MAKALAH
KINETIKA ENZIM SUBSTRAT TUNGGAL Mata Kuliah Biokimia Enzim
Kelas A
Disusun oleh:
1. Vinesha Maghfira Izzani 215090200111022 2. Nurlaila Mubarokha 215090201111053 3. Naimatus Sania Permatasari 215090201111056 4. Annisya Puspita Triwinasis 215090207111019
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI... 2
DAFTAR GAMBAR... 3
BAB I... 4
PENDAHULUAN...4
1.1 Latar Belakang... 4
1.2 Rumusan Masalah... 5
1.3 Tujuan...5
1.4 Manfaat...5
BAB II...6
PEMBAHASAN... 6
2.1 Pengertian dan Faktor Kinetika Enzim... 6
2.2 Persamaan Michaelis-Menten... 6
2.3 Persamaan Briggs-Haldane... 8
2.4 Vmax, Km, dan Transformasi Persamaan Michaelis-Menten...9
2.5 Inhibitor pada Kinetika Enzim Substrat Tunggal... 11
BAB III... 13
PENUTUP... 13
3.1 Kesimpulan...13
3.2 Saran...13
DAFTAR PUSTAKA...14
DAFTAR GAMBAR
2.2 Gambar Diagram kecepatan reaksi dan kinetika Michaelis-Menten...6 2.4.1 Gambar Grafik Hubungan V vs [A]...7 2.4.2 Gambar Grafik Inversi Laju Reaksi (1/V)...8
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Enzim merupakan biokatalisator yang memegang peranan penting dalam berbagai proses metabolisme di dalam sel. Mereka memiliki kemampuan luar biasa untuk mempercepat laju reaksi kimia hingga jutaan kali lipat, memungkinkan proses kehidupan berlangsung secara efisien. Salah satu aspek penting dalam memahami fungsi enzim adalah mempelajari kinetika enzim, yaitu studi tentang laju reaksi yang dikatalisis enzim dan bagaimana laju tersebut dipengaruhi oleh berbagai faktor.
Kinetika enzim substrat tunggal berfokus pada reaksi enzimatik yang melibatkan satu molekul substrat dan menghasilkan satu molekul produk. Model Michaelis-Menten, yang dikembangkan oleh Leonor Michaelis dan Maud Menten pada tahun 1913, merupakan model kinetika enzim yang paling umum digunakan untuk menggambarkan hubungan antara laju reaksi dan konsentrasi substrat. Model ini mengasumsikan beberapa langkah dalam reaksi enzimatik, yaitu:
1. Pembentukan kompleks enzim-substrat (ES): Enzim (E) dan substrat (S) berikatan secara reversibel untuk membentuk kompleks ES.
2. Konversi kompleks ES menjadi kompleks enzim-produk (EP): Reaksi kimia terjadi di dalam kompleks ES, mengubah substrat menjadi produk (P).
3. Pelepasan produk dan regenerasi enzim bebas: Produk P dilepaskan dari kompleks EP, menghasilkan kembali enzim bebas E yang siap untuk berikatan dengan molekul substrat baru.
Model Michaelis-Menten mendefinisikan beberapa parameter penting dalam kinetika enzim:
1. Vmax: Laju reaksi maksimum, yaitu laju reaksi yang dicapai ketika semua tempat aktif enzim terisi oleh substrat.
2. Km: Konstanta Michaelis-Menten, yaitu konsentrasi substrat di mana laju reaksi setengah dari Vmax.
3. kcat: Konstanta katalitik, yaitu jumlah molekul substrat yang diubah menjadi produk oleh satu molekul enzim per detik.
Parameter-parameter ini dapat ditentukan secara eksperimental dengan mengukur laju reaksi pada berbagai konsentrasi substrat. Analisis data kinetika enzim dapat memberikan informasi berharga tentang:
1. Mekanisme reaksi enzimatik
2. Spesifisitas enzim terhadap substratnya
3. Efek inhibitor dan aktivator pada aktivitas enzim
Pengetahuan tentang kinetika enzim substrat tunggal memiliki banyak aplikasi penting dalam berbagai bidang, seperti:
1. Biokimia: Memahami cara kerja enzim dalam proses metabolisme dan regulasi metabolisme.
2. Bioteknologi: Mengembangkan enzim baru dengan sifat yang lebih unggul untuk aplikasi industri, seperti enzim untuk bioremediasi, biosensor, dan bioproduksi.
