MAKALAH
REGULASI / PENGENDALIAN REAKSI ENZIMATIS 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
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM PROGRAM STUDI KIMIA
MALANG
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI... 2
DAFTAR GAMBAR... 4
BAB I... 4
PENDAHULUAN...4
1.1 Latar Belakang... 4
1.2 Rumusan Masalah... 4
1.3 Tujuan...4
1.4 Manfaat...5
BAB II...6
PEMBAHASAN... 6
2.1 Tahapan-tahapan dalam reaksi enzimatis... 6
2.2 Definisi regulasi reaksi enzimatis... 6
2.3 Mekanisme regulasi reaksi enzimatis...7
BAB III... 10
PENUTUP... 10
3.1 Kesimpulan...10
3.2 Saran...10
DAFTAR PUSTAKA... 11
DAFTAR GAMBAR
2.1 Gambar Skema Reaksi Enzimatis... 5
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Enzim memainkan peran penting dalam berbagai proses metabolisme di dalam sel.
Mereka bertindak sebagai biokatalisator, mempercepat laju reaksi kimia hingga jutaan kali lipat, memungkinkan proses kehidupan berlangsung secara efisien dan terkontrol. Salah satu aspek penting dalam memahami fungsi enzim adalah mempelajari regulasi/pengendalian reaksi enzimatik. Regulasi enzimatik mengacu pada mekanisme yang digunakan sel untuk mengontrol aktivitas enzim, yang diperlukan untuk memastikan bahwa reaksi enzimatik terjadi pada waktu dan tempat yang tepat, serta dengan laju yang sesuai dengan kebutuhan sel. Ada beberapa mekanisme regulasi enzimatik yang berbeda, dan mekanisme ini dapat bekerja pada berbagai tingkat, mulai dari tingkat molekuler hingga tingkat seluler.
Beberapa mekanisme regulasi enzimatik yang umum meliputi regulasi alosterik, di mana aktivator atau inhibitor mengikat pada situs alosterik enzim, yang berbeda dari situs aktif enzim. Pengikatan ini dapat mengubah konformasi enzim, sehingga mempengaruhi aktivitasnya. Regulasi umpan balik terjadi ketika produk akhir dari suatu jalur metabolisme dapat menghambat enzim awal dalam jalur tersebut, membantu mencegah akumulasi produk akhir yang berlebihan. Modifikasi kovalen melibatkan aktivasi atau deaktivasi enzim secara permanen melalui proses seperti fosforilasi atau asetilasi. Selain itu, regulasi ekspresi gen enzim dapat mengontrol jumlah enzim yang tersedia di dalam sel.
Regulasi enzimatik sangat penting untuk berbagai proses seluler, seperti metabolisme energi, yang memastikan bahwa energi diproduksi dan digunakan sesuai dengan kebutuhan sel. Ini juga mengontrol sintesis protein yang diperlukan untuk pertumbuhan dan perkembangan sel serta membantu sel beradaptasi dengan perubahan lingkungan dan mengatasi stres. Gangguan regulasi enzimatik dapat menyebabkan berbagai penyakit, termasuk diabetes, di mana gangguan regulasi enzim yang terlibat dalam metabolisme glukosa dapat terjadi, kanker yang bisa disebabkan oleh mutasi pada gen yang mengkode enzim, dan penyakit autoimun yang terjadi ketika sistem kekebalan tubuh menyerang enzim tubuh sendiri. Penelitian tentang regulasi enzimatik terus berkembang pesat dengan kemajuan teknologi dan metode penelitian baru, memperdalam pemahaman kita tentang mekanisme ini dan membuka peluang baru untuk pengembangan obat baru, terapi gen, dan terapi enzim untuk berbagai penyakit (Lehninger, 2013).
1.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana tahap reaksi enzimatis?
2. Apa yang dimaksud regulasi reaksi enzimatis?
3. Bagaimana mekanisme regulasi reaksi enzimatis?
1.3 Tujuan
Tujuan dibuatnya makalah ini untuk menjelaskan konsep dasar regulasi/pengendalian reaksi enzimatis yang memiliki beragam latar belakang ilmiah. Ini termasuk menjelaskan
istilah-istilah kunci seperti tahapan-tahapan dalam reaksi enzimatis, definisi regulasi reaksi enzimatis, dan mekanisme regulasi reaksi enzimatis.
