belajar lebih dalam tentang enzim

1. What Enzymes Do....
• Fungsi terpenting dari protein
adalah sebagai katalis.
• Hampir semua reaksi kimia
dalam mahluk hidup dikatalis
oleh biokatalis/enzim.
• Enzim adalah katalis yang
meningkatkan laju reaksi 103
sampai 1017 lebih cepat tanpa
ikut bereaksi atau berubah
Semua enzim adalah protein kecuali
molekul RNA catalytic

2. • Reaksi degradasi sukrosa adalah endorgenik
• Sukrosa dapat disimpan di dapur dan tidak bereaksi walau
ada oksigen.
• Dalam sel sukrosa dengan segera terurai menjadi CO2 dan
H2O melalui reaksi yang dikatalis oleh enzim
C12H22O11 + 12O2
12CO2 + 11H2O

3. Karakteristik reaksi enzimatik
• Mampu meningkatkan laju reaksi secara fenomenal ( faktor
106). Contoh Urease :
– Uncatalyzed rate: 3x10 -10/sec
– Catalyzed rate: 3x104/sec
– Ratio is 1x1014 !
• Enzim bekerja ssaannggaatt ssppeessiiffiikk
• Stereospecificity - many enzymes act upon only one
stereoisomer of a substrate
• Reaction specificity - enzyme product yields are essentially
100% (there is no formation of wasteful byproducts)
• Enzim dapat dikontrol /diatur penggunaannya

4. komposisi enzim
• Ada dua jenis enzim :
– enzim sederhana
– enzim terkonjugasi
apoenzyme
/ approtein
apoenzyme + cofactor holoenzyme.
approtein
Cofactor :
(active)
Bagian protein pada
enzim
gugus prosthetic +
koenzim
(inactive)
• Kofaktor selalu menjadi bagian pada sisi aktif.
• Gugus prosthetic adalah coenzyme atau ion metal yang
terikat pada apoenzyme. FAD, metal, etc.
• Essential group pada sisi aktif : gugus pengikat + gugus
pengkatalis.

5. Jenis kofactor
• 2 jenis coenzymes
(1) Cosubstrates are altered during the
reaction and regenerated by another
enzyme
(2) Prosthetic groups terikat pada
protein selama reaksi berlangsung dan
terikat secara kovalen dalam enzim
• Enzymes membutuhkan ion logam agar
dapat berfungsi secara penuh :
(1) Metal-activated enzymes have an
absolute requirement or are stimulated
by metal ions (examples: K+, Ca2+, Mg2+)
(2) Metalloenzymes mengandung ion
logam yang terikat pada sisi aktif
enzim (cth: iron, zinc, copper, cobalt )

7. Sisi aktif / Active site
• Enzim mengikat satu atau lebih ligand yang disebut
substrat, dan produk dari reaksi enzimatik disebut
produk.
• Active site/ Sisi aktif adalah daerah dalam enzim tempat
terjadinya pengikatan substrat menghasilkan kompleks
enzim-substrat dan akhirnya mmeennjjaaddii pprroodduukk ((ddaaeerraahh
terjadinya reaksi antara enzim dengan substrat)
• Sisi aktif sering berbentuk cleft atau crevice pada
permukaan protein. Dimana substrat dapat terikat oleh
beberapa interaksi lemah.

8. Active Site of
Carboxypeptidase
Active Site of
chemotrypsin

9. Tatanama dan klasifikasi
International Union of Biochemistry (IUB) = sistem
tatanama enzim berdasarkan mekanisme reaksi.
1. tatanama enzim:
Nama substrat+ jenis reaksi yang dikatalis +akhiran–ase.
2. jenis reaksi yang dikatalis enzim terdapat 6 kelas dan 4-
1133 ssuubbkkeellaass..
3. informasi tambahan diberikan dalam tanda kurung, cth:
L-malate + NAD+ pyruvate + CO2 + NADH + H+
nama enzim : NAD+ oxidaoreductase (decarboxylating).
4. setiap enzim punya code number (EC) yang
menunjukkan kelas, sukelas dan subsubkelas cth
1.1.1.37 L-malate

10. Klasifikasi Enzim
Berdasarkan mekanisme reaksinya terdapat 6 kelas:
• (1) Oxidoreductases: LDH, Cytochrome C, etc.
• (2) Transferases: methyl transferase.
• (3) HHyyddrroollaasseess:: aammyyllaassee
• (4) Lyases removing a group to form a double bond,
or reverse reaction.
• (5) Isomerase to catalyze the intertransfer of isomers.
• (6) Ligase. catalyzing two substrates link to form one
compound.

