Inhibitor adalah molekul yang mengikat enzim dan dapat menurunkan aktivitasnya . Tidak semua

molekul yang mengikat adalah inhibitor enzim; enzim aktivator mengikat enzim dan

meningkatkan aktivitas enzimatik .

Pengikatan inhibitor dapat menghentikan sebuah substrat dari enzim memasuki situs aktif dan / atau

menghalangi enzim dari reaksi katalisisnya.

Hampir semua enzim dapat diracuni atau dihambat oleh senyawa kimiawi tertentu. Dari penelitian

mengenai senyawa penghambat enzim, telah diperoleh informasi yang berguna mengenai spesifisitas

substrat enzim, sifat-sifat alamiah gugus fungsional pada sisi aktif, dan mekanisme aktivitas katalitik.

Senyawa penghambat enzim juga amat berguna dalam menjelaskan lintas metabolic di dalam sel.

Lebih lanjut, beberapa obat yang bermanfaat di dalam dunia kedokteran nampaknya berfungsi karena

senyawa ini dapat menghambat enzim-enzim tertentu yang mengganggu kerja sel.

Jenis-jenis penghambat enzim :1. 1.         Hambatan yang bekerja secara tidak dapat balik (irreversible inhibitor)

yaitu golongan yang bereaksi dengan, atau merusakkan suatu gugus fungsional pada molekul enzim

yang penting bagi aktivitas katalitiknya. Suatu contoh dari penghambat tak dapat balik adalah

senyawadiisoprofilfluorofosfat (DFP), yang menghambat enzim asetilkolinesterase, yang penting di

dalam transmisi impuls syaraf.

Apabila penggabungan tidak bersifat reversibel maka pendekatan Michaelis-Menten tidak dapat

dilakukan. Hambatan tidak reversible ini dapat terjadi karena inhibitor bereaksi tidak reversibel

dengan bagian tertentu pada enzim, sehingga mengakibatkan berubahnya bentuk enzim. Dengan

demikian mengurangi aktivitas katalitik enzim tersebut. Sebagai contoh inhibitor dalam hal ini ialah

molekul iodoase-tamida yang dapat bereaksi dengan gugus –SH suatu enzim tertentu.

Enzim-SH  +  ICH2CONH2  →  enzim-S-CH2CONH2  + HI

Reaksi ini berlangsung tidak reversible sehingga menghasilkan produk reaksi dengan sempurna.

Inhibitor lain ialah diisopropil fosfofluoridat. Inhibitor ini termasuk senyawa fosfor organic yang bersifat

racun, karena dapat berkaitan dengan asetilkolin esterase yang terdapat dan berfungsi pada system

syaraf pusat.

Dengan terbentuknya ester ini maka enzim tidak dapat berfungsi sebagaimana mestinya, sehingga

dapat mengganggu kerja sel syaraf pusat. Ester yang terbentuk barsifat stabil dan tidak mudah

terhidrolisis. Dengan demikian hambatan ini diakibatkan oleh diisopropilfosfoflouridat ini merupakan

hambatan tidak reversible.

1. 2.      Hambatan yang bekerja secara dapat balik (reversible inhibitor)1. a.      Hambatan kompetitif (competitive inhibition)

Suatu penghambat kompetitif berlomba dengan substrat untuk berikatan dengan sisi aktif enzim.

Tetapi, sekali terikat tidak dapat diubah oleh enzim tersebut. Ciri penghambat kompetitif adalah

penghambatan ini dapat dibalikkan atau diatasi hanya dengan meningkatkan konsentrasi substrat.

Sebagai contoh, jika suatu enzim 50% dihambat pada konsentrasi tertentu dari substrat dan

penghambat kompetitif, kita dapat mengurangi persen penghambat dengan meningkatkan

konsentrasi substrat.

