu dapat
pecah sehingga memungkinkan terbentuknya produk, P. Keadaan ketika molekul A ada
dalam keadaan aktif disebut keadaan
transisi, dan energi pengaktifan diartikan sebagai jumlah energi, dalam
kalori, yang di butuhkan oleh satu mol zat, pada temperatur tertentu, untuk
membawa semua molekul (dari satu mole zat) ke-keadaan aktifnya.
1. Energi
bebas pengaktifan suatu reaksi kimia dengan menggunakan katalisator.
2. Energi
bebas pengaktifan dari reaksi kimia tanpa katalisator.
3. Energi
bebas pengaktifan dari reaksi kebalikan, tanpa katalisator.
4.
Perubahan
energi bebas dari reaksi keseluruhan.
Gambar
3.2 Diagram nergi reaksi kimia, memakai dan tanpa katalisator
Laju
reaksi berbanding lurus dengan konsentrasisenyawa keadaan transisi
A
[keadaan transisi]
B
reaktan produk
dengan
menaikkan temperatur, julah molekul yang dapat masuk ke keadaan transisi
bertambah. Dalam banyak reaksi kimia, pertambahan suhu 100 C menyebabkan
berlipat gandanya laju reaksi.
Fungsi
katalisator adalah mempercepat reaksi kimia dengan cara menurunkan energi bebas
pengaktifan. Dalam hal ini, katalisator bergabung dengan, sedemikian rupa
sehingga dihasilkan keadaan transisi yang mempunyai energi bebas lebih rendah daripada
keadaan transisi tanpa katalisator. Setelah hasil reaksi terbentuk (produk),
katalisator dibebaskan kembali ke keadaan semula.
2.4
Kinetika Reaksi Enzim
Reaksi
enzim:
E
+ S
ES
E
+ P (3.1)
E
= enzim; S = substrat; ES = keadaan transisi daripada kompleks E dengan S; P =
hasil reaksi (produk).
Analisis
kuantitatif kinetika reaksi enzim dapat dilakukan dengan dua asas pendekatan:
(1) asas kesetimbangan menurut Michaelis-Menten, dan (2) asas teori keadaan
tunak (Steady State Theory) menurut Briggs-Haldane.
2.4.1 Pendekatan asas
kesetimbangan menurut Michaelis-Menten
Konstanta
disosiasi KM =
lihat persamaan (3.1) (3.2)
], dan [ES] adalah konsentrasi dalam
keadaan keseimbangan, masing-masing dari E, S, dan ES. Jika konsentrasi enzim
semula adalah [E0] maka konsentrasi enzim bebas yaitu:
[E]
= [E0] – [ES] = [E0] – [P] (3.3)
[ES]
= konsentrasi enzim yang berikatan dengan substrat,yangjuga sama dengan
konsentrasi produk [P]. Maka, persamaan (3.3) dimasukkan kedalam persamaan
(3.2), didapatkan: KM =
atau KM =
(3.4)
Analisis
lebih lanjut adalah sebagai berikut
KM [ES] =
[S] – [ES] [S] (3.5)
ES
=
Laju
reaksi, v = k3
atau v =
(3.6)
Bila
konsentrasi subsrat cukup besar sehingga semua enzim terikat kepadanya,
yaitu dalam bentuk kompleks ES, makaakan
didapa laju reaksi yang maksimum Vmaks
Vmaks
=
(3.7)
Bila
persamaan (3.6) dibagi dengan persamaan (3.7) yaitu:
=
Diperoleh
harga v =
(3.8)
Persamaan
ini adalah persamaan Michaelis-Menten yaitu hunungan kuantitatif antara laju
reaksi enzim dan konsentrasi substrat, bila Vmaks atau
diketahui.
Keadaan
luar biasa adalah apabila v= ½ Vmaks, sehingga
½
Vmaks =
Dan
didapat (gambar 3.3)
(3.9)
Harga
akan sama dengan konsentrasi substrat pada
waktu laju reaksi dama dengan seperdua dari laju rekasi maksimum. Satuan
adalah mol per liter.
