Kinetika enzim

Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas
Loncat ke navigasi Loncat ke pencarian
Dihidrofolat reduktase dari E. coli bersama dua substratnya dihidrofolat (kanan) dan NADPH (kiri), terikat dalam situs aktif. Protein ditunjukkan sebagai diagram pita, dengan puntiran-alfa berwarna merah, lempeng-beta berwarna kuning dan loop berwarna biru. Dihasilkan dari 7DFR.

Kinetika enzim adalah studi mengenai reaksi kimia yang dikatalisis oleh enzim. Dalam kinetika enzim, laju reaksi diukur dan pengaruh berbagai kondisi reaksi diteliti lebih mendalam. Mempelajari suatu kinetika enzim dengan cara ini dapat mengungkap mekanisme katalitik pada enzim ini, perannya dalam metabolisme, bagaimana aktivitasnya dikendalikan, serta bagaimana suatu obat atau suatu agonis mampu menghambat kerja enzim.

Enzim biasanya merupakan molekul protein yang memanipulasi molekul lain — substrat enzim. Molekul target tersebut berikatan dengan suatu situs aktif enzim dan berubah menjadi produk melalui serangkaian tahap yang dikenal sebagai mekanisme enzimatik

E + S ⇄ ES ⇄ ES* ⇄ EP ⇄ E + P

Mekanisme ini dapat dibagi menjadi mekanisme substrat-tunggal dan substrat-banyak. Studi kinetika pada enzim yang hanya mengikat satu substrat, seperti triosefosfat isomerase, dilakukan untuk mengukur afinitasnya ketika enzim mengikat substrat ini serta laju baliknya. Beberapa contoh enzim lainnya seperti fosfofruktokinase dan heksokinase, keduanya merupakan enzim penting dalam respirasi seluler (glikolisis).

Ketika enzim mengikat banyak substrat, seperti dihidrofolat reduktase (gambar kanan), kinetika enzim dapat pula menunjukkan tahapan ketika substrat berikatan dan tahapan ketika produk dilepaskan. Salah satu contoh enzim yang mengikat suatu substrat tunggal dan melepas banyak produk adalah protease, yang membelah satu substrat protein menjadi dua produk polipeptida. Yang lain bergabung dengan dua substrat bersama-sama, seperti DNA polimerase yang menghubungkan nukleotida dengan DNA. Meskipun mekanisme ini seringkali merupakan serangkaian tahap yang rumit, biasanya terdapat satu tahapan yakni tahap penentu-laju yang menentukan keseluruhan kinetika. Tahap penentu-laju ini dapat merupakan suatu reaksi kimia atau suatu perubahan konformasi pada enzim atau substrat, seperti halnya yang terlibat dalam pelepasan produk dari enzim.

Pengetahuan mengenai struktur enzim sangat membantu dalam menafsirkan data kinetika. Sebagai contoh, struktur dapat menyarankan bagaimana substrat dan produk mengikat selama katalisis; perubahan apa yang terjadi selama reaksi; dan bahkan peran residu asam amino tertentu dalam mekanismenya. Beberapa enzim berubah bentuk secara signifikan selama mekanisme; dalam kasus tersebut, sangat membantu untuk menentukan struktur enzim dengan dan tanpa analog substrat terikat yang tidak mengalami reaksi enzimatik.

Tidak semua katalis biologis adalah enzim protein; katalis RNA seperti ribozim dan ribosom sangat penting untuk banyak fungsi seluler, seperti pembelahan RNA dan translasi. Perbedaan utama antara ribozim dan enzim adalah bahwa katalis RNA terdiri dari nukleotida, sedangkan enzim terdiri dari asam amino. Ribozim juga melakukan serangkaian reaksi yang lebih terbatas, walaupun mekanisme reaksi dan kinetiknya dapat dianalisis dan diklasifikasikan dengan metode yang sama.