Penghambat kompetitif biasanya menyerupai substrat normal pada struktur tiga dimensinya. Karena

persamaan ini, penghambat kompetitif “menipu” enzim untuk berikatan dengannya. Sebenarnya,

penghambatan kompetitif dapat dianalisa secara kuantitatif oleh teori Michaelis-Menten. Penghambat

kompetitif (I) hanya berikatan secara dapat balik dengan enzim, membentuk suatu kompleks EI

E + I ↔ EI

Akan tetapi, penghambat tidak dapat dikatalisa oleh enzim untuk menghasilkan produk yang baru.

Pengaruh inhibitor bersaing ini tidak tergantung pada konsentrasi inhibitor semata, tetapi juga pada

konsentrasi substrat. Pengaruh inhibitor dapat dihilangkan dengan cara menambah substrat dalam

konsentrasi besar. Pada konsentrasi substrat yang sangat besar, peluang terbentuknya kompleks ES

juga makin besar. Kecepatan reaksi maksimum (Vmaks) dapat tercapai pada konsentrasi substrat yang

besar. Hubungan antara kecepatan reaksi V dengan konsentrasi substrat [S] pada reaksi yang

dihambat oleh inhibitor bersaing terlihat pada Gambar 6-8.

Hubungan antara 1/V dengan l/[S] pada reaksi yang dihambat oleh inhibitor bersaing dijelaskan

dengan persamaan Lineweaver- Burk’ sebagai berikut:

Persamaan Lineweaver-Burk tersebut menunjukkan hubungan linear 1/V terhadap 1/[S] sebagaimana

tampak pada Gambat 6-9.

Jadi makin besar konsentrasi inhibitor, makin besar pula sudut kemiringan garis grafik tersebut dan

bila [I ]= 0, artinya reaksi tanpa inhibitor, kemiringan garis dinyatakan dengan harga Km/Vmaks. Titik

potong grafik dengan sumbu -X besarnya ialah:

Untuk reaksi tanpa inhibitor atau [I] = 0, maka titik ,potong dengan sumbu -x besarnya ialah        -1/Km.

Apabila harga titik potong grafik dengan sumbu -x dapat ditentukan dari hasil eksperimen, sedangkan

harga  Km dan[I] telah diketahui, dapat dihitung harga K1. Untuk memperoleh grafik Lineweaver-Burk

tersebut dapat dilakukan serangkaian eksperimen dengan [I] yang sama dengan harga [S] yang

berbeda-beda. Untuk membandingkan suatu hasil eksperimen, dapat pula dilakukan serangkaian

eksperimen lagi dengan harga [I] lain yang tetap dan harga [s] yang berbeda-beda.1. b.      Hambatan Nonkompetitif (noncompetitive inhibition)

Pada penghambatan nonkompetitif, penghambat berikatan pada sisi enzim selain sisi tempat substrat

berikatan, mengubah konformasi molekul enzim, sehingga mengakibatkan inaktifasi dapat balik sisi

katalitik. Penghambatan nonkompetitif berikatan secara dapat balik pada kedua molekul enzim bebas

dan kompleks ES, membentuk kompleks EI dan ESI yang tidak aktif :

E + I ↔ EI

ES + I ↔ ESI                                                (Lehninger. 1982 :251-255)

Hambatan tidak bersaing ini (non competitive inhibition) tidak dipengaruhi oleh besarnya konsentrasi

substrat dan inhibitor yang melakukannya disebut inhibitor tidak bersaing. Dalam hal ini inhibitor dapat

bergabung dengan enzim pada suatu bagian enzim diluar bagian aktif.

Hambatan tidak bersaing ini dapat pula diketahui grafik yang menggambarkan hubungan antara V

dengan [S], atau hubungan antara1/V dengan 1/[S]. Bila digambarkan hubungan antara V dengan [S]

maka akan terjadi grafik seperti gambar 6-10.

Adanya inhibitor akan memperkecil harga Vmaks, sedangkan harga Km tidak berubah. Grafik yang terjadi

bila digambarkan hubungaa antara 1/V terhadap 1/[S] seperti pada gambar 6-11.