1.4 Manfaat
Berikut beberapa manfaat dalam penulisan makalah ini adalah dapat dijelaskannya menjelaskan konsep dasar regulasi/pengendalian reaksi enzimatis yang memiliki beragam latar belakang ilmiah dan juga istilah-istilah kunci seperti tahapan-tahapan dalam reaksi enzimatis, definisi regulasi reaksi enzimatis, dan mekanisme regulasi reaksi enzimatis.
BAB II PEMBAHASAN 2.1 Tahapan-tahapan dalam reaksi enzimatis
Gambar 2.1 Skema Reaksi Enzimatis
● Tahap pertama adalah ketika substrat atau substrat-substrat berikatan dengan situs aktif enzim. Ini dapat terjadi secara berurutan (dalam reaksi multisubstrat) atau secara bersamaan, tergantung pada mekanisme reaksi yang terlibat.
● Saat substrat berikatan dengan enzim di situs aktifnya, mereka membentuk kompleks enzim-substrat (ES). Ini adalah tahap di mana interaksi kunci antara enzim dan substrat terjadi, memungkinkan reaksi kimia berlangsung
● Pada tahap ini, reaksi kimia yang dimediasi oleh enzim terjadi di dalam kompleks enzim-substrat. Reaksi ini dapat melibatkan pembentukan ikatan baru, pemecahan ikatan, atau modifikasi struktur substrat, tergantung pada jenis enzim dan substrat yang terlibat.
● Setelah reaksi kimia selesai, produk reaksi yang dihasilkan dapat dilepaskan dari situs aktif enzim. Pelepasan produk ini dapat terjadi secara segera setelah reaksi selesai atau setelah substrat baru masuk ke dalam situs aktif.
● Setelah produk dilepaskan, enzim kembali ke keadaan awalnya yang kosong dan siap untuk memulai siklus baru dengan substrat berikutnya. Ini sering melibatkan pengembalian situs aktif enzim ke konformasi yang sesuai untuk pengikatan substrat baru.
Setelah tahapan-tahapan ini selesai, enzim dapat berpartisipasi dalam siklus baru reaksi enzimatis dengan substrat baru, dan proses ini dapat berlanjut selama reaksi kimia terus berlangsung (Vitolo, 2020).
2.2 Definisi regulasi reaksi enzimatis
Regulasi enzimatis adalah mekanisme yang mengatur aktivitas enzim dalam tubuh makhluk hidup. Tujuannya adalah untuk memastikan bahwa reaksi kimia yang dikatalisis oleh enzim berlangsung dengan efisien dan sesuai dengan kebutuhan tubuh. Regulasi enzim dapat dicapai melalui beberapa mekanisme, termasuk kontrol genetika dan modifikasi kovalen. Regulasi reaksi enzimatis adalah aturan sistem yang ada di dalam tubuh makhluk hidup untuk hidup seimbang, mempertahankan keadaan teratur, konservasi energi, dan sebagai respon terhadap perubahan lingkungan. Regulasi enzim terdapat dalam dua bentuk, yaitu regulasi non-kovalen dan regulasi modifikasi kovalen. Regulasi non-kovalen adalah terikatnya efektor oleh produk pada daerah alosterik, dan regulasi modifikasi kovalen adalah menempelnya gugus kimia pada enzim. Regulasi enzim dapat dicapai dengan mengubah konsentrasi dan aktivitas enzimatik melalui kontrol genetika, regulasi alosterik, dan regulasi modifikasi kovalen (Patiha et al, 2014)
2.3 Mekanisme regulasi reaksi enzimatis
Mekanisme regulasi reaksi enzimatis merujuk pada berbagai cara di mana aktivitas enzim dikontrol atau diatur dalam sel atau organisme. Regulasi ini penting untuk mengatur metabolisme sel sesuai dengan kebutuhan dan kondisi lingkungan. Ada beberapa mekanisme regulasi reaksi enzimatis yang umumnya dikenal, di antaranya adalah:
1. Regulasi Allosterik : Dalam regulasi ini, aktivitas enzim diubah oleh molekul pengatur yang terikat pada situs alosterik enzim, yang berbeda dari situs aktif tempat substrat biasanya berikatan. Pengikatan molekul pengatur menyebabkan perubahan konformasi enzim yang mempengaruhi aktivitas katalitiknya. Contoh dari enzim yang diatur secara alosterik adalah enzim piruvat kinase dalam jalur glikolisis. Dalam model alosterik, efektor alosterik dapat mengubah nilai Vmax atau Km atau keduanya. Model yang sederhana untuk menggambarkan regulasi alosterik adalah menggunakan bentuk modifikasi persamaan Michaelis-Menten:
𝑣 = 𝑣𝑚𝑎𝑥 𝑥 [𝑆]
𝐾𝑚(1+[𝐼]𝐾𝑖)+[𝑆]
di mana:
[I]: konsentrasi inhibitor alosterik, 𝐾𝑖: konstanta disosiasi untuk inhibitor.