3. Farmakologi: Mempelajari interaksi obat dengan enzim dan merancang obat yang lebih efektif dan aman.
4. Medis: Mendiagnosis penyakit dan mengembangkan terapi baru untuk penyakit yang terkait dengan disfungsi enzim.
Sejak model Michaelis-Menten pertama kali dikembangkan, banyak penelitian yang dilakukan untuk memperluas dan menyempurnakan model tersebut. Beberapa model kinetika enzim yang lebih kompleks telah dikembangkan untuk menjelaskan mekanisme reaksi enzim yang lebih rumit, seperti reaksi dengan beberapa substrat, reaksi alosterik, dan reaksi dengan inhibitor kompetitif dan nonkompetitif. Pengetahuan tentang kinetika enzim substrat tunggal dan model-model kinetika enzim lainnya sangat penting untuk memahami bagaimana enzim bekerja dan bagaimana mereka dapat diregulasi. Pemahaman ini dapat digunakan untuk mengembangkan obat baru, meningkatkan proses bioteknologi, dan mendiagnosis dan mengobati penyakit (Webb, 2014)
1.2 Rumusan Masalah
1. Apa yang dimaksud dengan kinetika enzim?
2. Apa saja faktor yang mempengaruhi kinetika enzim?
3. Bagaimana persamaan michaelis-menten?
4. Bagaimana persamaan briggs-haldane ?
5. Bagaimana menentukan nilai Vmax dan Km serta transformasi persamaan michaelis-menten?
6. Bagaimana inhibitor pada kinetika enzim substrat tunggal?
1.3 Tujuan
Tujuan dibuatnya makalah ini untuk menjelaskan konsep dasar kinetika enzim substrat tunggal yang memiliki beragam latar belakang ilmiah. Ini termasuk menjelaskan istilah-istilah kunci seperti faktor kinetika, konstanta Michaelis-Menten, persamaan Briggs-Haldane,Vmax, Km,danInhibitor pada Kinetika Enzim Substrat Tunggal.
1.4 Manfaat
Berikut beberapa manfaat dalam penulisan makalah ini adalah untuk diketahuinya konsep dasar kinetika enzim substrat tunggal yang memiliki beragam latar belakang ilmiah dan juga dapat menjelaskan istilah-istilah kunci seperti faktor kinetika, konstanta Michaelis-Menten, persamaan Briggs-Haldane, Vmax, Km,dan Inhibitor pada Kinetika Enzim Substrat Tunggal.
BAB II PEMBAHASAN 2.1 Pengertian dan Faktor Kinetika Enzim
Kinetika enzim adalah studi tentang faktor-faktor yang menentukan kecepatan reaksi yang dikatalisis enzim. Enzim (E) biasanya adalah sebuah molekul protein yang mendorong suatu reaksi dari molekul lain, substratnya (S). Substrat akan terikat pada sisi aktif enzim untuk menghasilkan kompleks enzim-substrat ES, yang kemudian berubah menjadi kompleks enzim-produk EP dan akhirnya menghasilkan produk P, melalui suatu keadaan transisi ES (Robinson, 2015). Kinetika enzim menginvestigasi bagaimana enzim mengikat substrat dengan mengubahnya menjadi produk. Analisis kinetika reaksi enzimatis meliputi laju reaksi maksimum (Vmaks) dan konstanta Michaelis-Menten (KM). Dalam reaksi enzim dikenal kecepatan reaksi hidrolisis, penguraian atau reaksi katalisasi lain yang disebut velocity (V).
Harga V dari suatu reaksi enzimatis akan meningkat dengan bertambahnya konsentrasi substrat [S], akan tetapi setelah [S] meningkat lebih lanjut akan sampai pada kecepatan yang tetap. Pada konsentrasi enzim tetap (tertentu) harga V hampir linier dengan [S]. Pada kondisi dimana V tidak dapat bertambah lagi dengan bertambahnya [S] disebut kecepatan maksimum (Vmaks). Vmaks merupakan salah satu parameter kinetika enzim (PUTRA, 2009).