Dari grafik tersebut, tampak bahwa baik grafik reaksi tanpa inhibitor maupun dengan inhibitor

memotong sumbu –x pada titik yang sama, yaitu pda harga -1/ Km. Titik potong grafik denga sumbu –y

untuk rekasi tanpa inhibitor terdapat pada harga 1/ Vmaks, sedangkan untuk reaksi dengan inhibitor tidak

bersaing terdapat pada harga :

Baik dari grafik Michaelis-Menten (Gambar 6-10) maupun grafik Lineweaver-Burk (Gambar 6-11)

tampak bahwa pada harga [S] yang sangat besar pun harga Vmaks  untuk reaksi dengan inhibitor atau

dengan kata lain hambatan tidak bersaing pada suatu reaksi tidak dapat diatasi dengan jalan

memperbesar konsentrasi substrat.

Contoh inhibitor tidak bersaing yang banyak dikenal ialah ion-ion logam berat (Cu++, Hg++ dan Ag+)

yang dapat berhubungan dengan gugus -SH yang terdapat pada sistein dalam enzim.1. c.       Hambatan Unkompetitif

Pada inhibisi unkompetitif, inhibitor tidak dapat berikatan dengan enzim bebas, namun hanya dapat

dengan komples ES. Kompleks EIS yang terbentuk kemudian menjadi tidak aktif. Jenis inhibisi ini

sangat jarang, namun dapat terjadi pada enzim-enzim multimerik.

1. 3.      Hambatan Alosetrik

Model Michaelis-Menten dapat digunakan untuk menerangkan terjadinya hambatan bersaing maupun

hambatan tidak bersaing. Namun ada beberapa enzim yang sifat kinetiknya tidak dapat diterangkan

dengan model Michaelis-Menten. Sebagai contoh bila dibuat grafik kecepatan reaksi terhadap

konsentrasi substrat, maka untuk beberapa enzim tersebut tidak terbentuk hiperbola seperti halnya

dengan enzim-enzim yang telah dibahas sebelumnya, tetapi akan terjadi grafik yang berbentuk

sigmoida (Gambar 6-12). Kelompok enzim yang mempunyai sifat demikian ini disebut alosterik.

Hambatan yang terjadi pada enzim alosterik dinamakan hambatan alosterik, sedangkan inhibitor yang

menghambat dinamakan inhibitor alosterik.

Bentuk molekul inhibitor alosterik ini berbeda dengan molekul substrat. Lagipula inhibitor alosterik

berikatan dengan enzim pada tempat diluar bagian aktif enzim. Dengan demikian hambatan ini tidak

akan dapat diatasi dengan penambahan sejumlah besar substrat. Terbentuknya ikatan antara enzim

dengan inhibitor mempengaruhi konformasi enzim, sehingga bagian aktif mengalami perubahan

bentuk. Akibatnya ialah penggabungan substrat pada bagian aktif enzim terhambat. Model hipotetis

suatu hambatan alosterik dapat dilihat pada Gambar 6-13.

Treoin sebaai substrat tidak dapat bergabung dengan enzim karena bentuk bagian aktif enzim

berubah setelah enzim berikatan dengan isoleusin sebagai inhibitor.

Kinetika

Artikel utama untuk bagian ini adalah: Kinetika enzim

Mekanisme reaksi enzimatik untuk sebuah subtrat tunggal. Enzim (E) mengikat substrat (S) dan menghasilkan produk

(P).

Kinetika enzim menginvestigasi bagaimana enzim mengikat substrat dengan mengubahnya menjadi

produk. Data laju yang digunakan dalam analisis kinetika didapatkan dari asai enzim.

Pada tahun 1902, Victor Henri[43] mengajukan suatu teori kinetika enzim yang kuantitatif, namun data

eksperimennya tidak berguna karena perhatian pada konsentrasi ion hidrogen pada saat itu masih

belum dititikberatkan. Setelah Peter Lauritz Sørensen menentukan skala pH logaritmik dan

memperkenalkan konsep penyanggaan (buffering) pada tahun 1909[44], kimiawan Jerman Leonor

Michaelisdan murid bimbingan pascadokotoralnya yang berasal dari Kanada, Maud Leonora Menten,

mengulangi eksperimen Henri dan mengkonfirmasi persamaan Henri. Persamaan ini kemudian

dikenal dengan nama Kinetika Henri-Michaelis-Menten (kadang-kadang juga hanya disebut kinetika

Michaelis-Menten).[45] Hasil kerja mereka kemudian dikembangkan lebih jauh oleh G. E. Briggs dan J.