11. The Six Classes of Enzymes
1. Oxidoreductases (dehydrogenases)
• Mengkatalisis reaksi redox

12. 2. Transferases
• Mengkatalis reaksi transfer gugus
fungsi

13. 3. Hydrolases
• Mengkatalis reaksi hidrolisis dimana air
sebagai penerima gugus yang dipindah

14. 4. Lyases
• Mengkatalis lysis dari substrat, menghasilkan
ikatan rangkap pada eliminasi non oksidatif
• Lawan dari sinthase

15. 5. Isomerases
• Mengkatalis reaksi isomerization

16. 6. Ligases (synthetases)
• Mengkatalis ligation, or joining of two substrates
• Synthases mengkatalis reaksi addisi pada
ikatan rangkap (kebalikan reaksi dari lyase)
•• Membutuhkan enegi kimia (e.g. ATP)

17. Activation energy
• Agar reaksi terjadi 2 molekul harus memiliki arah orientasi
dan energi minimum yang disebut energi aktifasi

18. Enzim
• Enzim mempercepat reaksi dengan menurunkan energi
aktifasi melalui jalur/mekanisme lain membentuk senyawa
antara (intermediet)
• Katalis tidak mempengaruhi kesetimbangan reaksi
• Enzim tidak ikut bereaksi dan dapat ditemukan pada akhir
rreeaakkssii
intermediate

19. Model pengikatan enzim terhadap substrat
Model lock and key
• Teori oleh Emil Fischer (1984 )
• bahwa enzymes merupakan
struktur komplementer terhadap
substrat sehingga dapat tepat
masuk seperti kunci dan gembok
Model induced-fit.
• Substrat menginduksi
perubahan konformasi
dari enzim
• substrat yang cukup
energi akan terikat dan
menginduksi protein
membentuk keadaan
transisi
substrate
enzyme
Complex of
substrate-enzyme

20. Kinetika enzim
• Laju dari reaksi biokimia adalah perubahan konsentrasi
reaktan atau produk dalam waktu tertentu
• Umumnya jika konsentrasi substrat dinaikkan maka vi
juga akan meningkat sampai akhirnya mencapai Vmax
First order rate equation
• Untuk reaksi nonenzimatik umumnya mengikuti orde 1
conversion of substrate (S) to product (P) :
(k is expressed in reciprocal time units (s-1))
D[P] / Dt = v = k[S]

21. Second order reaction
S1 + S2 P1 + P2
• Laju reaksi ditentuka oleh konsentrasi dari kedua
substrat
• Persamaan laju: v = k[S1]1[S2]1
Pseudo first oorrddeerr rreeaaccttiioonn
• Jika konsentrasi salah satu reaktan sangat tinggi sehingga
dapat dianggap konstan, reaksi menjadi berorde 0 terhadap
reaktan tersebut
• Pada keadaan ini reaksi disebut pseudo first-order
v = k[S1]1[S2]0 = k’[S1]1

22. Enzyme-substrate complex (ES)
• Enzyme-substrate complex (ES) - complex yang
terbentuk jika substrat terikat pada sisi aktif enzim
k1 k2
E + S ES E + P
k-1
• Pada saat [S] [E], semua enzim mengikat molekul
substrat (enzyme is saturated with substrate)
• Pada keadaan ini laju reaksi bergantung pada hanya
konsentrasi [E], dan reaksi ini mengikuti pseudo-first
order
• k1 and k-1 represent rapid noncovalent association
/dissociation of substrate from enzyme active site
• k2 = rate constant for formation of product from ES

23. • points A dan B, peningkatan atau penurunan [S] akan
meningkatkan atau menurunkan jumlah kompleks ES yang
tentunya juga vi
• point C, semua enzim terdapat dalam bentuk kompleks ES
(enzim mengalami kejenuhan). Karena tidak ada enzim bebas
yang tersisa untuk membentuk ES, maka menaikkan konstrasi
[S] tidak akan mingkatkan laju reaksi.