2. Regulasi Kovalen : Pada regulasi ini, aktivitas enzim diatur melalui modifikasi kovalen pada residu asam amino spesifik dalam struktur enzim. Modifikasi ini bisa berupa fosforilasi, deproteksi, atau pengikatan gugus kimia lainnya. Contoh yang paling umum adalah regulasi aktivitas enzim dengan fosforilasi oleh kinase dan defosforilasi oleh fosfatase. Regulasi oleh fosforilasi atau defosforilasi sering dianalisis dengan mempertimbangkan dua bentuk enzim:
fosforilasi dan defosforilasi. Misalkan, rasio aktivitas antara bentuk terfosforilasi dan tidak terfosforilasi adalah α, dan fraksi enzim terfosforilasi adalah𝑓:
v= Vmax (𝑓.α+ (1-𝑓)) x 𝐾𝑚+𝑆[𝑆]
Setiap perhitungan ini bergantung pada model spesifik yang digunakan dan asumsi tentang bagaimana efektor, inhibitor, atau modifikasi kovalen mempengaruhi struktur dan fungsi enzim. Pemodelan ini memungkinkan para peneliti dan ilmuwan untuk memahami lebih baik bagaimana enzim diatur dalam kondisi biologis yang berbeda dan menyediakan alat untuk desain eksperimen dan pengembangan terapi baru.
3. Regulasi Ekspresi Gen : Kadang-kadang, regulasi reaksi enzimatis terjadi melalui kontrol ekspresi gen yang menghasilkan enzim tersebut. Ini dapat melibatkan regulasi transkripsi, di mana faktor-faktor transkripsi seperti repressor atau aktivator protein mengikat pada DNA untuk mengatur aktivitas promotor gen enzim. Regulasi ekspresi gen tidak langsung dianalisis menggunakan kinetika enzim tetapi lebih kepada biologi molekuler dan genetik.
Namun, bisa dijelaskan bagaimana perubahan dalam ekspresi gen mempengaruhi laju reaksi enzimatis secara teoretis:
- Jika sebuah gen yang mengode enzim diinduksi, maka jumlah enzim dalam sel akan meningkat, yang dapat dihubungkan dengan peningkatan Vmax dalam persamaan kinetika enzim. Sebaliknya, jika ekspresi gen ditekan, Vmax akan menurun karena jumlah enzim yang tersedia berkurang.
- Persamaan untuk perubahan Vmax sehubungan dengan perubahan ekspresi gen dapat diasumsikan sebagai:
Vmax,new =Vmax,old ×(1+Δ% of expression) di mana:
Δ% of expression: perubahan persentase dalam ekspresi gen, positif untuk induksi dan negatif untuk represi.
4. Regulasi Inhibitor : Enzim dapat dihambat oleh molekul yang bersaing dengan substrat untuk berikatan dengan situs aktifnya. Ini dikenal sebagai inhibisi kompetitif. Ada juga jenis inhibisi non-kompetitif di mana molekul penghambat mengikat ke situs enzim yang berbeda dari situs aktif, menyebabkan perubahan konformasi enzim yang mengurangi aktivitas katalitiknya. Pada inhibisi kompetitif, inhibitor bersaing dengan substrat untuk ikatan ke situs aktif enzim.
𝑣 = 𝑣𝑚𝑎𝑥 𝑥 [𝑆]
𝐾𝑚(1+[𝐼]𝐾𝑖)+[𝑆]
di mana:
[I] dan𝐾𝑖: konsentrasi inhibitor dan konstanta disosiasi inhibitor, secara berturut-turut.
Sedangkan pada inhibisi non-kompetitif, inhibitor tidak bersaing langsung dengan substrat tetapi mengikat ke situs lain, mengurangi efektivitas enzim.