Sejarah[sunting | sunting sumber]

Pada tahun 1902 Victor Henri mengusulkan suatu teori kuantitatif mengenai kinetika enzim,[1] namun signifikansi eksperimental dari konsentrasi ion hidrogen belum dikenal pada saat itu. Setelah Peter Lauritz Sørensen mendefinisikan skala-pH logaritmik dan memperkenalkan konsep pendaparan pada tahun 1909[2] kimiawan Jerman Leonor Michaelis dan Maud Leonora Menten mengulangi eksperimen Henri dan mengkonfirmasi persamaannya, yang saat ini dikenal secara umum sebagai kinetika Michaelis-Menten (atau terkadang kinetika Henri-Michaelis-Menten).[3] Karya mereka kemudian dikembangkan lebih jauh oleh G. E. Briggs dan J. B. S. Haldane, yang menurunkan persamaan kinetik yang saat ini masih banyak dianggap sebagai titik awal pemodelan aktivitas enzimatik.[4]

Kontribusi utama dari pendekatan Henri-Michaelis-Menten adalah pemikiran dua tahapan dalam reaksi enzimatik. Pada tahap pertama, substrat berikatan secara reversibel pada enzim, membentuk kompleks enzim-substrat. Kompleks ini kadang disebut sebagai kompleks Michaelis. Enzim kemudian mengkatalisis tahapan kimia dalam reaksi dan melepaskan produk. Kinetika banyak enzim cukup dijelaskan oleh model sederhana Michaelis-Menten, tetapi semua enzim memiliki gerakan internal yang tidak diperhitungkan dalam model dan dapat memberikan kontribusi signifikan terhadap keseluruhan kinetika reaksi. Hal ini dapat dimodelkan dengan memperkenalkan beberapa jalur Michaelis-Menten yang terhubung dengan tingkat fluktuasi,[5][6][7] yang merupakan suatu perpanjangan matematika dari mekanisme dasar Michaelis Menten.[8]

Mekanisme katalisis[sunting | sunting sumber]

Variasi energi sebagai fungsi koordinat reaksi menunjukkan stabilisasi keadaan transisi oleh suatu enzim.

Model yang lebih disukai pada interaksi enzim–substrat adalah model ketepatan induksi.[9] Model ini mengusulkan bahwa interaksi awal antara enzim dan substrat relatif lemah, tetapi interaksi lemah ini secara cepat menginduksi perubahan konformasi di dalam enzim yang memperkuat pengikatan. Perubahan konformasi ini juga membawa residu katalitik ke dalam sisi aktif yang dekat dengan ikatan kimia pada substrat yang akan diubah dalam reaksi ini.[10] Perubahan konformasi dapat diukur menggunakan dikroisme sirkular atau interferometri polarisasi ganda. Setelah pengikatan berlangsung, satu atau lebih mekanisme katalisis menurunkan energi dari keadaan transisi reaksi dengan memberikan jalur kimia alternatif untuk reaksi tersebut. Mekanisme katalisis meliputi katalisis dengan regangan ikatan; dengan kedekatan dan orientasi; oleh donor atau akseptor proton aktif; kovalen katalisis dan terowongan kuantum.[11][12]

Kinetika enzim tidak dapat membuktikan mode katalisis yang digunakan oleh enzim. Namun, beberapa data kinetik dapat menyarankan kemungkinan untuk diperiksa dengan teknik lain. Sebagai contoh, mekanisme ping-pong dengan kinetika fase pra-keadaan-tunak akan menyarankan katalisis kovalen mungkin penting dalam mekanisme enzim ini. Sebagai alternatif, pengamatan efek pH yang kuat pada Vmaks namun bukan Km mungkin menunjukkan bahwa residu di tempat yang aktif perlu berada dalam keadaan ionisasi tertentu agar terjadi katalisis.

Perangkat lunak[sunting | sunting sumber]

ENZO[sunting | sunting sumber]

ENZO (Kinetika Enzim) adalah perangkat antarmuka grafis yang digunakan untuk membangun model kinetika reaksi yang dikatalisis enzim. ENZO secara otomatis menghasilkan persamaan diferensial yang sesuai dari skema reaksi enzim yang ditetapkan. Persamaan diferensial ini diproses oleh pemecah bilangan dan algoritme regresi yang sesuai dengan koefisien persamaan diferensial dengan kurva waktu pengamatan yang diamati secara eksperimental. ENZO memungkinkan evaluasi yang cepat terhadap skema reaksi saingan dan dapat digunakan untuk tes rutin pada kinetika enzim.[13]

Lihat pula[sunting | sunting sumber]

Referensi[sunting | sunting sumber]