24. Kurva hubungan vi versus [S]
Michaelis constant
(Km) equals the
concentration of
substrate needed for
1/2 maximum
velocity
• curve is a rectangular hyperbola
• Pada [S] rendah: laju reaksi orde 1 terhadap S
• Pada [S] tinggi: the reaction rate is independent of [S] (zero
order with respect to S)
• Maximum velocity (Vmax) is reached when an enzyme is
saturated with substrate (high [S])

25. Initial velocity (voatau Vi )
• Laju reaksi pada saat reaksi
enzimatik dimulai vo (initial
velocity)
• vo adalah slope pada kurva
• Laju akan naik 2 kali lipat jika
jumlah enzi digandakan
Understanding Vmax
The theoretical maximal velocity
• Vmax adalah konstanta laju maksimal teroritis - but it is
NEVER achieved in reality
• Vmax dicapai bila semua enzyme berikatan dengan substrat

26. Understanding Km
The kinetic activator constant
• Km adalah konstanta Michaelis-Menten yang
diturunkan dari persamaan laju
• Km = [S] kalau vo = 1/2 Vmax
• Harga K m menunjukkan besarnya afinitas enzim
terhadap substrat:
– Harga Km kecil = enzim terikat kuat dengan substrat
– Harga Km tinggi = ikatan lemah

27. The turnover number kcat
Mengukur aktifitas katalitik
• kcat, (the turnover number) adalah jumlah molekul substrat
yang berubah menjadi produk per enzim per unit waktu,
ketika E jenuh dengan substrat.
• Jika mengikuti model M-M maka, k2 = kcat = Vmax/Et
The catalytic efficiency kcat/Km
• kcat/Km adalah konstanta laju reaksi berorde 2
• Mengukur bagaimana kemampuan enzim pada saat
konsentrasi substrat rendah

28. Catalytic constant (kcat)
• kcat dapat diukur ketika enzim jenuh
terhadap S (daerah A) sehingga
berorde 1 pada perubahan ES
menjadi E + P
• Pada konsentrasi S rendah reaksi
E + S E + P mengikuti orde 2
(daerah B) dengan Ratio kcat /Km
Rate of Conversion
Catalytic Efficiency
Orde 0 terhadap S
Orde 1 terhadap S

29. The Michaelis-Menten Equation
• Ditemukan oleh Louis Michaelis dan Maude Menten's
• Dasarnya: terbentuknya kompleks enzyme-substrate
k1
k2
k3
S + E ES E + P
• Asumsi bahwa total E adalah kompleks ES dan E bebas
[Et] =[ES] + [E]
• Asumsi bahwa kompleks ES berada dalam kesetimbangan
(steady state) dengan enzim bebas
Rate of ES formation = Rate of ES decomposition
v=
Vmax [S]
Km + [S]

30. Laju reaksi enzimatis bergantung pada perubahan ES
menjadi E + P vo = k2[ES]
k1
k2
k3
S + E ES E + P
K = rate constant for ES formation
1K2= rate constant for ES dissociation
K3= rate constant for product formation
and release from the active site
ES formation = K1 [E] [S]
= K1 ( [Et] - [ES] ) [S] (3)
ES dissociation = K2 [ES ]+ K3 [ES] (4)

31. Rate of ES formation = Rate of ES decomposition
K1 ( [Et] - [ES] ) [S] = K2 [ES ]+ K3 [ES]
( [Et] - [ES] ) [S] K2+ K3
=
[ES] K1
Konstanta Michaelis - Menten Km :
K2+ K3
K1
( [Et] - [ES] ) [S]
[ ES]
Km=
Km=

32. Km [ES] = [Et] [S] – [ES] [S]
Km [ES] + [ES] [S] = [Et] [S]
[ES] ( Km + [S] ) = [Et] [S]
[Et] [S]
[ES] = (55))
Km+[S]
Since V= K3 [ES], from ( 5 )
[Et] [S]
V= K3 (6)
Km+[S]

33. When the [S] is much higher than the enzymes, all enzymes
form [ES], that is, [Et]= [ES], and maximum velocity ( Vmax )
can attain.
Vmax = K3 [ES] = K3 [Et] (7)
Vmax
K3
= [E]
Vmax [E] [S] Vmax [S]
V= =
[E] Km+[S] Km+[S]