Enzim sebagai biokatalisator berstruktur protein, dalam mekanisme kerja aktivitasnya dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain, pH, suhu, konsentrasi substrat, konsentrasi enzim, kehadiran aktivator atau inhibitor. Potensial Hidrogen (pH) merupakan salah satu faktor penting yang harus diperhatikan apabila bekerja dengan enzim, hal ini dikarenakan enzim hanya mampu bekerja pada kondisi pH tertentu saja. Suatu kondisi pH dimana enzim dapat bekerja dengan aktivitas tertinggi yang dapat dilakukannya dinamakan Ph optimum.
Sebaliknya pada pH tertentu enzim sama sekali tidak aktif atau bahkan rusak. suhu biasanya dapat mempercepat proses reaksi, namun demikian pada titik suhu tertentu kecepatan reaksi yang dikatalisis oleh enzim akan mulai menurun bahkan aktivitasnya tidak lagi nampak.
Kondisi suhu dimana enzim dapat menghasilkan aktivitas tertinggi dinamakan suhu atau temperatur optimum. Reaksi-reaksi biokimia yang dikatalisis oleh enzim dipengaruhi pula oleh jumlah substrat. Jika melakukan pengujian konsentrasi substrat dari rendah ke tinggi terhadap kecepatan reaksi enzimatis, maka pada awalnya akan diperoleh hubungan kesebandingan yang menyatakan kecepatan reaksi akan meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi substrat, namun kemudian akan diperoleh data yang menyatakan pada konsentrasi substrat tinggi tertentu kecepatan reaksi tidak lagi bertambah. Aktivitas dari enzim dapat dihambat dengan terikatnya molekul atau ion spesifik. Suatu molekul yang bekerja secara langsung pada sebuah enzim untuk menurunkan kecepatan katalitik disebut sebagai inhibitor (Nurkhotimah et al., 2017).
2.2 Persamaan Michaelis-Menten
Persamaan Michaelis-Menten adalah model matematis yang digunakan untuk menggambarkan kinetika reaksi enzimatik. Model ini menjelaskan hubungan antara konsentrasi substrat dan laju reaksi pada reaksi yang dikatalisis oleh enzim. Persamaan ini dinamai dari dua ilmuwan, Leonor Michaelis dan Maud Menten, yang menyelidiki kinetika reaksi enzimatik pada awal abad ke-20. Dalam persamaan Michaelis-Menten, laju reaksi
enzimatik (dinyatakan sebagai V) tergantung pada konsentrasi substrat (dinyatakan sebagai [S]). Persamaan ini dituliskan sebagai berikut:
Bunyi dari persamaan michaelis menten yaitu enzim yang bergabung secara reversibel dengan substrat untuk membentuk kompleks ES yang kemudian menghasilkan produk seperti berikut:
Michaelis dan Menten berasumsi bahwa enzim dan substrat berada pada keseimbangan selama katalis dan laju produk pembentukan tidak mengganggu keseimbangan ini.
Kesetimbangan dinyatakan dengan konstanta disosiasi kompleks ES (Roskoski R, 2014)
Persamaan ini dapat dibandingkan dengan persamaan garis lurus: ymx + b, dimana m adalah kemiringan dan b adalah titik potong y. Di dalam persamaan Lineweaver-Burk, Km/Vmax adalah kemiringan (atau m) dan 1/Vmax adalah titik potong y (atau b). Untuk enzim yang mematuhi kinetika Michaelis Menten, ketika kebalikan dari konsentrasi substrat diplot versus kebalikan dari kecepatan (1/v) (Roskoski R, 2014)
Gambar 2.2 Diagram kecepatan reaksi dan kinetika Michaelis-Menten.
Dapat disimpulkan, KM sama dengan konsentrasi substrat ketika lajunya setengah dari kecepatan maksimum.