2.4.2 Pendekatan dengan
prinsip ‘teori
keadaan tunak’ menurut Briggs-Haldane
Pada prinsip teori keadaan tunak (Steady
State Theory), laju reaksi pembentukan kompleks ES sama dengan laju reaksi pengurangan
ES menjadi P dan E (lihat persamaan (3.1))
Laju
reaksi pembentukan ES = k1 [E] [S], dan laju reaksi pengurangan ES =
k2 [ES] + k3 [P].
Dalam
keadaan tunak, bertambahnya ES per satuan waktu adalah nol.
Jadi,
=
0 = k1 [E] [S] - k2 [ES] + k3
[P] (3.10)
Apabila
dimasukkan harga [E] = [E]0 – [ES] dan [P] = [ES], diperoleh k1
[E]0 – [ES] [S] = [ES] (k2 + k3)
[ES]
=
(3.11)
Bila
pembilang dan penyebut dibagi dengan k1 maka
[ES]
=
(3.12)
Karena
menunjukan konstanta keseimbangan dari
disosiasi ES, maka
(3.13)
Jika
harga ini dimasukkan dalam persamaan (3.12) maka diperoleh
[ES]
=
Apabila
persamaan (3.13) dimasukkan ke persamaan v
= k3 [ES], didapatkan”
v
=
(3.14)
Karena
Vmaks = k3 [E]0 maka
persamaan (3.14) menjadi identik dengan (3.8)
v
=
jadi,
jelaslah bahwa hasil analisis dengankedua cara pendekatan tersebut diatas,
menghasilkan persamaan yang sama untuk hubungan antara laju reaksi enzim dengan
konsentrasi substrat. Grafik persamaan Michaelis-Menten dapat dilihat pada
gambar 3.3.
gambar
3.3 hunbungan antara laju reaksi enzim dan konsentrasi substrat menurut persamaan
Michaelis-Menten
2.4.3 Transformasi
persamaan Michaelis-Menten
Bila
kedua bagian persamaan Michaelis-Menten di atas (3.8) kita balikkan akan
didapat:
=
(3.15)
Yang
kemudian menjadi
+
(3.16)
Persamaan
(3.16) ini merupakan persamaan kebalikan berganda yang linier dari
Michaelis-Menten dan disebut persamaan Lineweaver-Burk, yang grafiknya
ditunjukkan pada gambar 3.4.
Persamaan
ini dapat memberikan informasi mengenai reaksi enzim yang diinhibisi.
Gambar
3.4 grafik Lineweaver-Burk dari
versus
dengan
merupakan sudut tangennya (kemiringan);
adalah perpotongan dengan sumbu
dan -
perpotongandengan sumbu absis
Transformasi
cara lain dilakukan dengan mengalikan kedua bagian prsamaan 3.16 dengan
Vmaks[v], sehingga diperoleh:
=
+
Dan
selanjutnya menjadi:
Vmaks
= v + v
v
=
+
Vmaks (3.17)
persamaan
3.17 ini disebur persamaan Eadie-Hofstee. Persamaan ini tidak saja menghasilkan
Vmaks dan
secara sederhana, tetapi juga memperbesar
sifat kelinieran yang mungkin terlihat kurang jelas dalam cara Lineweaver-Burk
2.4.4 Analisis
kuantitatif aktivitas enzim
Jumlah enzim dalam suatu ekstrak
jaringan, ditentukan secara kuantitatif berdasarkan efek katalisnya. Untuk
penentuan ini perlu diketahui beberapa faktor, yaitu:
1. Persamaan
reaksi yang dikatalis oleh enzim tersebut.
2. Dibutuhkan
atau tidaknya ko-faktor tertentu, seperti misalnya, ion-ion logamatau ko-enzim
(aktivitas kebanyakan enzim di bantu oleh ko-enzim, yaitu yang berperan sebagai
tempat atau bagian aktif (reaktif seat) dalam reksi enzim).
3. Pengaruh
konsentrasi substrat dan ko-faktor.