34. Linear Plots of the Michaelis-Menten Equation
Lineweaver-Burk Double-reciprocal plot
The double-reciprocal Lineweaver-Burk plot
is a linear transformation of the Michaelis-
Menten plot
(1/vo versus 1/[S])
Vmax
1
v
=
Km . 1
[S]
+
1
Vmax
y = mx + b

35. Vmax
Slope
1
v
=
Km . 1
[S]
+
1
Vmax
(intercept on the vertical axis)
(intercept on the horizontal axis)

37. Factors affect the rates of enzyme-catalyzed
reactions
Temperatur
• Pada T rendah: kenaikan T
meningkatkan laju reaksi enzimatik
karena energi kinetik molekul
meningkat.
• Pada T tinggi: energi kinetik melebihi
Enzyme activity
kekuatan ikatan yang
mempertahankan struktur tersier
denaturasi
• Optimum temperatur: Temperature
at which it operates at maximal
efficiency. Biasanya 37 oC sampai
dengan 45-55 oC kecuali
microorganisms yang hidup di suhu
tinggi/hyperthermal
Temperature ( °C )

38. pH
• Jika aktifitas enzim diukur pada beberapa nilai pH didapat
grafik dibawah
• pH optimal (pH dimana aktifitas enzim paling maskimal)
biasanya pada rentang pH 5 sampai 9. kecuali beberapa
enzim tertentu spt pepsin
• Rantai ssaammppiinngg aassaamm aammiinnoo
pada sisi aktif bertindak
sebagai asam atau basa lemah
dalam reaksi katalitik yang
fungsinya bergantung pada
beberapa keadaan ionisasi
• Selain berfungsi untuk interaksi
dalam mempertahankan
struktur protein

40. Konsentrasi Substrate
• Laju awal dari reaksi enzimatis berbanding lurus
dengan konsentrasi enzim.
Konsentrasi inhibitor
• Aktifitas enzim dapat dihambat ddeennggaann iinnhhiibbiittoorr

41. Obat adalah inhibitor enzim
• Aspirin (acetylsalicylate) menghambat kinerja enzim yang
mengkatalis tahap 1 dari sintesis prostaglandins, suatu
senyawa yang terlibat dalam banyak proses termasuk
penghasil rasa sakit
Etanol sebagai competitive inhibitor
• Infusion etanol intravenous adalah terapi medis pada
korban miras (metanol).
• Metanol berbahaya karena dapat diubah oleh Enzim
alcohol dehydrogenase pada Liver menjadi formaldehid,
yang merusak jaringan tubuh termasuk kebutaan.
• Ethanol bersaing dengan metanol untuk terikat pada
alcohol dehydrogenase menjadi acetaldehyde yang lebih
aman dibanding formaldehid.

42. Enzyme inhibition
• Aktifitas enzim dapat dihambat dengan inhibitor
• Inhibition dapat bersifat irreversible atau reversible.
• Irreversible inhibitors terikat secara kovalen pada sisi aktif
enzim cth alkylation atau acylation pada sisi aktif enzim.
enzymes containing free sulfhydryl groups can react with
alkylating agents such as iodoacetate aanndd hheeaavvyy mmeettaallss..
– Specifik inhibitor: terikat secara spesifik pada asam amino tertentu
pada sisi aktif enzim. Cth senyawa phosphor organik dapat terikat
pada–OH dari serine.
– Non specific inhibitor: tidak hanya mengikat gugus esensial saja
cth Hg2+, Ag2+ and As3+ .
• Reversible inhibition: dapat terpisah dari enzim karena
terikat melalui ikatan noncovalent.

43. Jenis inhibisi
Bentuk inhibisi reversible :
• Competitive inhibition - inhibitor (I) terikat hanya
pada E, bukan ES
• Noncompetitive inhibition - inhibitor (I) terikat baik
pada E dan ES
• Uncompetitive inhibition - inhibitor ((II)) tteerriikkaatt hhaannyyaa
pada ES, bukan E.
• Inhibition constant (Ki) is a dissociation constant
EI E + I

44. A. Competitive Inhibition
• Inhibitor terikat hanya pada free enzyme (E) bukan (ES)
• Substrat tidak dapat terikat pada E jika I sudah berada pada
sisi aktif enzim (S dan I “bersaing” untuk mengikat sisi aktif E)
• Competitive inhibitors memiliki struktur yang mirip dengan
substrate

