Biokatalisis:

Kinetika dan Inhibisi enzim  

UMM

2015

Setelah mengikuti perkuliahan ini mahasiswa diharapkan:

1. Mengetahui tentang enzim dan memahami pentingnya enzim dalam ilmu farmasi dan obat. Mengetahui dasar katalisis enzimatik, konsep umum, terminology, dan sifat enzim, spesifisitas, dan bagaimana enzim bekerja (tinjauan umum).

2. Mengetahui dan mengerti tentang dasar kinetika enzim, persamaan Michaelis-Menten, batasan, implikasi, pengamatan (plot kurva) dan sejauhmana pentingnya, relevansi dan interpretasi persamaan dan terminologinya, definisi parameter kinetika (Km, kcat, kcat/Km).

3. Mampu mendefinisikan inhibitor enzim, peran dan pentingnya, serta definisi dan perbedaan antara inhibisi reversibel dan tak reversibel inhibisi kompeteitif dan non-kompetitif, makna dan relevansi Ki, kurva Lineweaver-Burk dan interpretasinya;

contoh berbagai jenis inhibitor.

Sub Topik

I. Konsep umum biokatalisis;

II. Kinetika enzim

III. Inhibisi enzim: reversibel, kompetitif dan

non-kompetitif

I. KONSEP UMUM BIOKATALIS

• Enzim berfungsi sebagai biokatalisator, artinya mempercepat jalannya reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi

Energi aktivasi adalah energi yang diperlukan untuk mengaktifkan suatureaktan sehingga dapat bereaksi untukmembentuk senyawa lain.

ENZIM ?

• Enzim adalah protein yang mengkatalisis reaksi-reaksi biokimia. Enzim biasanya terdapat dalam sel dengan konsentrasi yang sangat rendah, dimana mereka dapat meningkatkan laju reaksi tanpa mengubah posisi kesetimbangan; artinya baik laju reaksi maupun laju reaksi kebalikannya ditingkatkan dengan kelipatan yang sama.

• Enzim diproduksi di sitoplasma

Karakteristik Enzim• Enzim mempercepat reaksi kimia tetapi tidak

mempengaruhi keseimbangan akhir.• Enzim hanya diperlukan dalam jumlah kecil

untuk mengubah sejumlah besar molekul.• Enzim hanya akan berfungsi pada kondisi pH,

temperatur, konsentrasi substrat, kofaktor tertentu.

• Enzim bersifat spesifik (khusus) artinya enzim hanya mengkatalisis reaksi dalam skala kecil atau dalam beberapa kasus hanya mengkatalis satu reaksi.

ENZIM

ENZIM

SEDERHANA

KONJUGASI/HALOENZIM

PROTEIN

PROTEIN BUKAN PROTEIN

APOENZIM GUGUS PROSTETIK

ORGANIK = KOENZIM ANORGANIK = KOFAKTOR

Untuk aktivitasnya enzim sering memerlukan adanya gugus non protein yaitu ko-faktor.

Istilah gugus prostetik digunakan untuk ko-faktor yang terikat kuat oleh ikatan kovalen

terhadap protein enzim, sedangkan koenzim untuk senyawa yang ikatannya kurang kuat terhadap enzim. Bagian protein dari enzim dinamakan apoenzim, sedangkan enzim

yang lengkap dinamakan holoenzim.

• KOENZIM :- Coenzyme A- Flavin mononucleotide- Flavin Adenine dinucleotide- Nicotinamide adenine

dinucleotide- Adinine dinucleotide

phosphat- Thiamine pyrophosphat- Tetrahydrofolate- Deoxyadenosyl cobalamin- Pyridoxal phosphat

KOFAKTOR- Zn2+- Fe2+

• Enzim mimiliki sisi aktif = bagian yang berikatan dengan subtrat

Mekanisme kerja enzim

• E + S ES E + P

Dua model ikatan enzim

Penggolongan enzim

Tempat bekerjanya Cara

terbentuknya

Subtrat yang dikatalisnya

Daya katalisnya

Tempat bekerjanya

• Endo enzim = intraseluler

berkerja di dalam sel

• Eksoenzim = ekstraseluler

bekerja di luar sel

Cara terbentuknya

• Enzim konstitutif

Enzim yang jumlahnya tetap dalam sel, tidak dipengaruhi subtrat

• Enzim adapatif

Enzim yang pembentukannya dirangsang oleh adanya substrat

Subtrat yang dikatalisnya

• Protease

• Amilase

• Lipase

• Laktase

• Seloluse

Daya katalis• Oksidoreduktase

Enzim yang mengkatalisis reaksi oksidasi-reduksi, yang merupakan pemindahan elektron, hidrogen atau oksigen.

contoh, oksigenase, dehidrogenase,b. Transferase

Enzim yang mengkatalisis pemindahan gugusan molekul dari suatu molekul kemolekul yang lain.contoh, Transaminase, Transfosforilase, dan Transasilase.

