2-Biokimia Enzymes, Sudjadi, UMY 3Des2015

7/24/2019 2-Biokimia Enzymes, Sudjadi, UMY 3Des2015

1/89

BiokimiaEnzim:

Pendahuluan untuk Metabolisme

3 Desember 2015 1Modifyed by Prof.Dr.Sismindari,Kuliah S1 UMY


2/89

Enzim

Apa itu enzim?

Protein Katalisis Mempercepat kecepatan suatu reaksi

tanpa terpakai dalam reaksi itu

Setiap reaksi kimia dalam suatu seldilakukan oleh ezim



3/89

Ensim

Suatu protein yang berfungsi sebagaikatalisator yang efisien dari suatu reaksi biologi

Meningkatkan kecepatan perubahan substrat

menadi produk dengan menurunkan energi akti!asi

Mampu mengenali struktur yang spesifik diantara

struktur yang serupa untuk menghasilkan produk

yang unik

12 Desember 2013 Modifyed by Prof.Dr.Sismindari,Kuliah S1 UMY

3


4/89

Enzim

Menurunkan Energi akti!asi "EA#yang

diperlukan untuk melakukan a$al reaksi"start reaction#



5/89

Profil Energi dari suatu reaksi

%eaktan akan

menyerap energi

untuk menadi stabil

"EA#&

Energi bebas dari

reaktan akan

meningkat

"transition state#

unstable

Copyright '2005 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings



6/89

Perlu dicatat dan diingat bahwa :

Enzim menurunkan energi akti!asi&

(idak memengaruhi )&



7/89

Enzim menurunkan penghalang energi akti!asi

*) is not changed




8/89

+agaimana enzim menaikkan kecepatan

reaksi kimia?

Enzim berikatan dgn substrat nyadan secara bersama akan berubahkonformasinya secara tepat untukdapat melakukan reaksi&

(erikatnya substrat tsb energi

akti!asi reaksi menurun

Enzim hanya mengkatalisis suatureaksi, tidak digunakan dalamreaksi tersebut&

enzim + A + B C + D + enzyme


9/89

+agaimana enzim menurunkan EA?

-ika ada dua reaktan, sisi aktif menyediakan tempatuntuk keduanya sehingga bisa melakukan reaksi

Enzim "karena merupakan terpacu utk cocok

induced fit# memungkinkan untuk merentang dangbengkok dalam berikatan dengan molekul

Sisi aktif asam amino secara langsung atau tidak

langsung berperan dalam reaksi Sisi aktif menyediakan lingkungancukup



10/89

%eaksi Enzimatik

Sebagian besar reaksi yang dikatalisis

enzim adalah re!ersibel

dengan reaksi yang teradi tergantung padakonsentrasi relatif dari reaktan dan produk

enzim akan mengkatalisis reaksi dalam

kondisi keseimbangan

A . + A+



11/89

/arakteristik Enzim

0& Menurunkan energi akti!asi dari suatu reaksi

1& Meningkatkan kecepatan reaksi, tetapi ika tidak

ada enzim, reaksi tidak akan beralan&

2& (idak digunakan dan tidak berubah dalam prosesreaksi tersebut

3& Menunukkan spesifisitas, kompetisi,dan

saturasi&


12/89

Perbedaan dengan katalis yang lain

1. Spesifik

Beberapa enzymes sangat spesifik, hanya

mengkatalisis reaksi satu tipe molekul (substrat)

saja

Beberapa mengkatalisis satu famili dari reaksi

yg serupa

Konformasi sangat penting

2. Terkendali


13/89

Definisi

Enzim = Katalis biologi

Substrat = molekul yang berikatan pada

enzim untuk kmd reaksinya dikatalisis

Go = Energi bebas energi yg dilepas ataudigunakan dlm reaksi kimia.