4. pH
optimum (aktivitas suatu enzim dipengaruhi pH mdium). Pada keadaan aktivitas
enzim paling besar pHnya merupakan pH optimum untuk reaksi enzim tersebut
(tabel 3.2)
Tabel 3.2 angka pH optimum beberapa enzim
|
Enzima
|
Substrat
|
pH
optimum
|
|
Pepsin
Piruvatkarboksilase
Furmarase
Katalase
Tripsin
Alkalifosfatase
Arginase
|
Albumin
telur
Hemoglobin
Piruvat
Fumarat
Malasa
H2O2
Benzoilargininamida
Benzoilarginina
etil-ester
Gliserol-3-fosfat
Arginin
|
1.5
2.2
4.8
6.5
8.0
7.6
7.7
7.0
9.5
9.7
|
5. daerah
temperatur saat enzim mantap dan mempunyai aktivitas yang tinggi. Pada sushu
yang terlalu rendah kemantapan enzim tinggi, tetapi aktivitasnya rendah.
Sedangkan pada suhu yang terlalu tinggi aktivitanya tinggi tetapi kemantapan
rendah. Daerah temperatur saat kemantapan dan aktivitas enzim cukup besar di
sebut temperatur optimum untuk enzim tersebut
6. berbagai
cara analisis yang sederhana untuk penentuan berkurangnya substratatau
bertambahnya hasil reaksi.
Penentuan aktivitas enzim tersebut
biasanya di lakukan pada pH optimum dan dengan konsentrai substrat dan
ko-faktor yang berlebih, sehingga laju reaksi yang terjadi merupakan reaksi
tingkat ke-nol (zero order reaction) terhadap substrat. Dalam hal ini laju
reaksi permulaan berbanding lurus konsentrasi enzim, sehingga faktor pembatas
laju reaksi (rate-limiting factor) yang sebenarnya adalah konsentrasi enzim.
Pangamatan reaksi biasanya ditentukan dengan penentuan terbentuknya hasil
reaksi dengan berbagai cara kimia atau spetrofotometri. Cara yang terakhir ini
lebih baik, karena dapat dilakukan secara kontinu dan dapat dicatat dalam suatu
bagan.
Menurut perjanjian internasional, satu unit aktivitas enzim adalah jumlah
enzim yang menyebabkan transformasi satu micromole (10-6 mole)
substrat per menit pada suhu 250C dalam keadan optimum sistem
tersebut. Aktivitas spesifik (specific
activity) adalah jumlah unit aktivitas enzim per milligram protein. Angka
pergantian (tumover number) adalah
angka yang menunjukan 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 permunian suatu enzim dapat dilakukan dengan lebih baik.
Angka
pergantian beberapa enzim, dalam satuan per menit pada daerah suhu 20-380
C
|
Enzim
|
Angka pergantian
|
|
Karbonikanhidrase
C
3-Ketosteroidisomerase
-Amilase
- Galaktosidase
Fosfoglukomutase
Suksinatdehidrogenase
|
36.000.000
17.100.000
1.100.000
12.500
1.240
1.150
|
2.4.5 Inhibisi reaksi enzim
Pada umumnya, proses inhibisi merupakan
suatu cara control dari pada reaksi enzim di dalam sel. Proses inhibisi reaksi
enzim ada dua macam: reversible dan ireversibel. Inhibisi ireversibel biasanya
berlangsung dalam prose destruksi atau modifikasi suatu gugus fungsi dalam
molekul enzim. Inhibisi reversible ditentukan secara kuantitatif dengan
menggunakan persamaan-persamaan kinetika Michaelis-Menten.
Ada
dua macam inhibisi reversible, yaitu: bersaing (competitive) dan tak bersaing. Inhibisi bersaing dapat
dihilangkandengan memperbesar
konsentrasi substrat, sedangkan inhibisi tak bersaing tidak dapat.
a.