• Hidrolase

Enzim yang mengkatalisis reaksi-reaksi hidrolisis

Contoh : Karboksilesterase, Kitinase, Peptidase, dll

• Liase

Enzim yang mengkatalisis pengambilan atau penambahan gugusan dari suatu molekul tanpa melalui proses hidrolisis

Contoh : L malat hidroliase (fumarase), Dekarboksiliase (dekarboksilase)

. IsomeraseEnzim yang mengkatalisis reaksi isomerisasiContoh : - Rasemase, merubah l-alanin D-alanin- Epimerase, merubah D-ribulosa-5-fosfat D-

xylulosa-5-fosfat- Cis-trans isomerase, merubah

transmetinal cisrentolal- Intramolekul ketol isomerase, merubah D-

gliseraldehid-3-fosfat dihidroksi aseton fosfat- Intramolekul transferase atau mutase,

merubah metilmalonil-CoA suksinil-CoA

• Ligase

Enzim yang mengkatalisis reaksi penggabungan 2 molekul dengan dibebaskannya molekul pirofosfat dari nukleosida trifosfat

contoh adalah enzim asetat=CoASH

ligase yang mengkatalisis rekasi sebagai berikut:

Asetat + CoA-SH + ATP Asetil CoA + AMP + P-P

Kinetika enzim

• Aktivitas enzim = kecepatan enzim untuk melakukan katalis pada subtrat, satuannya Unit (U)

• 1 U = Jumlah enzim yang melakukan katalis sehingga terjadi perubahan 1 mikronmol subtrat per menit pada suhu 25oC

Model Michaelis-Menten• Model ini menggambarkan katalis enzim

dengan konsep sebagai berikut :

. Persamaan Michaelis-Menten

Vmax [S]Vinit = KM + [S]

Km = k2 + k3

k1

• E + S ES E + Pk1

k2

k3

• Km (Konstanta Minhaelis) menggambarkan kesetimbangan disosiasi kompleks ES menjadi enzim dan substrat.

• Nilai Km kecil berarti enzim mempunyai afinitas tinggi terhadap substrat maka kompleks ES sangat mantap, sehingga kesetimbangan reaksi kearah kompleks ES.

• Apabila nilai Km besar berarti enzim mempunyai afinitas rendah terhadap substrat, sehingga kesetimbangan reaksi kearah E + S.

Km = k2 + k3

k1

Aktivitas enzim tergantung kepada :- Konsentrasi subtrat- Konsentrasi enzim- pH- suhu

- Konsentrasi enzim

Pada situasi dimana konsentrasi subtrat jenuh, peningkatan konsentrasi enzim akan menyebabkan kecepatan enzim juga meningkat

- SuhuSetiap jenis enzim memiliki aktivitas maksimal pada suhu tertentu

- pHSetiap jenis enzim memiliki aktivitas maksimal pada pH tertentu

. Inhibitor kompetitif Senyawa tertentu yang mempunyai struktur mirip dengan substrat saat reaksi enzimatik akan terjadi.Contoh : asam malonatInhibitor ini dapat diatasi dengan menambah jumlah substrat sampai berlebihan.

Inhibitor enzim = zat atau senyawa yang dapat menghambat enzim-

• INHIBITOR NON KEMPETITIF• Zat-zat kimia tertentu

mempunyai afinitas yang tinggi terhadap ion logam penyusun enzim.

• Senyawa penghambat untuk enzim yang mengandung Fe, yaitu dengan terjadinya reaksi antara senyawa-senyawa tersebut dengan ion Fe yang menyebabkan enzim menjadi tidak aktif.

• Merkuri (Hg) dan perak (Ag) merupakan penghambat enzim yang mengandung gugusan sulfhidril (-SH).

• Inhibitor irreversible

- Senyawa penghambat yang terikat kuat pada sisi aktif enzim

- Ikatan tersebut adalah ikatan kovalen

- Enzim menjadi inaktif secara permanen

- Contoh : diisopropylfluorophosphat, iodoacetamide, dan penicillin

• Feed Back InhibitorPenghambatan yang disebabkan oleh hasil akhir suatu rangkaian reaksi enzimatik yang menghambat aktifitas enzim pada reaksi pertama. Hasil akhir reaksi juga mempengaruhi pembentukan enzim, yang dapat digambarkan sebagai berikut:

Enzim a Enzim b Enzim c Enzim d

A B C D • A B C D X• Keterangan: A,B,C,D: substrat enzim a,b,c,d.• X: hasil akhir reaksi enzimatik yang menghambat

sintesis enzim a.

X

• Inhibitor Represor

- Represor adalah hasil akhir suatu rangkaian reaksi enzimatik yang dapat mempengaruhi atau mengatur pembentukan enzim-enzim pada reaksi sebelumnya.

- Gambaran skematik reaksinya adalah sebagai berikut:

Enzim a Enzim b Enzim c Enzim d

A B C D

Keterangan: A,B,C,D: substrat enzim a,b,c,d.

X: hasil akhir reaksi enzimatik yang menghambat sintesis enzim a,b,c,d.

X

• Alosterik inhibitor

Penghambat yang dapat mempengaruhi enzim alosterik. - Enzim alosterik adalah enzim yang mempunyai dua

bagian aktif, yaitu bagian aktif yang menangkap substrat dan bagian yang menangkap penghambat.

- Apabila ada senyawa yang dapat memasuki bagian yang menangkap penghambat maka enzim menjadi tidak aktif, senyawa penghambat tersebut merupakan penghambat alosterik.

- Struktur senyawa penghambat alosterik tidak mirip dengan struktur substrat.

- Apabila enzim menangkap substrat maka penghambat tidak dapat terikat pada enzim, sehingga enzim dapat aktif mereaksikan substrat menjadi produk.