14/89

A& Model lock4and4keylock4and4key ::substrat berikatan

pada bagian dari ensim dengan bentuk yang

komplemen


15/89

5katan Substrat

Lock and Key odel

!nduced "it odel


16/89

/ofaktorAkti!itas enzim tergantung pada ikatan molekul binding

molekul inorganik tertentu sebelum substrat berikatan&E6amples are 7a1.and Mg1.&


17/89

/ofaktorEnzyme acti#ity relies on the binding o$ certain

inorganic moleculesbe$ore substrate binding canoccur% E&am'les are Ca(+and g(+%

8 99


18/89


18


19/89

/onsep mum Enzymes

7atalytic Proteins Meningkatkan kecepatan reaksi tanpa

digunakan dalam reaksi tersebut Setiap reaksi di dalam sel dikatalisis oleh

ensim



20/89

;hat an enzyme does

E + ) E) EP E + P

Enzim *E mengikatsubstrat *) dan

mengubahnya menadi 'roduk *P%

/mdn E mengulangi siklus lagi%

,adi- ) P



21/89


21

Contoh


22/89

Enzim

Aksi pada molekul yang disebut sbg substrat substrate-specific

sucrose . >1< glucose . fructosesucrase




23/89

Enzim

=alam melakukan reaksi enzim akan mengadakan

pengikatan dengan substratpada lokasi tertentu

dari enzimdisebut acti#esite

hanya beberapa asam amino yang membentuk acti!e site sisanya merupakan pemberi !asilitas untuk acti!e site

;eak binding forces hold substrate

>ydrogen bonding, 5onic bonds

7onformasi enzyme berubah saat substrate terikat 4

.!nduced $it/



24/89

5nduced fitbet$een an enzymes

acti!e site and its substrate

substrate

Enzyme4substrate comple6

Copyright '2005 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings12 Desember 2013 24Modifyed by Prof.Dr.Sismindari,

Kuliah S1 UMY


25/89

(he catalytic cycle of an enzyme


Kuliah S1 UMY


26/89



27/89



28/89


28

@actate dehydrogenase ,


29/89



30/89


30

Aspartate amino transferase

use pyrido6al Pe6okinase or

)lucokinase do notutilize cofactor


31/89



32/89

Enzymatic hydrolysis of sucrose by

the enzyme sucrase

carry out the chemical reactions bet$een molecules

in!ol!es bond breaking and bond forming


Kuliah S1 UMY


33/89

12 Desember 2013 Modifyed by Prof.Dr.Sismindari,Kuliah S1 UMY 33


34/89



35/89



36/89



37/89


Apoenzyme . 7ofactor>oloenzyme


38/89

Enzyme 7ofactors

Co$actor Enzyme

Coenzymes (hiamine pyrophosphat Pyru!ate dehydrogenase

la!in adenin nucleotide Monoamine o6idase

Pyrido6al phosphate )lycogen phosphorilase

7oenzyme A "7oA# Asetyl 7oA carbo6ylase

+iotin Pyru!ate carbo6ylase

B4deo6yadenosyl cobalamine Methylmalonyl mutase

(etrahydrofolate (hymidilate synthase

etal

Mg1. >e6okinase

Mo Citrate reductase

Se )lutathione pero6idase

/. Propionyl 7oA 7arbo6ylase



39/89

Cikotinamid Adenin dinukleotida "CA=# dan Cikotinamid

Adenin dinukleotida fosfat "CA=P# : bentuk koensim

dari Ciasinterlibat dalam reaksi oksidasi4reduksi

CA=. dan CA=P.bentuk teroksidasi CA=> dan CA=P> bentuk tereduksi

Malat oksaloasetat


CA=. CA=> . >.