Inhibisi
bersaing (competitive inhibition)
Reaksi
inhibisi malonat terhadap enzim suksinatdehidrogenase merupakan suatu contoh
reaksi inhibisi bersaing yang reversible. Dalam proses inhibiasi ini, malonat
sebagai inhibitor bersaing dengan suksinat sebagai substrat terhadap tempat (active site) yang sama pada molekul
enzim.
Derajat inhibisi yang
dicapai merupakan fungsi dari nilai banding (ratio) konsentrasi substrat dan inhibitor.
Jika E = enzim, S =
substrat, I = inhibitor bersifat bersaing ( competitive inhibitor), ES =
kompleks yang terjadi antara E dan I, maka reaksi enzim yang terjadi, yaitu:
k1
S + E
ES, Ks =
k2
k3
I + E
EI, K1 =
k4
k5
ES
E
+ P, v = k5
= konsentrasi inhibitor,
= konsentrasi enzim yang
terikat oleh inhibitor (enzim tak aktif), tanda lainya sama dengan yang
sebelumnya. Bila konsentrasi enzim semula
o.
maka
o =
+
+
atau
=
o -
-
=
konsentrasi enzim bebas
Apabila hanya
dimasukkan ke dalam persamaan maka
Ks =
Dan jika hanya
dimasukan ke dalam persamaan maka
Ks =
Atau
Dengan memasukan
dari persamaan kemudian mengevaluasi
dari persamaan yang baru ini, dan selanjutnya
memasukkan
kedalam persamaan, maka di peroleh
persamaan:
V =
Karena telah dibuktikan
sebelumnya bahwa k5
=
Vmaks, maka
V =
Atau
V =
Persamaan
ini adalah persamaan Michaelis-Menten
untuk reaksi inhibisi enim yang bersaing, yaitu merupakan hubungan kuantitatif
antar laju reaksi (v) dengan konsentrasi substrat
dan inhibitor
. Per samaan ini juga dapat diturunkan
dengan menggunakan cara pendekatan menurut prinsip Bringgs-Haldane yang telah
diuraikan di atas. Juga persamaan perbandingan
terbalik ganda dari Lineweaver-Burk dapat diturunkan dengan cara
perhitungan yang sama seperti di atas, sehingga diperoleh persamaan
=
+
(1
+
) adalah sudut tangen atau kemiringan
dari pada gafik
Versus
dan
adalah titik potong grafik dengan sumbu
ordinat
Karena Ks, Vmaks dan KI
tetap, maka kemiringan grafik merupakan fungsi
saja. Makin besar
, kemiringan bertambah besar. Terlihat
bahwa untuk konsentrasi inhibitor (
yang berubah, Ks akan berubah pula (Ks
didapat dari titik potong grafik dengan sumbu absis), sedangkan Vmaks
tetap.
b.
Inhibisi
tak bersaing (non competitive inhibition)
Pada
reaksi inhibisiini, substrat dan inhibitor masing-masing berikatan dengan enzim
pada tempat yang berbeda. Inhibitor dapat berikatan, baik dengan molekul enzim
bebas maupun dengan kompleks ES. Reaksi enzim yang terjadi adalah:
E
+ S
ES, Ks =
E
+ I
EI, KI =
EI
+ S
EIS, K’I =
ES
+ I
EIS, K’2 =
ES
E
+ P, v = k
Konsentrasi
enzim semula:
0
=
+
+
+
Dengan
menggunakan prinsip perhitungan yang sama seperti pada reaksi enzim yang
bersaing, persamaan Michaelis-Menten untuk reaksi inhibisi enzim yang tak
bersaing ini dapat diturunkan sebagai berikut:
V
=
Dan
persamaan perbandingan terbalik ganda
Linewaver-Burk adalah:
adalah kemiringan grafik
versus
dan titik potong dengan sumbu ordinat
adalah
. Ternyata baik kemiringan maupun Vmaks
akan berubah bila [I] berubah (gambar 3.6), sedangan Ks tetap.