2.3 Persamaan Briggs-Haldane
Persamaan Briggs-Haldane, juga dikenal sebagai persamaan Michaelis-Menten, adalah rumus yang digunakan untuk menggambarkan hubungan antara laju reaksi enzimatik dan konsentrasi substrat. Persamaan ini didasarkan pada model Michaelis-Menten, yang mengasumsikan beberapa langkah dalam reaksi enzimatik, yaitu:
1. Pembentukan kompleks enzim-substrat (ES): Enzim (E) dan substrat (S) berikatan secara reversibel untuk membentuk kompleks ES.
2. Konversi kompleks ES menjadi kompleks enzim-produk (EP): Reaksi kimia terjadi di dalam kompleks ES, mengubah substrat menjadi produk (P).
3. Pelepasan produk dan regenerasi enzim bebas: Produk P dilepaskan dari kompleks EP, menghasilkan kembali enzim bebas E yang siap untuk berikatan dengan molekul substrat baru.
Persamaan Briggs-Haldane dapat ditulis sebagai berikut:
- v = Vmax * [S] / (Km + [S])
di mana:
- v: Laju reaksi (µmol/menit)
- Vmax: Laju reaksi maksimum (µmol/menit) - [S]: Konsentrasi substrat (mM)
- Km: Konstanta Michaelis-Menten (mM)
Persamaan Briggs-Haldane dapat digunakan untuk menghitung berbagai parameter kinetika enzim, seperti:
- Vmax: Laju reaksi maksimum dapat ditentukan dengan mengukur laju reaksi pada konsentrasi substrat yang sangat tinggi, di mana semua tempat aktif enzim terisi oleh substrat.
- Km: Konstanta Michaelis-Menten dapat ditentukan dengan menggunakan plot Lineweaver-Burk, di mana 1/v diplotkan terhadap 1/[S]. Garis lurus yang dihasilkan akan memotong sumbu x pada -1/Km.
kcat adalah Konstanta katalitik dapat dihitung dengan rumus berikut:
- kcat = Vmax / [Etot]
di mana:
[Etot]: Konsentrasi total enzim (µM) Contoh Permasalahan:
Terdapat enzim yang mengkatalisasi reaksi antara substrat A dan B untuk menghasilkan produk C. Laju reaksi maksimum (Vmax) enzim ini adalah 100 µmol/menit
dan konstanta Michaelis-Menten (Km) adalah 10 mM. Hitunglah laju reaksi (v) ketika konsentrasi substrat (S) adalah 5 mM.
Penyelesaian:
v = 100 µmol/menit * 5 mM / (10 mM + 5 mM) v = 66.67 µmol/menit
Persamaan Briggs-Haldane memiliki banyak aplikasi penting dalam berbagai bidang, seperti:
1. Biokimia: Memahami cara kerja enzim dalam proses metabolisme dan regulasi metabolisme.
2. Bioteknologi: Mengembangkan enzim baru dengan sifat yang lebih unggul untuk aplikasi industri, seperti enzim untuk bioremediasi, biosensor, dan bioproduksi.
3. Farmakologi: Mempelajari interaksi obat dengan enzim dan merancang obat yang lebih efektif dan aman.
4. Medis: Mendiagnosis penyakit dan mengembangkan terapi baru untuk penyakit yang terkait dengan disfungsi enzim.
2.4 Vmax, Km, dan Transformasi Persamaan Michaelis-Menten
Persamaan Michaelis-Menten adalah sebuah model kinetika enzim yang menyediakan deskripsi matematis dari reaksi enzimatik yang melibatkan substrat dan enzim. Persamaan ini pertama kali diusulkan oleh Leonor Michaelis dan Maud Menten pada tahun 1913. Model ini digunakan untuk menggambarkan hubungan antara laju reaksi (kecepatan pembentukan produk) dan konsentrasi substrat dalam reaksi enzimatik. Persamaan Michaelis-Menten sangat penting dalam biokimia dan farmakologi karena membantu dalam memahami perilaku enzim dan mengoptimalkan kondisi reaksi. Penggunaannya telah berkembang dan diaplikasikan dalam berbagai studi eksperimental dan analisis kinetika enzim.
