CHAR A AC A TER E IS I T S IC I S S O F O

Transkripsi

1 LECTURE 3: CARACTERISTICS OF ENZYME CATALYSIS Isoenzyme Enzymes that perform the same catalytic function in different body tissues or different organisms, but which have different sequences of amino acids in various portions of their polypeptide chain are called isoenzymes. Isoenzymes can be separated from one another by electrophoresis. Proenzyme or zymogen Proenzyme (or zymogen) is the name given to the inactive form of an enzyme. Enzymes (especially digestive enzymes) are often secreted in their inactive form, transported to the place where activity is desired, and then converted to their active forms. Enzim monomeri; yang memilii hanya satu rantai polipeptida dimana terdapat tempat atif. Enzim oligomeri; yang memilii paling sediit 2 dan sebanya 60 atau lebih subunit yang teriat uat dalam pembentuan protein enzim atif. Komples multienzim; yang terdiri dari sejumlah enzim yang teriat uat Enzyme-Substrate Interaction Loc and Key" ypothesis The "Induced Fit" ypothesis "Loc and Key" ypothesis Emil Fischer in 1890 proposed "Loc and Key" ypothesis The shape, or configuration, of the active site is especially designed for the specific substrate involved. 1

2 Because the configuration is determined by the amino acid sequence of the enzyme, the native configuration of the entire enzyme molecule must be intact for the active site to have the correct configuration. In such a case, the substrate then fits into the active site of the enzyme in much the same way as a ey fits into a loc. Loc & Key Model E n z i m S u b str a t The "Induced Fit" ypothesis Enzymes are highly flexible, conformationally dynamic molecules, and many of their remarable properties, including substrate binding and catalysis, are due to their structural pliancy. Realization of the conformational flexibility of proteins led Daniel Koshland to hypothesize that the binding of a substrate (S) by an enzyme is an interactive process. That is, the shape of the enzyme's active site is actually modified upon binding S, in a process of dynamic recognition between enzyme and substrate aptly called induced fit. In essence, substrate binding alters the conformation of the protein, so that the protein and the substrate "fit" each other more precisely. The process is truly interactive in that the conformation of the substrate also changes as it adapts to the conformation of the enzyme. Enzim Substrat 2

3 Enzyme Kinetics Enzymes follow zero order inetics when substrate concentrations are high. Zero order means there is no increase in the rate of the reaction when more substrate is added. Given the following breadown of sucrose to glucose and fructose Sucrose Glucose + Fructose O O O O O O O O O Induced Fit Model O O O Reasi bersifat dapat bali yaitu sebagian senyawa dapat disintesis embali dari zat yang terdapat dalam reasi Jia fator lingungan tetap, ecepatan pembentuan produ (ecepatan reasi) ditentuan oleh onsentrasi enzim dan substrat V = ecepatan reasi, [E] = onsentrasi enzim & [S] = onsentrasi substrat Apabila [S] tetap, ecepatan reasi me-ningat sebanding dengan peningatan [E] V [E] Watu Gambar 6. ubungan antara ecepatan reasi (V) dengan onsentrasi enzim (iri), dan dengan watu pada [E] yang berbeda (anan) V [E]

4 Apabila onsentrasi enzim tetap dan substrat meningat, V aan meningat mula-mula dan proporsional dengan peningatan [S], tapi pada [S] yang lebih tinggi, laju peningatan V menurun secara perlahan-lahan hingga emudian V hampir tida tergantung pada [S]. V Vmax Gambar 2.2. ubungan antara ecepatan reasi (V) dengan onsentrasi substrat ([S]) pada reasi yang diatalisis oleh suatu enzim MICAELIS-MENTEN MENTEN MODEL Leonor Michaelis dan Maud Menten pada tahun 1913 mengusulan suatu model untu menjelasan ineti reasi enzimatis untu satu substrat dan satu enzim (Uni-Uni reaction) ipotesisnya adalah bahwa Enzim (E), yang bertinda sebagai reatan tapi tida digunaan dalam reasi, menyatu dengan substrat (S) dalam suatu omples ES dalam pembentuan produ K M [S] E+S 1 2 ES E = Enzyme, S = Substrate, P = Product ES = Enzyme-Substrate complex 1, 2, 3 & 4 = rate constants 3 4 E+P When the substrate concentration becomes large enough to force the equilibrium to form completely all ES the second step in the reaction becomes rate limiting because no more ES can be made and the enzyme-substrate complex is at its maximum value. P d v dt d ES dt 2 ES [ES] is the difference between the rates of ES formation minus the rates of its disappearance. E S ES ES