𝑣 = 𝑣𝑚𝑎𝑥 𝑥 [𝑆]
𝐾𝑚+[𝑆](1+[𝐼]𝐾𝑖)
5. Regulasi Aktivasi dan Inhibisi oleh Senyawa Efektor : Beberapa senyawa kecil dapat berfungsi sebagai efektor untuk mengaktivasi atau menghambat aktivitas enzim. Contohnya adalah ion logam seperti Mg²⁺atau Zn²⁺yang diperlukan untuk aktivasi beberapa enzim, atau senyawa seperti ADP atau ATP yang dapat mempengaruhi aktivitas enzim pada jalur metabolisme. Regulasi reaksi enzimatis sangat penting dalam menjaga homeostasis dan respons terhadap perubahan kondisi lingkungan. Ini memungkinkan sel dan organisme untuk mengatur jalur metabolisme mereka sesuai dengan kebutuhan energi, nutrisi, dan sinyal lingkungan lainnya. Model yang sering digunakan untuk menggambarkan aktivitas enzim yang diatur oleh efektor alosterik adalah model Hill, yang memperhitungkan kooperativitas dalam pengikatan substrat atau efektor ke enzim. Persamaan Hill adalah:
vmax
𝑣 = (𝐾𝑑 + [𝑆]𝑛[𝑆]𝑛 ) di mana:
𝑛: koefisien Hill yang menunjukkan tingkat kooperativitas,
Kd:konstanta disosiasi, dan [S] adalah konsentrasi substrat. Jika efektor adalah inhibitor atau aktivator:
vmax
𝑣 = ( [𝑆]𝑛
𝐾𝑑(1+[𝐼]𝐾𝑖 )+ [𝑆]𝑛) di mana:
[I]: konsentrasi inhibitor dan 𝐾𝑖: konstanta disosiasi inhibitor.
Faktor(1 + [𝐼]𝐾𝑖)𝑛merefleksikan efek inhibisi
Kd, menunjukkan peningkatan efektif dalam Kd , yang berarti afinitas enzim untuk substratnya menurun.
Untuk aktivator, persamaan dapat diubah menjadi:
𝑣 = 𝑣𝑚𝑎𝑥( [𝑆]𝑛
𝐾𝑑(1−[𝐴]𝐾𝑎𝑛)+[𝑆]𝑛) di mana
[A]: konsentrasi aktivator dan
𝐾𝑎: konstanta disosiasi aktivator, yang berarti mengurangi
𝐾𝑑:secara efektif dan meningkatkan afinitas enzim untuk substrat.
(Cornish, 2014)
BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan
Regulasi dan pengendalian reaksi enzimatis membahas berbagai cara aktivitas enzim dapat dipengaruhi secara positif atau negatif oleh konsentrasi substrat, produk, dan pengaturan allostery atau kovalen. Memahami elemen ini membantu dalam desain dan pemahaman proses biokimia sel yang kompleks. Melalui berbagai mekanisme seperti regulasi alosterik, inhibisi kompetitif/non-kompetitif, dan modifikasi kovalen, aktivitas enzim dapat dikontrol dengan presisi yang diperlukan. Pentingnya pemahaman mendalam tentang regulasi ini sangat terlihat dalam bidang kesehatan, di mana gangguan dalam mekanisme regulasi enzim dapat menyebabkan gangguan metabolik dan berkontribusi pada perkembangan penyakit. Oleh karena itu, tantangan dan peluang masa depan terletak pada penelitian lebih lanjut untuk memahami regulasi enzim dengan lebih baik. Hal ini mencakup identifikasi target terapi baru dan pengembangan metode regulasi biokimia yang inovatif, yang dapat memberikan dampak signifikan dalam pengobatan penyakit dan peningkatan pemahaman tentang proses biokimia yang mendasarinya.
3.2 Saran
Menyajikan informasi tentang bagaimana faktor-faktor lingkungan, seperti pH, suhu, dan konsentrasi ion, mempengaruhi regulasi reaksi enzimatis, serta strategi yang digunakan oleh organisme untuk menyesuaikan aktivitas enzim dengan kondisi lingkungan.
DAFTAR PUSTAKA
Cornish-Bowden, A. (2014). Fundamentals of Enzyme Kinetics. (4th ed.). Wiley-Blackwell.
Lehninger, A. L., Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2013). Principles of biochemistry. W. H.
Freeman and Company.
Patiha., Mudjijono., Yuniawan Hidayat., Edy Pramono. (2014). Kajian Kesasihan Persaman Espenson (1995) untuk Reaksi Enzimatis. Indonesia Journal of chemical science. 3 (2).
Vitolo, M. (2020). BRIEF REVIEW ON ENZYME ACTIVITY. World Journal of Pharmaceutical Research,9(2), 60-76. DOI: 10.20959/wjpr20202-16660