Persamaan Michaelis-Menten dapat digunakan untuk menghitung konstanta Michaelis (Km) dan kecepatan maksimum (Vmax) enzim berdasarkan kurva. Kedua hal tersebut dapat ditentukan melalui :
● Berdasarkan Persamaan Michaelis-Menten
Persamaan Michaelis-Menten menggambarkan bagaimana kecepatan reaksi (v) dalam reaksi yang dikatalisis enzim bergantung pada konsentrasi substrat ([A]). Grafik yang terbentuk menunjukkan hubungan v vs. [A] membentuk kurva hiperbolik.
● Pada konsentrasi substrat rendah: v meningkat dengan [A]. Laju reaksi proporsional dengan [A] karena enzim bebas tersedia.
● Pada konsentrasi substrat tinggi: v mendekati Vmax. Semua situs aktif enzim terikat dengan substrat dan laju reaksi mencapai Vmax.
Pada kurva Michaelis-Menten, titik di mana V = 1/2 Vmax memiliki makna penting terkait dengan konsentrasi substrat ([S]) dan konstanta Michaelis-Menten (Km).
Berikut penjelasannya:
1. Bentuk Kurva Hiperbolik:
Kurva Michaelis-Menten berbentuk hiperbolik, yang mencerminkan bagaimana kecepatan reaksi (V) meningkat dengan konsentrasi substrat ([S]). Pada konsentrasi substrat rendah, V meningkat secara proporsional dengan [S]. Ketika [S] meningkat, V semakin mendekati kecepatan maksimum (Vmax).
2. Titik V = 1/2 Vmax: [S] = Km
Titik di mana V = 1/2 Vmax memiliki makna khusus. Pada titik ini, setengah dari situs aktif enzim terikat dengan substrat. Hal ini berarti bahwa enzim bekerja pada setengah kapasitas maksimumnya.
● Berdasarkan Persamaan Lineweaver-Burk
Persamaan Lineweaver-Burk adalah transformasi persamaan Michaelis-Menten menghasilkan kurva linier yang memudahkan analisis data, dari persamaan kinetika enzim Lineweaver–Burk, yang dijelaskan oleh Hans Lineweaver dan Dean Burk pada tahun 1934. Transformasi sebagai berikut:
V : Kecepatan reaksi yang terjadi Km : Konstanta Michaelis-Menten Vmax : Kecepatan reaksi maksimum [S] : Konsentrasi substrat
Gambar 2.4.2 Grafik Inversi Laju Reaksi (1/V)
Memanfaatkan invers laju reaksi (1/V) diplotkan terhadap invers konsentrasi substrat (1/[S]).
Interpretasi Plot:
● Titik potong sumbu Y (1/V = 0): Setara dengan invers Vmax (1/Vmax).
(invers konsentrasi substrat)
● Titik potong sumbu X (1/[S] = 0): Setara dengan -1/Km. (invers laju reaksi)
● Kemiringan garis: Mempengaruhi oleh beberapa faktor dan berbeda dari enzim tanpa inhibisi.
2.5 Inhibitor pada Kinetika Enzim Substrat Tunggal
Inhibitor memainkan peran penting dalam kinetika enzim substrat tunggal dengan memodulasi aktivitas enzim, sehingga mempengaruhi laju reaksi yang dikatalisis enzim. Ada beberapa jenis inhibitor, termasuk inhibitor kompetitif, inhibitor non-kompetitif, dan inhibitor tidak kompetitif, masing-masing dengan mekanisme aksi dan efek yang berbeda pada aktivitas enzim.
● Inhibitor Kompetitif
Inhibitor kompetitif adalah senyawa yang menyerupai substrat secara struktural dan bersaing dengan substrat untuk situs aktif enzim untuk membentuk kompleks enzim-penghambat-tor. Setelah inhibitor menempati situs aktif enzim, ia mencegah pengikatan substrat dan menghapus pembentukan produk metabolisme normal. Inhibitor mengikat enzim secara reversibel dan karena itu persaingan dapat dikurangi hanya dengan menambahkan lebih banyak substrat. Ketika cukup substrat hadir,probabilitas bahwa molekul inhibitor akan terikat diminimalkan, dan reaksi enzim menunjukkan Vmax normal. Dengan adanya inhibitor kompetitif Michaelis-Menten konstan, sehingga Km akan meningkat (Bjelaković et al., 2002).
