LECTURE 3B: ENZYME CHARACTERISTICS · konstanta k 1111,, kk, k 222,, kk, k 3333 dan k 4444...

LECTURE 3B:

ENZYME CHARACTERISTICS

STEPS OF MODEL DERIVATION

1.1.1.1. Pembentukan ES adalah inti dari hipotesis tersebutPembentukan ES adalah inti dari hipotesis tersebutPembentukan ES adalah inti dari hipotesis tersebutPembentukan ES adalah inti dari hipotesis tersebut

3

k

1

kESE+S E+P

k

2

k

4

STEPS OF MODEL DERIVATIONSTEPS OF MODEL DERIVATIONSTEPS OF MODEL DERIVATIONSTEPS OF MODEL DERIVATION

2.2.2.2. Reaksi E dengan S terjadi dengan kecepatan kReaksi E dengan S terjadi dengan kecepatan kReaksi E dengan S terjadi dengan kecepatan kReaksi E dengan S terjadi dengan kecepatan k1111 dan dan dan dan menghasilkan kompleks ES (enzimmenghasilkan kompleks ES (enzimmenghasilkan kompleks ES (enzimmenghasilkan kompleks ES (enzim----substrat)substrat)substrat)substrat)

3.3.3.3. Kompleks ES dapat berubah menjadi E dan S bebas Kompleks ES dapat berubah menjadi E dan S bebas Kompleks ES dapat berubah menjadi E dan S bebas Kompleks ES dapat berubah menjadi E dan S bebas kembali dengan kecepatan kkembali dengan kecepatan kkembali dengan kecepatan kkembali dengan kecepatan k2222, atau , atau , atau , atau menjadi E dan P menjadi E dan P menjadi E dan P menjadi E dan P dengan kecepatan kdengan kecepatan kdengan kecepatan kdengan kecepatan k3333....

4.4.4.4. Jika kJika kJika kJika k3333 >>>>>>>> kkkk4444 , maka reaksi bersifat “irreversible”, , maka reaksi bersifat “irreversible”, , maka reaksi bersifat “irreversible”, , maka reaksi bersifat “irreversible”, sehingga produk P tidak ada yang diubah kembali sehingga produk P tidak ada yang diubah kembali sehingga produk P tidak ada yang diubah kembali sehingga produk P tidak ada yang diubah kembali menjadi substrat asal dan kmenjadi substrat asal dan kmenjadi substrat asal dan kmenjadi substrat asal dan k4 4 4 4 dapat diabaikan. dapat diabaikan. dapat diabaikan. dapat diabaikan.

5.5.5.5. Suatu hal penting yang perlu diingat adalah bahwa Suatu hal penting yang perlu diingat adalah bahwa Suatu hal penting yang perlu diingat adalah bahwa Suatu hal penting yang perlu diingat adalah bahwa konstanta kkonstanta kkonstanta kkonstanta k1111, k, k, k, k2222, k, k, k, k3333 dan kdan kdan kdan k4444 proporsional dengan proporsional dengan proporsional dengan proporsional dengan ∆∆∆∆G G G G aktivasi substrat dari reaksi yang bersangkutanaktivasi substrat dari reaksi yang bersangkutanaktivasi substrat dari reaksi yang bersangkutanaktivasi substrat dari reaksi yang bersangkutan

6.6.6.6. Pada [S] yang rendah, kebanyakan enzim berada dalam Pada [S] yang rendah, kebanyakan enzim berada dalam Pada [S] yang rendah, kebanyakan enzim berada dalam Pada [S] yang rendah, kebanyakan enzim berada dalam

(1)

bentuk bebas, sehingga penambahan S akan langsung bentuk bebas, sehingga penambahan S akan langsung bentuk bebas, sehingga penambahan S akan langsung bentuk bebas, sehingga penambahan S akan langsung terikat dengan E dan diubah menjadi P dengan terikat dengan E dan diubah menjadi P dengan terikat dengan E dan diubah menjadi P dengan terikat dengan E dan diubah menjadi P dengan demikian kecepatan awal proporsional dengan demikian kecepatan awal proporsional dengan demikian kecepatan awal proporsional dengan demikian kecepatan awal proporsional dengan peningkatan [S]peningkatan [S]peningkatan [S]peningkatan [S]