Malat dehidrogenase


40/89

la!in mono nukleotida "MC# dan fla!in adenin

dinukleotida "A=# : bentuk koensim ribofla!in

As suksinat . A= as fumarat . A=>1


7 D 77 4 7 Suksinat dehidrogenase


41/89

Peran logam pada oksidasi reduksi

@ogamkation Mn1. , Ca., /.terikat langsung pada

enzim untuk menstabilkan konformasi Enzim4substrat&

Pada piru!at kinase , /. , menginduksi perubahan

konformasi

7usisi aktif dari dopamin 4hidroksilase mengandung7u . bereaksi dgn


42/89


+agaimana mengukur akti!itas enzim ?


43/89

Apakah yang diukur ?Pengukuran dapat disebut sbg analisis enzim

Penurunankadar substrat atau

Peningkatan kadar produk

mumnya ditentukan dari perubahan absorbansi

H 2H s 0 min 1 min 3 min I min


Akti!itas enzyme sering ditentukan sebagai


44/89

Akti!itas enzyme sering ditentukan sebagai

perubahan $arna

;aktumenit

Absorbansi

) P

/enaikan absorban tidak

linier&

5ni disebabkan karena adanya

reaksi balik, uga kadang ada

efek penghambatan reaksidari produk



45/89

Akti!itas enzim kerap diukur adanya perubahan $arna

$aktu

Absorbansi

Selalu diukur kecepatan a$al

=inyatakan sbg A0waktu*#o%


/ d hi


46/89

/eadaan yang mempengaruhi

akti!itas enzim

Pilih kondisi paling baik, dengan mempertimbangkanbeberapa !ariabelyang mempengaruhi reaksi:

temperatur

p>

konsentrasi enzimkonsentrasi substrat

co4faktor

inhibitorntuk optimasisemua dibuat tetap kecuali 0

!ariabel&



47/89

Perubahan konsentrasi substrat

AEmin"

!o

#

JSubstrateK

/ecepatan mencapai plateau4Enzim dienuhi Substrat

12 Desember 2013 47Modifyed by Prof.Dr.Sismindari,

Kuliah S1 UMY


48/89

Afinitas Enzyme untuk substrate "/m#

E + ) E) EP E + PE + ) E)


Kuliah S1 UMY

/m D JEK&JSKJESK

Saat E D L saturasi dgn S"!oD L ma6#

maka JESK D JEK dan /m D JSK

nits adalah M "moll#

/m adalah konsentrasisubstrat pada

!oD L ma6&

/m rendah D afinitas

tinggi

/m tinggi D afinitas

rendah


49/89

/m memberikan informasi:


Kuliah S1 UMY

/M menunukkan seberapa efisien enzim

menseleksi substrat dan mengubahnya menadi

produk&

Semakin kecil nilai /Msemakin efektif enzim terhadap

konsentrasi substrat yang rendah&

Cilai /M unik bergantung pada pasangan enzim4substrat nilai /M

dapat digunakan sebagai parameter pembanding akti!itas berbagai

macam enzim terhadap satu substrat yang sama atau untuk menilai

kemampuan berbagai enis substrat untuk dikenali oleh satu enzim

tertentu&-adi /M merupakan parameter afinitas enzim

terhadap substrat,


50/89

Sebagai contoh ttg 1 enzim

1lucose 1lucose232 P

A4P ADP

5e&okinase and glucokinasemampu mengkatalisis reaksi tsb

/m funtuk glucose:

5e&okinase: 6%7 m 1lucokinase: 76 m

8ele#ansi: kadar gula darah normalnya 9 m- shghe&okinase bekera dgn baik- tt' glucokinase hanya akti#e

di li#er setelah makan%


Kuliah S1 UMY


51/89

)lucose, he6okinase dan glucokinase

AEmin"

!o

+

)lucose concentration "mM#

9 76 79 (6 (9

glucokinase

he&okinase


Kuliah S1 UMY


52/89

/eterbatasan grafik Michaelis4Menten

Sulit untuk bisa mencapai ma6, krn

akan banyak kesalahan dalam

menentukan slope

-uga akan mengalami kesulitan dalam

menghitung pola inhibisi

Perlu dirubah dari kur!a hyperbolic menadi grslurus dg mengubah menadi 0o dan 0S

@ine$ea!er4+urk


Kuliah S1 UMY


53/89

Perubahan konsentrasi substrat

AEmin"