Daftar pustaka
  1. ^ Henri V (1902). "Theorie generale de l'action de quelques diastases". Compt. Rend. Acad. Sci. Paris. 135: 916–9. 
  2. ^ Sørensen PL (1909). "Enzymstudien {II}. Über die Messung und Bedeutung der Wasserstoffionenkonzentration bei enzymatischen Prozessen" [Enzyme studies III: About the measurement and significance of the hydrogen ion concentration in enzymatic processes]. Biochem. Z. (dalam bahasa German). 21: 131–304. 
  3. ^ Michaelis L, Menten M (1913). "Die Kinetik der Invertinwirkung" [The Kinetics of Invertase Action]. Biochem. Z. (dalam bahasa German). 49: 333–369. ; Michaelis L, Menten ML, Johnson KA, Goody RS (2011). "The original Michaelis constant: translation of the 1913 Michaelis-Menten paper". Biochemistry. 50 (39): 8264–9. doi:10.1021/bi201284u. PMC 3381512alt=Dapat diakses gratis. PMID 21888353. 
  4. ^ Briggs GE, Haldane JB (1925). "A Note on the Kinetics of Enzyme Action". The Biochemical Journal. 19 (2): 339–339. doi:10.1042/bj0190338. PMC 1259181alt=Dapat diakses gratis. PMID 16743508. 
  5. ^ Flomenbom O, Velonia K, Loos D, Masuo S, Cotlet M, Engelborghs Y, Hofkens J, Rowan AE, Nolte RJ, Van der Auweraer M, de Schryver FC, Klafter J (Feb 2005). "Stretched exponential decay and correlations in the catalytic activity of fluctuating single lipase molecules". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (7): 2368–2372. Bibcode:2005PNAS..102.2368F. doi:10.1073/pnas.0409039102. PMC 548972alt=Dapat diakses gratis. PMID 15695587. 
  6. ^ English BP, Min W, van Oijen AM, Lee KT, Luo G, Sun H, Cherayil BJ, Kou SC, Xie XS (Feb 2006). "Ever-fluctuating single enzyme molecules: Michaelis-Menten equation revisited". Nature Chemical Biology. 2 (2): 87–94. doi:10.1038/nchembio759. PMID 16415859. 
  7. ^ Lu HP, Xun L, Xie XS (Dec 1998). "Single-molecule enzymatic dynamics". Science. 282 (5395): 1877–1882. doi:10.1126/science.282.5395.1877. PMID 9836635. 
  8. ^ Xue X, Liu F, Ou-Yang ZC (Sep 2006). "Single molecule Michaelis-Menten equation beyond quasistatic disorder". Physical Review E. 74 (3 Pt 1): 030902. Bibcode:2006PhRvE..74c0902X. doi:10.1103/PhysRevE.74.030902. PMID 17025584. 
  9. ^ Koshland DE (February 1958). "Application of a Theory of Enzyme Specificity to Protein Synthesis". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 44 (2): 98–104. Bibcode:1958PNAS...44...98K. doi:10.1073/pnas.44.2.98. PMC 335371alt=Dapat diakses gratis. PMID 16590179. 
  10. ^ Hammes G (2002). "Multiple conformational changes in enzyme catalysis". Biochemistry. 41 (26): 8221–8. doi:10.1021/bi0260839. PMID 12081470. 
  11. ^ Fersht, Alan (1999). Structure and mechanism in protein science: a guide to enzyme catalysis and protein folding. San Francisco: W.H. Freeman. ISBN 0-7167-3268-8. 
  12. ^ Sutcliffe M, Scrutton N (2002). "A new conceptual framework for enzyme catalysis. Hydrogen tunnelling coupled to enzyme dynamics in flavoprotein and quinoprotein enzymes". Eur. J. Biochem. 269 (13): 3096–102. doi:10.1046/j.1432-1033.2002.03020.x. PMID 12084049. 
  13. ^ Bevc S.; Konc J.; Stojan J.; Hodošček M.; Penca M.; Matej Praprotnik M.; Janežič D. (2011). "ENZO: A Web Tool for Derivation and Evaluation of Kinetic Models of Enzyme Catalyzed Reactions". PLoS ONE. 6 (7): e22265. doi:10.1371/journal.pone.0022265. PMC 3139599alt=Dapat diakses gratis. PMID 21818304.  ENZO server
Catatan kaki

Bacaan lebih lanjut[sunting | sunting sumber]

Pendahuluan
  • Cornish-Bowden, Athel (2004). Fundamentals of enzyme kinetics (edisi ke-3rd). London: Portland Press. ISBN 1-85578-158-1. 
  • Stevens, Lewis; Price, Nicholas C. (1999). Fundamentals of enzymology: the cell and molecular biology of catalytic proteins. Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press. ISBN 0-19-850229-X. 
  • Bugg, Tim (2004). Introduction to Enzyme and Coenzyme Chemistry. Cambridge, MA: Blackwell Publishers. ISBN 1-4051-1452-5. 
Terapan

Pranala luar[sunting | sunting sumber]