B. S. Haldane. Penurunan persamaan kinetika yang diturunkan mereka masih digunakan secara

meluas sampai sekarang .[46]

Salah satu kontribusi utama Henri pada kinetika enzim adalah memandang reaksi enzim sebagai dua

tahapan. Pada tahap pertama, subtrat terikat ke enzim secara reversible, membentuk kompleks

enzim-substrat. Kompleks ini kadang-kadang disebut sebagai kompleks Michaelis. Enzim kemudian

mengatalisasi reaksi kimia dan melepaskan produk.

Kurva kejenuhan suatu reaksi enzim yang menunjukkan relasi antara konsentrasi substrat (S) dengan kelajuan (v).

Enzim dapat mengatalisasi reaksi dengan kelajuan mencapai jutaan reaksi per detik. Sebagai contoh,

tanpa keberadaan enzim, reaksi yang dikatalisasi oleh enzimorotidina 5'-fosfat dekarboksilase akan

memerlukan waktu 78 juta tahun untuk mengubah 50% substrat menjadi produk. Namun, apabila

enzim tersebut ditambahkan, proses ini hanya memerlukan waktu 25 milidetik.[47] Laju reaksi

bergantung pada kondisi larutan dan konsentrasi substrat. Kondisi-kondisi yang menyebabkan

denaturasi protein seperti temperatur tinggi, konsentrasi garam yang tinggi, dan nilai pH yang terlalu

tinggi atau terlalu rendah akan menghilangkan aktivitas enzim. Sedangkan peningkatan konsentrasi

substrat cenderung meningkatkan aktivitasnya. Untuk menentukan kelajuan maksimum suatu reaksi

enzimatik, konsentrasi substrat ditingkatkan sampai laju pembentukan produk yang terpantau menjadi

konstan. Hal ini ditunjukkan oleh kurva kejenuhan di samping. Kejenuhan terjadi karena seiring

dengan meningkatnya konsentrasi substrat, semakin banyak enzim bebas yang diubah menjadi

kompleks substrate-enzim ES. Pada kelajuan yang maksimum (Vmax), semua tapak aktif enzim akan

berikatan dengan substrat, dan jumlah kompleks ES adalah sama dengan jumlah total enzim yang

ada. Namun, Vmax hanyalah salah satu konstanta kinetika enzim. Jumlah substrat yang diperlukan

untuk mencapai nilai kelajuan reaksi tertentu jugalah penting. Hal ini diekspresikan olehkonstanta

Michaelis-Menten (Km), yang merupakan konsentrasi substrat yang diperlukan oleh suatu enzim untuk

mencapai setengah kelajuan maksimumnya. Setiap enzim memiliki nilai Km yang berbeda-beda untuk

suatu subtrat, dan ini dapat menunjukkan seberapa kuatnya pengikatan substrat ke enzim. Konstanta

lainnya yang juga berguna adalah kcat, yang merupakan jumlah molekul substrat yang dapat ditangani

oleh satu tapak aktif per detik.

Efisiensi suatu enzim diekspresikan oleh kcat/Km. Ia juga disebut sebagai konstanta kespesifikan dan

memasukkan tetapan kelajuan semua langkah reaksi. Karena konstanta kespesifikan mencermikan

kemampuan katalitik dan afinitas, ia dapat digunakan untuk membandingkan enzim yang satu dengan

enzim yang lain, ataupun enzim yang sama dengan substrat yang berbeda. Konstanta kespesifikan

maksimum teoritis disebut limit difusi dan nilainya sekitar 108 sampai 109 (M-1 s-1). Pada titik ini, setiap

penumbukkan enzim dengan substratnya akan menyebabkan katalisis, dan laju pembentukan produk

tidak dibatasi oleh laju reaksi, melainkan oleh laju difusi. Enzim dengan sifat demikian disebut secara

katalitik sempurna ataupun secara kinetika sempurna. Contoh enzim yang memiliki sifat seperti ini

adalah karbonat anhidrase, asetilkolinesterase, katalase, fumarase, β-laktamase, dan superoksida

dismutase.

