11/19/2021 Capaian Pembelajaran : FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KERJA DAN KINETIKA ENZIM •Mahasiswa mampu menjelaskan berbagai faktor yang mempengaruhi kerja enzim 1 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 2 1 11/19/2021 Perbedaan antara energi reaktan (fase awal) dgn energi produk (fase akhir) selisih energi bebas standar (∆Gº) Agar reaksi berjalan spontan, bagaimanakah nilai ΔGº 3 Enzim mempercepat reaksi tetapi tidak mengubah keseimbangan reaksi atau ∆Gº Kesetimbangan reaksi antara Reaktan dan produk mencerminkan perbedaan energi bebas pada fase awal 4 2 11/19/2021 Kecepatan reaksi tergantung energi aktifasi ∆Gº≠ suatu pasokan energi dibutuhkan untuk mengawali suatu reaksi Energi aktifasi untuk reaksi yg dikatalis dengan enzim < dr reaksi tanpa enzim Glukosa + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O ∆Gº = -2880 kJ/mol 5 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 6 3 11/19/2021 Substrat terikat interaksi nonkovalen E + S ↔ ES ↔ EP ↔ E + P Kekuatan enzim dalam mengkatalisis suatu reaksi kemampuan enzim membawa substrat bersama-sama pd orientasi yang tepat untuk terjadinya suatu reaksi Substrat terikat pd sisi aktif yaitu cekukan pd protein yg berisi asam amino yg penting untuk terjadinya suatu reaksi kimia 7 8 4 11/19/2021 Merupakan bagian kecil dari enzim Sisi aktif merupakan suatu cekukan yang bersifat 3 dimensi. memberikan lingkungan mikro yg sesuai untuk terjadinya suatu reaksi kimia Karakteristik sisi aktif enzim Substrat terikat pada sisi aktif dengan interaksi / ikatan yang lemah. Spesifitas enzim dipengaruhi oleh asam amino yg menyusun sisi aktif suatu enzim 9 10 5 11/19/2021 Gambar sisi aktif ensim dan asam amino yang terlibat 11 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 12 6 11/19/2021 Teori untuk menjelaskan kerja enzim: Lock and Key analogy • Enzim memiliki struktur sisi spesifik yang cocok dengan substrat. • Mampu menerangkan spesifitas ensim tetapi 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 dengan substratnya. dapat menerangkan fase transisi ES komplek 13 Perbandingan model “induced fit” dan “kunci dan anak kunci” pada pengikatan substrat oleh enzim? 14 7 11/19/2021 FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KERJA ENZIM Konsentrasi Substrat pH dan suhu 15 pH setiap enzim mempunyai pH optimum utk bekerja. Faktor-faktor yg mempengaruhi kerja enzim contoh : pepsin pH 2, amylase pH 7.0 Suhu setiap kenaikan suhu 10˚C (sampai 40˚C), kecepatan reaksi naik 2 x lipatnya dan reaksi terhambat dan berhenti pada 60˚C. [S] dan atau [E] 16 8 11/19/2021 PENGARUH pH DAN SUHU Protein memiliki banyak gugus ionik perubahan pH akan mempengaruhi sisi katalitik dari enzim Pada kisaran pH ekstrim, asam dan basa mengalami inaktivasi yang irreversible, sedang diluar itu terjadi inaktivasi yang reversible Aktivitas enzim max terjadi pada kisaran pH tertentu pH opt 4,5 – 8,0 Beberapa enzim memiliki pH optimum yang ekstrim, misal: pepsin pH 1,8 dan arginase pH 10,0 Enzim yang sama tapi asalnya berbeda bisa mempunyai pH opt yang berbeda, misal : metil esterase dari kapang pH opt nya 5,0, sedangkan dari kacang merah pH opt 8,5. 17 Jika suhu meningkat maka laju reaksi enzimatis akan semakin meningkat, tetapi laju denaturasi thermal juga meningkat perlu dibuat suhu opt Pengaruh suhu terhadap reaksi katalitik enzim dan denaturasi dinyatakan dengan Persamaan Arrhenius : k = Ae-E/RT k = konstanta laju reaksi A = konstanta Arrhenius E = energi aktivasi R = konstanta ketetapan gas T = suhu absolut 18 9 11/19/2021 KINETIKA ENZIM Cabang enzimologi yang membahas faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi enzimatis Interaksi antara molekul enzim dan lingkungan terjadi pada tingkat intensitas beragam. Faktor2 yang mempengaruhi aktivitas enzim : • Konsentrasi enzim • Substrat • Senyawa inhibitor dan aktivator • pH • Jenis pelarut pada lingkungan • Kekuatan ion • suhu 19 Tabel. Berbagai faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi enzim No. Faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi Jenis 1. Konsentrasi 2. Faktor luar Faktor Konsentrasi enzim, substrat, produk, inhibitor, aktivator Suhu pH 3. Faktor dalam Keterangan yang dapat diperoleh Mekanisme reaksi, Parameter kinetika (Km, V, Ki) Parameter termodinamika dan perubahannya (G, H, S, Ea pH golongan fungsional (asam amino yang penting dalam pengikatan substrat) Konstanta dielektrik dan kekuatan ion Jenis ikatan dan muatan protein enzim Struktur substrat, Produk dan Efektor Sifat2 interaksi dengan enzim, golongan fungsional pada lokasi aktif enzim Sifat biologis enzim, asam amino yang berperan pada lokasi aktif Struktur enzim 20 10 11/19/2021 a. b. Gambar. a. Hubungan antara kecepatan awal reaksi enzim (v) dengan konsentrasi substrat (S) b. Hubungan antara konsentrasi enzim (E), kompleks enzim substrat (ES), Substrat (S) dan produk hasil reaksi (P) 21 • Perhatikan Gambar (a) : Sebelum tercapai V max, kecepatan awal reaksi enzim (v) dipengaruhi oleh konsentrasi susbtrat • Gambar (b) : Keadaan setimbang : kecepatan pembentukan ES dari E dan S = kecepatan penguraiannya = kecepatan max reaksi enzim yang dicapai pada konsentrasi substrat tertentu. Pada keadaan pra setimbang : terjadi S dan E dan P dan ES. Pada keadaan setimbang : [ ] ES mencapai max semua molekul enzim berubah menjadi ES kecepatan pembentukan ES diatur oleh k1, sedang kecepatan penguraian ES diatur oleh k1 dan k2 pada fase ini [ ] ES per satuan waktu tetap (konstan) 22 11 11/19/2021 Konsentrasi substrat satuan berat atau konsentrasi (M, mM, M) Enzim murni ; satuan berat/konsentrasi Pengukuran Parameter Reaksi Enzim Komisi Enzim Internasional tahun 1956 jumlah enzim yang melakukan katalisis yang menyebabkan perubahan 1 mol substrat/menit = Unit enzim (U) Tahun 1972 diubah 1 kat (1 katal) = jumlah enzim yang mengkatalis pengubahan 1 g mol substrat/detik : 1 kat = 1 mol/detik = 60 mol/menit = 60 x 106 mol /menit = 6 x 107 U 23 Pengukuran Parameter Reaksi Enzim (2) • Konsentrasi enzim unit/ml atau unit/mg berat protein enzim satuan spesifik aktivitas enzim. • Turnover number (bilangan balik) = jumlah mol substrat yang dapat diubah per mol enzim dalam keadaan optimum/maksimum Vmax mol S atau P/menit Bilangan Balik = --------- = ---------------------------E mol E 24 12 11/19/2021 Kcat (Sec-1) Enzim Katalase Tabel 3. Nilai kcat (Turnover number) Beberapa Jenis Enzim 40.000.000 Karbinik Anhidrase 1.000.000 Asetilkolinesterase 14.000 Penisilinase 2.000 Laktat Dehidrogenase 1.000 Kimotripsin 100 DNA Polimerase I 15 Lisozim 0.5 25 Penghambatan Reaksi Enzimatis Kerja enzim dapat dihambat secara reversible atau irreversible Irreversible pembentukan atau pemecahan ikatan kovalen dalam enzim Reversible inhibitor ini dpt dibagi : • competitive • non-competitive • un-competitive Reversible suatu senyawa dapat terikat dan kemudian dpt lepas kembali Penghambatan substrat 26 13 11/19/2021 Inaktivasi Enzim • Enzim akan mengalami denaturasi akibat : – Suhu – pH – Radiasi – Pengikatan Irreversible oleh inhibitor • Suhu dapat meningkatkan laju aktivitas enzim (thermal activation) dan menurunkan laju aktivitas enzim (thermal denaturation) 27 Pengaruh Suhu Suhu optimum untuk reaksi enzim 35 -45℃ . 28 14 11/19/2021 Pengaruh Suhu Pada suhu moderat, semakin tinggi suhu maka laju reaksi akan meningkat Ea v k2 [ E ], dimana k2 Ae RT Pada suhu tinggi, maka semakin tinggi suhu laju denaturasi akan meningkat : Ed d [E ] kd [ E ], atau [ E] [ E0 ]e kd t , dimana kd Ad e d RT dt 29 Pengaruh Suhu Pengaruh suhu terhadap laju reaksi : Ea v Ae RT [E 0 ]e k d t Energi Aktivasi 10 kcal/mol Energi Deaktivasi 100 kcal/mol 30 15 11/19/2021 Pengaruh pH pH Optimum 31 Tugas • Cari tulisan/hasil penelitian tentang penentuan aktivitas enzim untuk 1 jenis enzim, minimal dari 3 referensi 1. Bandingkan nilai aktivitas enzim dari ketiga hasil penelitian tersebut. Jika ada perbedaan, jelaskan mengapa berbeda? 2. Tuliskan cara menghitung aktivitas enzim berdasarkan referensi tersebut 32 16