!o

+

JSubstrateK

;ma&

Km

70(;ma&;e should assay

enzyme $ith

unlimitedsubstrate&


Kuliah S1 UMY


54/89

@ine$ea!er4+urk plot

0

!o

0

JSK

27

Km

7;ma&


Kuliah S1 UMY


55/89

Measuring enzyme acti!ity

Measure initial rate

>a!e substrate in e6cess

Plot data 4 JSK !s rate "H#

4 0JSK !s 0H "@ine$ea!er 4+urk#

7heck that acti!ity is proportional to enzyme

concentration


Kuliah S1 UMY

Ak i i i k di k d b h


56/89

Akti!itas enzim kerap diukur adanya perubahan $arna

$aktu

Absorban

si

Selalu diukur kecepatan a$al

=inyatakan sbg A0waktu*#o%


Kuliah S1 UMY

;h t i i ki ti ?


57/89

Enzymes speed up the chemical reactions& >o$e!er, the speed of any

particular reaction being catalysed by a particular enzyme can only

reach a certain ma6imum !alue& (his rate is kno$n as ma6&

ma6 is defined as the ma6imum initial !elocity of the enzyme catalysed

reaction under the gi!en conditions& 5t is the limiting !alue that o

approaches as the substrate concentration approaches infinity&

ma6 is measured in units of Nuantity of substrate transformed per unit

time for a gi!en concentration of enzyme&

o is the initial rate of reaction& (his has to be used because the rate of

some reactions decreases $ith time due to things like feedbackinhibition&

;hat is ma6 in enzyme kinetics?


58/89

)aturation o$ enzymes occurs when

substrates become so abundant that

allenzymes are 'artici'ating $ully%


59/89

!ncreasing the a#ailability o$ enzymes

results in an increased rate o$ reaction%


60/89

Efek Physiologi dari perubahan harga /m enzyme

Sensiti!itas "yg tdk biasa# dari org Asia thd alkohol:

+brp org -epang O 7hinadengan sedikit alchohol

sdh mampu menghasilkan !asodilatationfacial

flushing

=isebabkan adanya acetaldehyde yg dihasilkan darialchohol dehydrogenase di li!er

Acetaldehyde biasanya dihilangkan oleh mitochondrial

dehydrogenaseyang tidak dipunyai org Asia

5ndi!idu tersebut hanya mempunyai cytosolic enzymedgn /m tinggi

12 Desember 2013 Modifyed by Prof.Dr.Sismindari,

Kuliah S1 UMY

60


61/89

Specificitas dari celah menelaskan

spesifitas protease "residues 0I, 10Q and 11Q#

Chymotry'sin 4ry'sin Elastase aromatic basic small- uncharged

=iagram from +randen O (ooze, 00

12 Desember 201361

Modifyed by Prof.Dr.Sismindari,Kuliah S1 UMY


62/89

actors Affecting Enzyme Acti!ity

/ofaktor +eberapa enzim memerlukan molekul lain

supaya aktif r 5ons 4 Mg1., e1., Rn1.

/oenzim Enzim lain memerlukan molekul organik

!itamin


Kuliah S1 UMY


63/89


5nhibitor

Penghambatan selektif enzim tertentu

(-enis

5rre!ersible

+erikatan ko!alen dg enzim

Enzim menadi tidak aktif

%e!ersible /ompetitif

Con4kompetitif


Kuliah S1 UMY


64/89


%e!ersible 5nhibition

7ompetiti!e

+erikatan pd lokus aktif spt substrat

Menghalangi substrat berikatan disitu

Con4competiti!e

+erikatan pada sisi lain "bukan pada lokus

aktif# Mengubah konformasi enzim dan lokus aktif

shg substrat tdk dpt berikatan


Kuliah S1 UMY


65/89

Enzyme 5nhibition 4 normal binding



Kuliah S1 UMY


66/89

Enzyme 5nhibition 4 7ompetiti!e



Kuliah S1 UMY


67/89

7ompetiti!e inhibition

7

#o

0

JSK

27

Km

/mnaik

ieafinitas turun

ma6tdk berubah

+ inhibitor


Kuliah S1 UMY


68/89

Com'etiti#e inhibition

/m naik "afinitar thdp substrat turun#&hargama6 tetap "dapat diatasi dengan menaikkan

konsentrasi substrat#&

7ontoh:

/eracunan ethylene glycol dpt diatasi dgn

pemberian ethanol keduanya substratalcohol dehydrogenase%


Kuliah S1 UMY


69/89

Enzyme 5nhibition 4 Concompetiti!e



Kuliah S1 UMY


70/89

Enzyme 5nhibition 4 normal binding



Kuliah S1 UMY

/ondisi

normal

< titi i hibiti


71/89


72/89

Con4competiti!e inhibition

Con4competiti!e inhibitors bind either enzyme or

ES comple6&E6ample: lead inacti!ates enzyme&

5nhibitor binds irre!ersibly&

5t decreases ma6"lo$ers enzyme acti!ity#&

5t does not affect /m"no effect on S binding#&

(his inhibition essentially lo$ers theconcentration of acti!e enzyme&


Kuliah S1 UMY


73/89

/orelasi klinik dari inhibitor ensim

5nhibitor 6antin oksidase " diisolasi dari

tanaman#

)out : penyakit inflamasi yg disebabkan karena

o!erproduksi atau tdk disekresinya asamurat

"hasil degradasi purin#

(ahap akhir dari metabolisme purine dikatalisis

oleh 6antin oksidase

(erapi dengan alopurinol, Chrysanthemum

sinenseyg merupakan inhibitor 6antin oksidase


Kuliah S1 UMY

73


74/89

=esign of a Selecti!e inhibitor

Early step of the synthesis of prostaglandine in!ol!e 7


75/89

k


76/89

kcatkcatis the turno!er number of an enzyme-umlah molekul substrat yg menadi produk dalam $aktu satu detik oleh

satu molekul enzim, ketika enzim dienuhi dg substrat

&


Kuliah S1 UMY

kcat"s40#

7atalase 360HT"umlah substrat yg menadi

produk0 mol Edetik#


77/89

7atalytic efficiency

kcat /m kcat/m

"s40

# "M# "M40

&s40

#

7atalase 360HT 0&0 2&T60HT

umarase I60H1 B60H4Q 0&Q60HI


Kuliah S1 UMY


78/89

Specificity constant

=inyatakan sebagai kcat/m

7ara baik untuk membandingkan Efisiensi suatu enzim thdp substrat

berbeda Enzim tipe asli dan mutan

Satuannya M40& s40


Kuliah S1 UMY


79/89


80/89


Kuliah S1 UMY

80

Strayer Tthedition

%egulatory Strategy

A(7ase: aspartate transcarbamoylase


81/89

Allosteric%egulation


Kuliah S1 UMY


82/89

7ooperati!ity:

a type of Allosteric %egulation


Kuliah S1 UMY


83/89

eedback 5nhibition

7ommon method of metabolic control

End product of a metabolic path$ay binds

to an allosteric site on an enzymecatalyzing a step early in the path$ay


Kuliah S1 UMY

db k


84/89

eedback

5nhibition

End product of the

metabolic path$ay

binds to anallostericsite of key enzyme in

the path$ay

;hen enough of the

product has been

made,the path$ay shuts

do$n&


Kuliah S1 UMY

(h itt d t


85/89

(he committed step

A B C D E

"

1

5

, K L

2-Biokimia Enzymes, Sudjadi, UMY 3Des2015

Documents

Transcript of 2-Biokimia Enzymes, Sudjadi, UMY 3Des2015