8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
1/40
KINETIKA REAKSI ENZIM-KATALIS
Ghilandy Ramadhan
1206242012
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
2/40
KINETIKA
REAKSI
ENZIM-
KATALIS
KOMPLEKS ENZIM-SUBTRAT & AKSI
ENZIM
KINETIKA ENZIM SEDERHANA
DENGAN 1 ATAU 2 SUBSTRAT
KINETIKA MICHAELIS-MENTEN
EVALUASI PARAMETER PERSAMAAN MICHAELIS-MENTEN
KINETIKA REAKSI REVERSIBEL, REAKSI DUA SUBSTRAT & AKTIVASIKOFAKTOR
MENENTUKAN KONSTANTA LAJU
TAHAP AWALKINETIKA RELAKSASI
HASILHASIL INVESTIGASI KINETIKA-TRANSIEN
POLAPOLA KONSENTRASISUBSTRAT TERIKAT
AKTIVASI & INHIBISI SUBSTRAT
BANYAK SUBSTRAT BEREAKSI PADA SATU ENZIM
MODULASI & REGULASI AKTIVITASENZIM
MEKANISME MODULASI REVERSIBEL ENZIM
ANALISIS PENGARUH MODULATOR REVERSIBEL PADA KINETIKA
ENZIM
FAKTORFAKTOR YANG
MEMPENGARUHI AKTIVITAS ENZIM
PENGARUH PH PADA SOLUSI KINETIKA ENZIM
LAJU REAKSI ENZIM & SUHU
DEAKTIVASI ENZIMMEKANISME & MANIFESTASI DENATURASI PROTEIN
MODEL DEAKTIVASI & KINETIKA
GAYA AKSI MEKANIS ENZIM
STRATEGI STABILISASI ENZIM
REAKSI ENZIM PADA SISTEM
HETEROGEN
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
3/40
PENDAHULUAN
Ekstraksi enzim pertamaBuchner, 1897
Isolasi enzim pertamaSumner, 1926
6 klasifikasi enzim :
1. Oksidoreduktase reaksi oksidasi dan reduksi
2. Transferase transfer gugus fungsional suatu substrat
3. Hidrolase reaksi hidrolisis
4. Liase reaksi adisi ikatan ganda
5. Isomerase Isomerisasi
6. Ligase pembentukan ikatan dengan bantuan ATP
Enzim sebagai katalismempercepat atau memperlambatreaksi tanpa ikut bereaksitidak mengganggukesetimbangan reaksi yang ada
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
4/40
Kofaktor unsur nonprotein yang dikombinasikan denganapoenzim (protein inaktif) secara katalitik memberi Unsur
nonprotein
Fungsi : memaksimalkan kinerja tiap enzim yang berasal dari
mikroorganisme
Ko
fak
tor
En
zi
m
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
5/40
KOMPLEKS ENZIM-SUBTRAT & AKSI ENZIM
Keberadaan kompleks enzim substrat dapat diidentifikasi melalui x-ray
crystallography, spektroskopi, dan resonansi electron-spin.
Substrat menempel pada bagian spesifik dari suatu enzim yang disebut
dengan sisi aktif, tempat berlangsungnya reaksi dan produk dihasilkan
Dua pernyataan berbeda dalam menjelaskan aktifitas enzim: Enzim dapatmemegang substrat sehingga sisi aktifnya berdekatan satu sama lain, hal
ini dapat mempercepat reaksi kimia(proximity effect) dan Enzim
mempercepat reaksi dengan susbtrat yang tidak simetris dengan
memanfaatkan ketepatan orientasi(orientation effect)
Lock & Key Induced Fit
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
6/40
Kompleks terbentuk ketika kunci substrat bergabungdengan gembok enzim. Pada gambar 3.2 terdapat ikatanhydrogen yang terbentuk antara substrat dan grup yangterpisah jauh dalam rantai asam amino pada enzim.Molekul protein dilipat sehingga grup rantai samping asamamino reaktif dalam enzim hadir situs yang sangat spesifikuntuk substrat.
Induced Fit Theory yaitu struktur sisi aktif enzim berubahakibat substrat yang menempel
1. Proximity Effectenzim bekerja dengan menahansubstrat-substrat sehingga bagian aktif berada pada posisidekat satu sama lain dan dengan kelompok enzim katalitik
2. Orientation Effectenzim mengikat substrat pada posisidimana enzim dapat mempercepat reaksi
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
7/40
KINETIKA ENZIM SEDERHANA DENGAN 1
ATAU 2 SUBSTRAT
Jika sebuah reaksi enzimatik, yaitu , makalaju reaksi , dalam kondisi quasi-steady statedapatdinyatakan sebagai:
= konsentrasi molar dari substrat
= konsentrasi molar dari produkdengan satuan mol per satuan volume per satuanwaktu
=
=
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
8/40
Laju reaksi besaran intensif (pada setiap titik dalamcampuran reaksi)
jika konsentrasi atau besaran intensif lainnya berubahdari satu titik ke titik lainnya maka laju reaksi akan
bervariasi sesuai posisinya di dalam campuran.