45. Competitive inhibition.
• Vmax sama dengan tanpa I
• (penambahan konsentrasi S masih dapat menjenuhkan
enzyme meskipun dengan kehadiran I)
• Nilai Km (Km
app) dengan adanya I lebih besar dari KM (ada I)

46. E + S E + P
+
I
v=
Vmax [S]
[I]
ES
Ki
EI )£)
Vmax
1
v
=
Km (1+ + [S]
[I]
Ki
Km 1
[S]
+
1
Vmax
(1+
Ki
) £)

47. B. Uncompetitive Inhibition
• Uncompetitive inhibitors terikat pada ES dan bukan
E sehingga menurunkan baik ES maupun P
• Tipe inhibisi ini hanya terjadi pada reaksi
multisubstrate

48. Uncompetitive inhibition
E + S ES E + P
• Vmax turun karena perubahan beberapa E ke ESI
• Km (Km
app) turun
• Lines on double-reciprocal plots are parallel
+
I
Ki
ESI

49. 1
m = + +
[ ]
[ ]
)
I
K
(1
1
V
S
K
V
1
v
max max i
JJaaddii ppaaddaa [[SS]] ttiinnggggii VV mendekati Vmax/α.
0 Jadi, inhibitor uncompetitive menurunkan
Vmax.

50. C. Noncompetitive Inhibition
• Noncompetitive inhibitors terikat baik pada E dan ES
menghasilkan kompleks EI dan EIS
• Inhibitors tidak terikat pada sisi yang sama yang diikat oleh S
• Struktur I tidak memiliki kemiripan dengan S

51. Noncompetitive inhibition/mixed inhibitor
• Vmax turun karena perubahan beberapa E ke ESI
• Km tetap
• Inhibisi tidak dapat diatasi dengan penambahan S
• Lines on double-reciprocal plot intersect on x axis

52. • plot 1/V versus 1/[S] dengan adanya I
akan berintersect ppaaddaa ttiittiikk yyaanngg ssaammaa
di horizontal axis, -1/Km.
• Pada inhibition noncompetitive harga
konstanta dissociation untuk ES dan EIS
diasumsikan sama

53. Why can't you put
pineapple chunks in Jello?
• Pineapple contains a plant enzyme called
bromelin that breaks down proteins. Bromelin
is used in many meat tenderizers ffoorr tthhiiss
purpose
• Jello is a protein mesh with trapped pockets of
liquid; the bromelin cuts the protein chains and
keeps the gelatin from jelling properly.

54. Example Inhibitor
• White skin can be produced by
inhibiting the formation of
melanin by blocking the work
of the melanin-ffoorrmmiinngg eennzzyymmee
tyrosinase enzyme (tyrosinase
inhibitors) which is a
compound that can inhibit
melanin production.

55. Mekanisme
• Proximity effect dan orientation arrange:
– Agar terjadi reaksi, substrat harus masuk mendekati sisi
aktif yang memiliki gugus fungsi katalitik
– Substrat harus memposisikan diri/berorientasi sehingga
dapat meninduksi konformasi dari enzim
• Multielement catalysis (Acid-BBaassee ccaattaallyyssiiss )) ::
– terjadi transfer proton
– Sisi aktif enzim mengandung gugus fungsi yang dapat
bertindak sebagai donor atau acceptor proton.
• Effek permukaan :
– Kekuatan interaksi elektrostatik berhubungan dengan
kapasitas pelarut untuk mereduksi gaya antaraksi antar
gugus fungsi

56. Enzymes
E + S ES → E + P

57. SSuuccrraassee SSMMuucceerrccaahhssaaeennMMiissmmeecchhaanniissmm

58. Chymotrypsin
• Bovine pancreatic chymotrypsin (Mr
25,191) is a protease yang mengkatalis
pemututsan hidrolitik dari ikatan
peptida.
• Merupakan katalis acid-base
• Tidak mengkatalis serangan langsung
It does not catalyze a direct attack of
water on the peptide bond; instead, a
transient covalent acyl-enzyme
intermediate is formed.
• In the acylation phase, the peptide
bond is cleaved and an ester linkage is
formed between the peptide carbonyl
carbon and the enzyme.
• In the deacylation phase, the ester
linkage is hydrolyzed and the
nonacylated enzyme regenerated.