2.4.6. Pengaruh
temperatur terhadap K
Persamaan hubungan antara temperatur
dengan konstanta keseimbangan reaksi, K, diturnkan dari persamaan termodinamika
:
∆G
= ∆H - T∆S
dan
persamaan
∆G
= - RTlnK
G
= energi bebas, H = entalpi (panas reaksi), S = entropi, R = konstanta gas, dan
T = temperatur.
Dengan
mempersamakan kedua persamaan itu, didapatkan :
∆H
- T∆S = - RTlnK
lnK
=
persamaan
ini disebut persamaan Van’t Hoff.
Se;anjutnya, untuk temperatur T1 dan T2 konstanta
kesetimbangannya adalah K1 dan K2, sedangkan ∆H, R, dan
∆S tetap. Maka:
lnK2
– lnK1 =
Persamaan
3.25 adalah turunan persamaan Van’t Hoff, yang merupakan hubungan temperatur
dengan konstanta keseimbangan, K. Persamaan ini biasaya dipakai untuk mencari
entaltpi, ∆H, suatu reaksi kesetimbangan, yaitu dengan mengukur (menghitung)
harga K pada berbagai temperatur tertentu.
2.5.
Mekanisme Reaksi Enzim
Suatu bagian yang sangat kecil dari satu
molekul besar protein enzim, berperan mengkatalis reaksi. Bagaian kecil ini
disebut bagian aktif (active site) enzim.aktivitas
katalik enzim juga ditentukan oleh struktur tiga dimensi molekul enzim
tersebut.
2.5.1. Kekhususan
Substrat
Suatu molekul substrat berikatan dengan
bagian aktif enzim melalui suatu mekanisme khas dan selektif dalam hubungan
yang disebut lock-and-key. Sebagian
enzim mempunyaia kekhususan yang mutlak terhadap substrat dan tidak akan
menyerang substrat lain meskipun strukturnya hampir sama. Sebagian lainnya
mempunyai kekhususan yang kurang dan dapat bereaksi dengan suatu golongan
substrat tertentu atau kelompok molekul sejenis. Enzim aspartase, termasuk
jenis macam yang mempunyai kekhususan tinggi, mengkatalisis reaksi adisi yang
reversibel dari ammonia pada ikatan rangkap fumarat, dan membentuk L-asparat,
Enzim ini tidak akan mengkatalisis reaksi
adisi amonia pada berbagai senyawa lainnya seperti metilfumarat, senyawa ester
atau amida daripada fumarat; dan juga tidak akan mengkatalisis reaksi deaminasi
asam amino-malonat, glutamat, atau asam α-amino monokarboksilat. Aspartase juga
mempunyai kekhususan ruang da geometri; jadi, tidak akan menyerang senyawa
D-aspartat, juga tidak pada maleat (senyawa bentuk isomer cis daripada fumarat). Kekhususan ruang juga ditentukan oleh enzim
lain, seperti laktatdehidrogenase yang khas untuk L-laktat; glutamat-deh;
drogenasa untuk L-glutamat; dan asam D-amino oksidase untuk D-asam amino saja.
Di samping hal di atas, banyak enzim yang
mempunyai kekhususan luas seperti: fosfatase yang mengkatalisis hidrolisis
senyawa ester asam fosfat; peptidase, seperti tripsin dan kimotripsin yang
mengkatalisis berbagai macam polipeptida.
Dari hasil penelitian telah diketahui dua
hal yang bersangkutan engan kekhususan peptidase. Pertama, harus adanya ikatan
kimia, dan kedua, adanya gugus fungsi tertentu pada substrat sedemikian rupa
sehingga ikatan yang terjadi menghasilkan interaksi antara substrat tersebut
dengan bagian katalitik molekul enzim.
Enzim yang mengkatalisis pemecahan ikatan
peptida pada bagian dalam rantai polipeptida disebut endopeptidase, sedangkan yang mengkatalisis pemecahan pada
ujung-ujung rantai polipeptida disebut eksopeptidase.
Kimotripsin adalah suatu endopeptidase yang khas menyerang hanya pada
ikatan peptida yang gugus karbonilnya merupakan residu asam amino aromatik,
seperti tirosin, triptofan, dan fenilalanin.