studi kinetika eksperimental reaktor mixed-well akansering digunakan, laju reaksi dianggap seragam disetiap titik dalam campuran.
titik dalam campuran : sejumlah volume yangmengandung banyak molekul namun relatif sangat kecil
jika dibandingkan dengan keseluruhan sistem reaksi
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
9/40
Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam mengukur kinetika
enzimatik, yaitu:
Pada waktu t=0, campuran antara substrat dan enzim murni
dicampur di dalam tabung tertutup isotermal yang berisi
larutan buffer untuk mengontrol pH.
Konsentrasi substrat dan/ atau produk dipantau pada waktu
yang bervariasi.
Secara umum, hanya initial-rate yang digunakan untuk
menentukan laju reaksi. Selama kondisi reaksi pada t=0
diketahui dengan baik, kurva initial slopedari substrat atau
konsentrasi produk vs. waktu dapat diestimasi dari data:
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
10/40
Unit atau aktivitas unit: Jumlah enzim yang
diberikan sebagai aktivitas katalis dalam
kondisi standar yang disesuaikan
Contoh: Satu unit glukoamilase didefinisikan
sebagai jumlah enzim yang memproduksi 1
mikromol glukosa per menit dalam 4% larutan
Lintner starch pada pH 4.5 dan 60 C
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
11/40
Kinetika Michaelis-Menten
Gambar 3.7. Data Kinetika Reaksi Enzimatik
(Sumber: James E. Bailey dan David F. Ollis. Biochemical
Engineering Fundamental)
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
12/40
Dari Gambar 3.7 kita mendapatkan informasi sebagai berikut :
Laju reaksi laju reaksi orde satu dengan konsentrasisubstrat yang rendah.
= . dengan n adalah orde reaksi Jika konsentrasi substrat ditingkatkan secara terus menerus,
maka orde reaksi dari substrat akan berkurang dari orde 1menjadi orde 0.
Laju reaksi proporsional dengan jumlah total enzim yangtersedia.
Observasi Henri (1902), mendapatkan persamaan laju yaitu:
=
+, Dimana =
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
13/40
Michaelis- Menten (1913) mendapatkan persamaan yang dapat diaplikasikandalam penurunan model kinetik yang cukup rumit.
(3.4.a)
(3.4b)
Mula-mula, diasumsikan bahwa enzim (E) dan substrat (S) membentukkompleks ES, kemudian berubah menjadi produk (P) dan enzim yang bebas(E).
ESSE
k1
k1'
PEES
k2
Henri dan Michaelis-Menten mengasumsikan bahwa reaksi 3.4a
berada dalam kondisi setimbang. Sehingga menurut hukum mass-action, laju molekularnya menjadi
()=
= = (3.5)
*s, e, dan (es) konsentrasi dari S, E dan ES.
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
14/40
Perubahan kompleks ES menjadi produk dan enzim bebas,
dapat diasumsikan berlangsung secara irreversible.
=
= (3.6)Jumlah keseluruhan enzim dapat dinyatakan sebagai:
( ) = (3.7)
*=konsentrasi total enzim yang terdapat dalam sistem.
Sehingga kinetika Michaelis-Menten dapat dideskripsikanpula dengan persamaan 3.3, yaitu:
=
+
*Parameter merupakan laju maksimum atau pembatas,dan merupakan konstanta Michaelis.
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
15/40
Briggs dan Haldane juga menurunkan persamaan 3.3. Untuk reaksi yang
berlangsung di dalam tabung tertutup well-mixed, neraca massa dari substrat dan
kompleks ES, yaitu
=
= ()
()
= ()
Dari persamaan
( ) =
diperoleh nilai s dan es pada kondisi mula-mula yaitu:
0 = 0 = 0
Briggs dan Haldane mengasumsikan bahwa
()
= 0 (3.8)
Asumsi ini disebut juga quasi steady-state approximation, yang dapat dibuktikan
pada reaksi enzimatik dalam sistem tertutup, saat nilai /bernilai cukup kecil.
Penurunan persamaan Briggs-Haldane, menjadi
=
=
+ (3.9)
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
16/40
sesuai dengan persamaan Michaelis-Menten yang
dihasilkan, maka
= (3.10)
= +
(3.11)
=
=
+ (3.12)
= l n
(3.13)
Persamaan 3.13 persamaan yang seringkali digunakan untuk
menghitung waktu reaksi yang dibutuhkan untuk mencapai
konsentrasi substrat yang bervariasi.