7.7.7.7. Pada [S] yang lebih tinggi, kecepatan reaksi bervariasi Pada [S] yang lebih tinggi, kecepatan reaksi bervariasi Pada [S] yang lebih tinggi, kecepatan reaksi bervariasi Pada [S] yang lebih tinggi, kecepatan reaksi bervariasi

dengan peningkatan [S] karena enzim mulai mengalami dengan peningkatan [S] karena enzim mulai mengalami dengan peningkatan [S] karena enzim mulai mengalami dengan peningkatan [S] karena enzim mulai mengalami

kejenuhankejenuhankejenuhankejenuhan

8.8.8.8. Pada [S] yang tinggi, semua enzim dijenuhi oleh Pada [S] yang tinggi, semua enzim dijenuhi oleh Pada [S] yang tinggi, semua enzim dijenuhi oleh Pada [S] yang tinggi, semua enzim dijenuhi oleh

substrat dan karenanya berada dalam bentuk kompleks substrat dan karenanya berada dalam bentuk kompleks substrat dan karenanya berada dalam bentuk kompleks substrat dan karenanya berada dalam bentuk kompleks

ESESESES

9.9.9.9. Jadi enzim dalam suatu reaksi dapat berada dalam Jadi enzim dalam suatu reaksi dapat berada dalam Jadi enzim dalam suatu reaksi dapat berada dalam Jadi enzim dalam suatu reaksi dapat berada dalam 9.9.9.9. Jadi enzim dalam suatu reaksi dapat berada dalam Jadi enzim dalam suatu reaksi dapat berada dalam Jadi enzim dalam suatu reaksi dapat berada dalam Jadi enzim dalam suatu reaksi dapat berada dalam

keadaan bebas dan terikat dengan substrat, sehingga keadaan bebas dan terikat dengan substrat, sehingga keadaan bebas dan terikat dengan substrat, sehingga keadaan bebas dan terikat dengan substrat, sehingga

total enzim secara matematis adalahtotal enzim secara matematis adalahtotal enzim secara matematis adalahtotal enzim secara matematis adalah

[E][E][E][E]0000 = [E]+[ES]= [E]+[ES]= [E]+[ES]= [E]+[ES] (2)(2)(2)(2)

10.10.10.10. Penurunan persamaan MichaelisPenurunan persamaan MichaelisPenurunan persamaan MichaelisPenurunan persamaan Michaelis----Menten Menten Menten Menten tergantung pada asumsi yang disebut tergantung pada asumsi yang disebut tergantung pada asumsi yang disebut tergantung pada asumsi yang disebut ”Briggs”Briggs”Briggs”Briggs----Haldane SteadyHaldane SteadyHaldane SteadyHaldane Steady----State”State”State”State”

11.11.11.11. Keadaan "steady state" adalah suatu keadaan Keadaan "steady state" adalah suatu keadaan Keadaan "steady state" adalah suatu keadaan Keadaan "steady state" adalah suatu keadaan dimana konsentrasi intermediat (perantara) dimana konsentrasi intermediat (perantara) dimana konsentrasi intermediat (perantara) dimana konsentrasi intermediat (perantara) ES tetap konstan, sementara konsentrasi ES tetap konstan, sementara konsentrasi ES tetap konstan, sementara konsentrasi ES tetap konstan, sementara konsentrasi ES tetap konstan, sementara konsentrasi ES tetap konstan, sementara konsentrasi ES tetap konstan, sementara konsentrasi ES tetap konstan, sementara konsentrasi substrat dan produk berubahsubstrat dan produk berubahsubstrat dan produk berubahsubstrat dan produk berubah

12.12.12.12. Keadaan demikian terjadi apabila kecepatan Keadaan demikian terjadi apabila kecepatan Keadaan demikian terjadi apabila kecepatan Keadaan demikian terjadi apabila kecepatan pembentukan ES sama dengan kecepatan pembentukan ES sama dengan kecepatan pembentukan ES sama dengan kecepatan pembentukan ES sama dengan kecepatan peruraian ESperuraian ESperuraian ESperuraian ES

13.13.13.13. Keadaan “steady” dapat dinyatakan secara Keadaan “steady” dapat dinyatakan secara Keadaan “steady” dapat dinyatakan secara Keadaan “steady” dapat dinyatakan secara matematis seperti dengan persamaan berikutmatematis seperti dengan persamaan berikutmatematis seperti dengan persamaan berikutmatematis seperti dengan persamaan berikut