Kimotripsin
adalah suatu endopeptidase yang bagian
aktifnya terdiri atas dua bagian yag terpisah, yaitu bagian hidrofob, yang
dipakai untuk mengikat substrat, dan gugus karboksil yang berperan dalam proses
reaksi katalitik.
2.5.2. Mekanisme Enzim
Pada beberapa enzim, gugus fungsi yang
terdapat dalam bagian aktifnya, berperan
dalam reaksi katalitik. Gugus –SH yang terdapat pada bagian aktif peptidase
umpamanya, berperan sebagai katalisator dalam proses hidrolisis ikatan peptida
tertentu (gambar 3.7). Gugus imidazol pada histidin, dan gugus hidroksil yang
terdapat pada bagian aktif esterase,
bersama-sama berperan dalam proses hidrolisis ester (gambar 3.8).
Kimotripsin,
yang penelitian mekanisme reaksinya telah banyak dilakukan, menunjukkan bahwa
dalam proses katalitiknya, gugus imidazol dari pada residu histidin no. 57
(His. 57) berfungsi sebagai katalisator basa. Katalisator basa ini merangsang
penyerangan nukleofilik oleh gugus hidroksil daripada residu serin no. 195
(Ser. 195) –yang keduanya terdapat pada bagian aktif- terhadap atom karboksil
daripada gugus asil dalam substrat (gambar 3.9). Sebagai akibatnya terjadilah
perpindahan gugus asil ke gugus hidroksil daripada Ser. 195 dalam enzim,
sehingga menghasilkan kompleks enzim-asil. Tahap reaksi selanjutnya, gugus
imidazol dari His. 57 membantu proses kebalikan daripada proses pertama, yaitu
pemindahan gugus asil ke gugus asil dari luar molekul enzim, yaitu H2O,
alkohol, atau asam amino.
Ribonuklease
adalah suatu enzim yang gugus imidazol dari histidinya berfungsi dalam
mekanisme reaksi katalitik.
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
1. Enzim
adalah golongan protein yang paling banyak terdapat dalam sel hidup, dan mempunyai fungsi penting sebagai katalisator
reaksi biokimia yang secara kolektif membentuk metabolisme-perantara (intermediary metbolism) dari sel.
2. Penamaan enzim secara trivial, yaitu secara
non-sistematik misalnya: pepsin, tripsin, katalase, tidak dapat menerangkan
sifat dan macam reaksi kimia yang terjadi. Klasifikasi enzim secara
international meliputi nama golongan, nomor kode, dan macam reaksi yang di
katalisisnya dan tiap golongan utama terbagi lagi menjadi kelompok-kelompok
enzim berdasarkan gugus substrat yang di serangnya.
3. Reaksi
kimia di klasifikasikan berdasarkan jumlah molekul yang berpartisipasi dalam
reaksi tersebut, untuk menghasilkan produk. Jadi, dapat mempunyai reaksi
monomolekuler, bimolekuler, atau termolekuler.
4. Analisis
kuantitatif kinetika reaksi enzim dapat dilakukan dengan dua asas pendekatan:
(1) asas kesetimbangan menurut Michaelis-Menten, dan (2) asas teori keadaan
tunak (Steady State Theory) menurut Briggs-Haldane.
5. Suatu
bagian yang sangat kecil dari satu molekul besar protein enzim, berperan
mengkatalis reaksi. Bagaian kecil ini disebut bagian aktif (active site) enzim.aktivitas katalik enzim juga
ditentukan oleh struktur tiga dimensi molekul enzim tersebut.
3.2 Saran
Dalam penulisan
makalah ini mungkin jauh dari kesempurnaan, hal ini disebabkan oleh kurangnya
Referensi yang dimiliki oleh penulis, maka untuk itu penulis mengharapkan
kritik dan saran dari dosen pembimbing dan teman-teman demi
kesempurnaan dimasa yang akan datang
DAFTAR
PUSTAKA