Namun, persamaan tersebut tidak dapat digunakan dalam beberapa
kasus, seperti saat kondisi konsentrasi total enzim mendekati atau quasi steady-state approximation tidak terpenuhi, dikarenakan
hasil yang didapatkan mengalami deviasi yang sangat signifikan.
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
17/40
Evaluasi Parameter Persamaan
Michaelis-Menten Parameter dan dapat diestimasi dengan memplot
persamaan Michaelis-Menten:
1. Plot Lineweaver-Burk
1
= 1
1
2. Plot Eadie-Hofstee
=
3. Plot
=
Persamaan lineweaver-
burk mem-plot
antara , Nilailaju yang paling akurat
adalah yang mendekati
nilai vmax, yang titik-
titiknya akan mendekati
asalnya, sedangkan nilai
yang kurang akurat akanjauh dari asalnya dan
biasanya menjadi acuan
yang kuat untuk
menentukan gradien
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
18/40
Kinetika Reaksi Reversibel, Reaksi Dua
Substrat & Aktivasi Kofaktor
1. Reaksi Reversibel
(3.17a)
(3.17b)
Nilai laju reaksi persamaan diatas adalah:
=
=
=
1
dimana nilai vsdan Kssama dengan nilai vmaxdan Kmdan nilai vpdan Kp,yakni : =
=
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
19/40
2. Reaksi Dua Substrat
K1 K2 K12 K21
Sehingga, =
Konstanta
kesetimbangan
disosiasi
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
20/40
dengan menjumlahkan 4 persamaan pertama diatas, maka didapat:
=
1
12
Persamaan diatas dapat disederhanakan dengan memerhatikan keperluan kesetimbangan sebagaiberikut:
= Lalu dihasilkan :
=
Dimana
=
Dan
=
Persamaan diatas menunjukkan laju maksimum semu dan konstanta dari fungsi konsentrasi S2.
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
21/40
3. Aktivasi Kofaktor
Ketika kofaktor terlibat, baik metal ion atau
koenzim, sehingga terdapat substrat kompleks
yang terdiri dari kompleks apoenzim-koenzim,
maka :
=
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
22/40
MENENTUKAN KONSTANTA LAJU
TAHAP AWAL
Parameter vmax dan km, bergantung terhadapkonstanta laju dasar. Namun parameter tersebut tidakbisa digunakan untuk menentukan kontanta laju dasar.Tapi, yang dibutuhkan adalah hubungan tidak terikat
dari konstanta laju dasar dengan data eksperimen. Ada dua buah metode, yakni metode kinetikapre-
steady-state dan metode kinetika relaksasi. Untukmetode kinetikapre-steady-state, hanya berfokus padaperiode pendek setaelah reaksi terinisiasi dan
pendekatan quasi-steady-statetidak digunakan. Untukmetode kinetika relaksasi, hanya mengeksplor reaksiyang terjadi pada skala nanoseconds.
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
23/40
Kinetika RelaksasiReaksi kesetimbangan antara substrat, enzim, dan kompleks enzim
substrat :
Dapat diketahui neraca massa untuk s
= =
Maka
=
Menjadi
= Jika s* dianggap konsentrasi s pada kestimbangan, setelahperubahan langkah, maka s* dapat ditentukan dengan:
= 0
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
24/40
Pada eksperimen relaksasi, s mendekati s*. Sehingga f(s) dapatditentukan menggunakan ekspansi taylor.
Deviasi dari konsentrasi keseimbangan dapat dihitung dari :
= Sehingga neraca massa linearisasi dapat dihitung menggunakan :
= 2
Jika sistem berada pada kesetimbangan lama, saat kondisi awal 0 =
Dan =
Dimana
= 2
=
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
25/40
HasilHasil Investigasi Kinetik-Transien
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
26/40
POLAPOLA KONSENTRASI SUBSTRAT
TERIKAT
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
27/40
Aktivasi & Inhibisi Substrat
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
28/40
Banyak Subtrat Bereaksi Dengan Satu
Enzim
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
29/40
MODULASI & REGULASI AKTIVITAS
ENZIM
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
30/40
Mekanisme Modulasi Reversibel Enzim
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
31/40
Analisis Pengaruh Modulator Reversibel
Pada Kinetika Enzim
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
32/40
FAKTORFAKTOR YANG
MEMPENGARUHI AKTIVITAS ENZIM
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
33/40
Pengaruh PH Pada Solusi Kinetika Enzim
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
34/40
Laju Reaksi Enzim & Suhu
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
35/40
DEAKTIVASI ENZIM
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
36/40
Mekanisme & Manifestasi Denaturasi
Protein
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
37/40
Model Deaktivasi & Kinetika
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
38/40
Gaya Aksi Mekanis Enzim
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
39/40
Strategi Stabilisasi Enzim
8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis
40/40
REAKSI ENZIM PADA SISTEM HETEROGEN