δδδδ[ES]/[ES]/[ES]/[ES]/δδδδtttt = 0= 0= 0= 0 (3)(3)(3)(3)

dimana t = waktu (menit)dimana t = waktu (menit)dimana t = waktu (menit)dimana t = waktu (menit)

14.14.14.14. Pernyataan Pernyataan Pernyataan Pernyataan ∂∂∂∂[ES]/[ES]/[ES]/[ES]/∂∂∂∂t dapat ditulis dari sudut t dapat ditulis dari sudut t dapat ditulis dari sudut t dapat ditulis dari sudut 14.14.14.14. Pernyataan Pernyataan Pernyataan Pernyataan ∂∂∂∂[ES]/[ES]/[ES]/[ES]/∂∂∂∂t dapat ditulis dari sudut t dapat ditulis dari sudut t dapat ditulis dari sudut t dapat ditulis dari sudut konstanta dan konsentrasi pers (1) yaitukonstanta dan konsentrasi pers (1) yaitukonstanta dan konsentrasi pers (1) yaitukonstanta dan konsentrasi pers (1) yaituKecepatan pembentukan ESKecepatan pembentukan ESKecepatan pembentukan ESKecepatan pembentukan ES

ES = kES = kES = kES = k1111[E][S][E][S][E][S][E][S] (4a)(4a)(4a)(4a)

Kecepatan peruraian Kecepatan peruraian Kecepatan peruraian Kecepatan peruraian ESESESES

ES = (kES = (kES = (kES = (k2222 + k+ k+ k+ k3333) (ES)) (ES)) (ES)) (ES) (4b)(4b)(4b)(4b)

15.15.15.15. Dalam keadaan "steady state" kedua persaman Dalam keadaan "steady state" kedua persaman Dalam keadaan "steady state" kedua persaman Dalam keadaan "steady state" kedua persaman

(4a) dan (4b) adalah sama, sehingga(4a) dan (4b) adalah sama, sehingga(4a) dan (4b) adalah sama, sehingga(4a) dan (4b) adalah sama, sehingga

δδδδ[ES]/[ES]/[ES]/[ES]/δδδδtttt = k= k= k= k1111[E][S][E][S][E][S][E][S]----(k(k(k(k2222+k+k+k+k3333)(ES) )(ES) )(ES) )(ES)

= 0= 0= 0= 0 (5)(5)(5)(5)

16.Subsitusi E dari pers (2) kedalam pers (5) menghasilkan

k1[S][E]0 –[ES](k1[S]+k2+k3)=0 (6)

17.Pengaturan persamaan lebih lanjut

(7)

18.18.18.18. Persamaan ini dapat dimodifikasi dengan cara Persamaan ini dapat dimodifikasi dengan cara Persamaan ini dapat dimodifikasi dengan cara Persamaan ini dapat dimodifikasi dengan cara ruas kanan dibagi dengan kruas kanan dibagi dengan kruas kanan dibagi dengan kruas kanan dibagi dengan k1111

[S], [S], [S], [S],

(9)(9)(9)(9)

19.19.19.19. Karena kKarena kKarena kKarena k1111, k, k, k, k2222

, dan k, dan k, dan k, dan k3333adalah konstanta, maka adalah konstanta, maka adalah konstanta, maka adalah konstanta, maka

ketiga konstanta ini dapat dijadikan satu ketiga konstanta ini dapat dijadikan satu ketiga konstanta ini dapat dijadikan satu ketiga konstanta ini dapat dijadikan satu

]S[k/)kk(1

]E[]ES[

132

0++

=

ketiga konstanta ini dapat dijadikan satu ketiga konstanta ini dapat dijadikan satu ketiga konstanta ini dapat dijadikan satu ketiga konstanta ini dapat dijadikan satu konstanta yaitu (kkonstanta yaitu (kkonstanta yaitu (kkonstanta yaitu (k2222

+ k+ k+ k+ k3333)/k)/k)/k)/k1111

= K= K= K= KMMMMyang dikenal yang dikenal yang dikenal yang dikenal

sebagai sebagai sebagai sebagai konstanta Michaeliskonstanta Michaeliskonstanta Michaeliskonstanta Michaelis----MentenMentenMentenMenten

20.Untuk kebanyakan enzim k3 <<<<<<<< k2, sehingga KM akan mendekati (k2 + k1), sedang (k2 + k3 )/ k1 adalah Ks (konstanta dissosiasi kompleks enzim-substrat).