Kinetika Michaelis-Menten bergantung pada hukum aksi massa, yang diturunkan berdasarkan

asumsi difusi bebas dan pertumbukan acak yang didorong secara termodinamik. Namun, banyak

proses-proses biokimia dan selular yang menyimpang dari kondisi ideal ini, disebabkan oleh

kesesakan makromolekuler (macromolecular crowding), perpisahan fase enzim/substrat/produk, dan

pergerakan molekul secara satu atau dua dimensi.[48] Pada situasi seperti ini, kinetika Michaelis-

Menten fraktal dapat diterapkan.[49][50][51][52]

Beberapa enzim beroperasi dengan kinetika yang lebih cepat daripada laju difusi. Hal ini tampaknya

sangat tidak mungkin. Beberapa mekanisme telah diajukan untuk menjelaskan fenomena ini.

Beberapa protein dipercayai mempercepat katalisis dengan menarik substratnya dan melakukan pra-

orientasi substrat menggunakan medan listrik dipolar. Model lainnya menggunakan penjelasan

penerowongan kuantum mekanika, walaupun penjelasan ini masih kontroversial.[53][54] Penerowongan

kuantum untuk proton telah terpantau pada triptamina.[55]

Reaksi Enzimatik

Mekanisme reaksi enzimatik untuk sebuah subtrat tunggal. Enzim (E) mengikat substrat (S) dan menghasilkan produk (P).Kinetika enzim menginvestigasi bagaimana enzim mengikat substrat dengan mengubahnya menjadi produk. Data laju yang digunakan dalam analisa kinetika didapatkan dari asai enzim.Pada tahun 1902, Victor Henri mengajukan suatu teori kinetika enzim yang kuantitatif, namun data eksperimennya tidak berguna karena perhatian pada konsentrasi ion hidrogen pada saat itu masih belum dititikberatkan. Setelah Peter Lauritz Sorense menentukan skala pH logaritmik dan memperkenalkan konsep penyanggaan (buffering) pada tahun 1909, kimiawan Jerman Leonor Michaelis dan murid bimbingan pascadokotoralnya yang berasal dari Kanada, Maud Leonora Menten, mengulangi eksperimen Henri dan mengkonfirmasi persamaan Henri. Persamaan ini kemudian dikenal dengan nama Kinetika Henri-Michaelis-Menten (kadang-kadang juga hanya disebut kinetika Michaelis-Menten). Hasil kerja mereka kemudian dikembangkan lebih jauh oleh G.E. Briggs dan J. B. S. Haldane. Penurunan persamaan kinetika yang diturunkan mereka masih digunakan secara meluas sampai sekarang.Salah satu kontribusi utama Henri pada kinetika enzim adalah memandang reaksi enzim sebagai dua tahapan. Pada tahap pertama, subtrat terikat ke enzim secara reversible, membentuk kompleks enzim-substrat. Kompleks ini kadang-kadang disebut sebagai kompleks Michaelis. Enzim kemudian mengatalisasi reaksi kimia dan melepaskan produk.