● Inhibitor non-kompetitif
Inhibitor berikatan dengan sisi enzim lainnya dimana mereka dapat menempel pada enzim atau pada enzim substrat kompleks. Saat sisi aktif berubah, substrat tidak dapat menempel dengan sempurna dan dapat terlepas. Inhibitor non kompetitif mengikat dengan enzim tetapi tidak di situs pengikatan aktif. Tingkat penghambatan secara langsung tergantung pada konsentrasi inhibitor. Dalam mekanisme ini pembentukan kompleks enzim-inhibitor dan enyzme-inhibitor-substrat dimungkinkan. Contoh yang sangat umum adalah etanol dan
bebas. Mereka bekerja dengan distorsi struktural dari situs aktif dan setelah perubahan struktur situs aktif molekul agonis biologis tidak dapat mengikat dengan situs aktif. Jika molekul agonis tidak benar mengikat tindakan farmakologis situs aktif tidak dihasilkan.
dalam penghambatan semacam ini Vmax Km keduanya akan menurun (Patadiya et al., 2021)
BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan
Kinetika enzim adalah studi tentang faktor-faktor yang menentukan kecepatan reaksi yang dikatalisis enzim. Enzim (E) biasanya adalah sebuah molekul protein yang mendorong suatu reaksi dari molekul lain, substratnya (S). Substrat akan terikat pada sisi aktif enzim untuk menghasilkan kompleks enzim-substrat ES, yang kemudian berubah menjadi kompleks enzim-produk EP dan akhirnya menghasilkan produk P, melalui suatu keadaan transisi ES.
Pada persamaan michaelis-menten digunakan dalam menggambarkan kinetika reaksi enzimatik dan Dalam kinetika reaksi enzim ini fokusnya pada analisis laju reaksi enzimatis dengan satu substrat.
3.2 Saran
Memberikan studi kasus tambahan atau contoh konkret tentang bagaimana konsep kinetika enzim substrat tunggal diterapkan pada penelitian ilmiah atau industri tertentu, seperti pengembangan obat atau rekayasa protein.
DAFTAR PUSTAKA
Bjelaković, G., Stojanovic, I., Bjelaković, G. B., Pavlović, D., Kocić, G., & MilIic, A. D.
(2002). COMPETITIVE INHIBITORS OF ENZYMES AND THEIR
THERAPEUTIC APPLICATION.9(3), 201 - 206.
Michaelis, L., & Menten, M. L. (1913). Die Kinetik der Invertinwirkung. Biochemische Zeitschrift, 49, 333-369.
Cornish-Bowden, A. (2012). Fundamentals of enzyme kinetics. John Wiley & Sons.
Nurkhotimah, Yulianti, E., & Rakhmawati, A. (2017). PENGARUH SUHU DAN pH TERHADAP AKTIVITAS ENZIM FOSFATASE BAKTERI TERMOFILIK SUNGAI GENDOL PASCA ERUPSI MERAPI.Jurnal Prodi Biologi,6(8).
Patadiya, N., Panchal, N., & Vaghela, V. (2021). A REVIEW ON ENZYME INHIBITOR.
INTERNATIONAL RESEARCH JOURNAL OF PHARMACY, 12(6). DOI:
10.7897/2230-8407.1206145
PUTRA, G.P. G. (2009). PENENTUAN KINETIKA ENZIM POLIGALAKTURONASE (PG) ENDOGENOUS DARI PULP BIJI KAKAO.Jurnal Biologi, 21 -24.
Robinson, P. K. (2015).Enzymes: principles and biotechnological applications(Vol. 59). doi:
10.1042/BSE0590001
Roskoski, Robert. (2014) Michaelis-Menten Kinetics. Reference Module in Biomedical Sciences. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-801238-3.05143-6.
Webb, S. P. (2014). Enzyme kinetics and mechanism. Academic Press.