21.Jika KM, yang merupakan ukuran affinitas enzim akan substrat, disubsitusikan kedalam pers (9), makadisubsitusikan kedalam pers (9), maka

(10)])S/[K(1

]E[]ES[

M

0+

=

22.Kecepatan reaksi katalisis dapat dinyatakan dengan jumlah produk yang tebentuk per satuan waktu yaitu produk dari konsentrasi kompleks ES dengan kapasitas katalisis enzim k3 (turnover number).

(11)

23.Subsitusi [ES] dari pers. (11) kedalam

]ES[kt

]P[V 3=

∂∂=

23.Subsitusi [ES] dari pers. (11) kedalam pers (10) memberikan

(12)

])S/[K(1

]E[kV

M

03+

=

24.24.24.24. Pada keadaan E dijenuhi S yang berarti semua enzim Pada keadaan E dijenuhi S yang berarti semua enzim Pada keadaan E dijenuhi S yang berarti semua enzim Pada keadaan E dijenuhi S yang berarti semua enzim terikat dengan substrat dalam kompleks ES, maka V = terikat dengan substrat dalam kompleks ES, maka V = terikat dengan substrat dalam kompleks ES, maka V = terikat dengan substrat dalam kompleks ES, maka V = Vmax = kVmax = kVmax = kVmax = k3333

[E][E][E][E]0000. Kemudian persamaan diatas dapat . Kemudian persamaan diatas dapat . Kemudian persamaan diatas dapat . Kemudian persamaan diatas dapat ditulis dalam bentuk berikut.ditulis dalam bentuk berikut.ditulis dalam bentuk berikut.ditulis dalam bentuk berikut.

atau atau atau atau (13)(13)(13)(13)VV

K S=

+max

( / [ ])1V

V S

K S=

+max[ ]

[ ]25.25.25.25. Persamaan terakhir ini ad. persamaan Persamaan terakhir ini ad. persamaan Persamaan terakhir ini ad. persamaan Persamaan terakhir ini ad. persamaan MichaelisMichaelisMichaelisMichaelis----

MentenMentenMentenMenten yang secara luas digunakan utk analisis reaksi yang secara luas digunakan utk analisis reaksi yang secara luas digunakan utk analisis reaksi yang secara luas digunakan utk analisis reaksi enzim.enzim.enzim.enzim.

VK SM

=+ ( / [ ])1

VK SM

=+[ ]

26.26.26.26. Stoikiometri pers (13) adalah SStoikiometri pers (13) adalah SStoikiometri pers (13) adalah SStoikiometri pers (13) adalah S→→→→ P yaitu satu substrat dan P yaitu satu substrat dan P yaitu satu substrat dan P yaitu satu substrat dan satu produk (unisatu produk (unisatu produk (unisatu produk (uni----uni), sementara banyak reaksi yang uni), sementara banyak reaksi yang uni), sementara banyak reaksi yang uni), sementara banyak reaksi yang dikatalisis enzim melibatkan stoikiometri yang lebih dikatalisis enzim melibatkan stoikiometri yang lebih dikatalisis enzim melibatkan stoikiometri yang lebih dikatalisis enzim melibatkan stoikiometri yang lebih kompleks seperti berikut;kompleks seperti berikut;kompleks seperti berikut;kompleks seperti berikut;

S → P1 + P2 (Ui-Bi) S1 + S2 → P (Bi-Uni) S1 + S2 → P1 + P2 (Bi-Bi)

27.27.27.27. Untungnya, persamaan MichaelisUntungnya, persamaan MichaelisUntungnya, persamaan MichaelisUntungnya, persamaan Michaelis----Menten kiraMenten kiraMenten kiraMenten kira----kira berlaku kira berlaku kira berlaku kira berlaku untuk reaksi yang lebih kompleks sekalipun dengan untuk reaksi yang lebih kompleks sekalipun dengan untuk reaksi yang lebih kompleks sekalipun dengan untuk reaksi yang lebih kompleks sekalipun dengan mekanisme yang berbeda. mekanisme yang berbeda. mekanisme yang berbeda. mekanisme yang berbeda.

S1 + S2 → P1 + P2 (Bi-Bi)

THANK YOUTHANK YOU