Kurva kejenuhan suatu reaksi enzim yang menunjukkan relasi antara konsentrasi substrat (S) dengan kelajuan (v).Enzim dapat mengatalisasi reaksi dengan kelajuan mencapai jutaan reaksi per detik. Sebagai contoh, tanpa keberadaan enzim, reaksi yang dikatalisasi oleh enzim orotidina 5’-fosfat dekarboksilase akan memerlukan waktu 78 juta tahun untuk mengubah 50% substrat menjadi produk. Namun, apabila enzim tersebut ditambahkan, proses ini hanya memerlukan waktu 25 milidetik. Laju reaksi bergantung pada kondisi larutan dan konsentrasi substrat. Kondisi-kondisi yang menyebabkan denaturasi protein seperti temperatur tinggi, konsentrasi garam yang tinggi, dan nilai pH yang terlalu tinggi atau terlalu rendah akan menghilangkan aktivitas enzim. Sedangkan peningkatan konsentrasi substrat cenderung meningkatkan aktivitasnya. Untuk menentukan kelajuan maksimum suatu reaksi enzimatik, konsentrasi substrat ditingkatkan sampai laju pembentukan produk yang terpantau menjadi konstan. Hal ini ditunjukkan oleh kurva kejenuhan di samping. Kejenuhan terjadi karena seiring dengan meningkatnya konsentrasi substrat, semakin banyak enzim bebas yang diubah menjadi kompleks substrate-enzim ES. Pada kelajuan yang maksimum (Vmax), semua tapak aktif enzim akan berikatan dengan substrat, dan jumlah kompleks ES adalah sama dengan jumlah total enzim yang ada. Namun, Vmax hanyalah salah satu konstanta kinetika enzim. Jumlah substrat yang diperlukan untuk mencapai nilai kelajuan reaksi tertentu jugalah penting. Hal ini diekspresikan oleh konstanta Michaelis-Menten (Km), yang merupakan konsentrasi substrat yang diperlukan oleh suatu enzim untuk mencapai setengah kelajuan maksimumnya. Setiap enzim memiliki nilai Km yang berbeda-beda untuk suatu subtrat, dan ini dapat menunjukkan seberapa kuatnya pengikatan substrat ke enzim. Konstanta lainnya yang juga berguna adalah kcat, yang merupakan jumlah molekul substrat yang dapat ditangani oleh satu tapak aktif per detik.Efisiensi suatu enzim diekspresikan oleh kcat/Km. Ia juga disebut sebagai konstanta kespesifikan dan memasukkan tetapan kelajuan semua langkah reaksi. Karena konstanta kespesifikan mencermikan kemampuan katalitik dan afinitas, ia dapat digunakan untuk membandingkan enzim yang satu dengan enzim yang lain, ataupun enzim yang sama dengan substrat yang berbeda. Konstanta kespesifikan maksimum teoritis disebut limit difusi dan nilainya sekitar 108 sampai 109 (M-1 s-1). Pada titik ini, setiap penumbukkan enzim dengan substratnya akan menyebabkan katalisis, dan laju pembentukan produk tidak dibatasi oleh laju reaksi, melainkan oleh laju difusi. Enzim dengan sifat demikian disebut secara katalitik sempurna ataupun secara kinetika sempurna. Contoh enzim yang memiliki sifat seperti ini adalah karbonat anhidrase, asetilkolinesterase, katalase, fumarase, β-laktamase, dan superoksida dismutase

Kinetika Michaelis-Menten bergantung pada hokum aksi massa, yang diturunkan berdasarkan asumsi difusi bebas dan pertumbukan acak yang didorong secara termodinamik. Namun, banyak proses-proses biokimia dan selular yang menyimpang dari kondisi ideal ini, disebabkan oleh kesesakan makromolekuler (macromolecular crowding), perpisahan fase enzim/substrat/produk, dan pergerakan molekul secara satu atau dua dimensi. Pada situasi seperti ini, kinetika Michaelis-Menten fraktal dapat diterapkan.Beberapa enzim beroperasi dengan kinetika yang lebih cepat daripada laju difusi. Hal ini tampaknya sangat tidak mungkin. Beberapa mekanisme telah diajukan untuk menjelaskan fenomena ini. Beberapa protein dipercayai mempercepat katalisis dengan menarik substratnya dan melakukan pra-orientasi substrat menggunakan medan listrik dipolar. Model lainnya menggunakan penjelasan penerowongan kuantum mekanika, walaupun penjelasan ini masih kontroversial. Penerowongan kuantum untuk proton telah terpantau pada triptamina.