5 Assumption of equilibrium -1>>2 (2>>3) the formation of product is so much slower than the formation of the ES complex. That we can assume: E+S K S 1 2 K K 2 1 ES Ks is the dissociation constant for the ES complex. 3 4 [E][S] [ES] E+P Assumption of steady state Transient phase where in the course of a reaction the concentration of ES does not change d ES 0 dt Michaelis-Menten Model E ES E T V V [ S] max K [ S] M The Km is the substrate concentration where vo equals one-half Vmax There are a wide range of KM, Vmax, and efficiency seen in enzymes But how do we analyze inetic data? 5

6 Penetuan K M dan Vmax Tabel 2.1 Parameter beberapa enzim arga K M bervariasi sangat besar, tapi dari ebanyaan enzim berisar diantara M (Tabel 2.1) tergantung substrat dan lingungan seperti suhu dan uantitas ion Untu mendapatan harga K M dan Vmax, analisis langsung persamaan diatas dapat dilauan, tapi cara ini membutuhan watu yang lama, dan bantuan omputer sangat penting untu mengoptimasi harga parameter persamaan dengan cepat. * C = Competitive, NC = Non-competitive & UC = Uncompetitive PENDEKATAN LAIN Linierisasi persamaan Modifiasi persamaan e bentu linier sehingga dapat dianalisis dengan mudah 1. Persamaan double-reciprocal atau Lineweaver-Bur 2. Persamaan Eadie-ofstee 3. Persamaan anes-woolf Persamaan double-reciprocal atau Lineweaver-Bur V V max[ S ] KM [ S] Jia ruas iri dibali dan demiian juga ruas anan, maa 1 KM 1 1. V Vmax [S] Vmax Searang persamaan ini aan mudah dianalisis dengan metode linier sedehana 6

7 Searang y = 1/V ; x = 1/[S] a = 1/Vmax ; b = K M /Vmax dapat dianalisis dengan y = a + bx Jia 1/V dihubungan dengan 1/[S], suatu garis lurus aan dihasilan yang memotong sumbu y pada 1/Vmax dan sumbu x pada -1/K M serta membentu sudut terhadap sumbu x sebesar K M /Vmax. -1/K M 1/Vmax 1/[S] K M /Vmax Persamaan Eadie-ofstee V V max[ S ] K [ S] M V ( K M [ S ]) V max [S ] V [ S ] VK M V max [ S ] VK V [ S ] V M max [ S ] V V KM V max [S] Searang y = V ; x = V/[S] a = Vmax ; b = -K M dapat dianalisis dengan y = a + bx Jia V dihubungan dengan V/[S], suatu garis lurus aan dihasilan yang memotong sumbu y pada Vmax dan sumbu x pada Vmax/K M serta membentu sudut terhadap sumbu x sebesar K M 7

8 V Vmax Persamaan Eadie-ofstee V/[S] Vmax/K M Persamaan anes-woolf V S V [ ] max K [ S] V ( K M M [ S ]) V [ S ] K M [ S ] V V max max [S ] [ S ] K 1 M.[ S ] V V max V max [S] K 1 M.[S] V Vmax Vmax Searang y = [S]/V ; x = [S] a = K M /Vmax ; b = 1/Vmax dapat dianalisis dengan y = a + bx Jia [S]/V dihubungan dengan [S], suatu garis lurus aan dihasilan yang memotong sumbu y pada K M /Vmax dan sumbu x pada - K M serta membentu sudut terhadap sumbu x sebesar 1/Vmax. -K M [S]/V Persamaan anes-w oolf K M/Vmax [S] 8

9 9

10 STEPS OF MODEL DERIVATION 1. Pembentuan ES adalah inti dari hipotesis tersebut STEPS OF MODEL DERIVATION E+S 1 2 ES 3 4 E+P (1) 1. Reasi E dengan S terjadi dengan ecepatan 1 dan menghasilan omples ES (enzim-substrat) 2. Komples ES dapat berubah menjadi E dan S bebas embali dengan ecepatan 2, atau menjadi E dan P dengan ecepatan 3. 10

11 4. Jia 3 4, maa reasi bersifat irreversible, sehingga produ P tida ada yang diubah embali menjadi substrat asal dan 4 dapat diabaian. 5. Suatu hal penting yang perlu diingat adalah bahwa onstanta 1, 2, 3 dan 4 proporsional dengan G ativasi substrat dari reasi yang bersangutan 6. Pada [S] yang rendah, ebanyaan enzim berada dalam bentu bebas, sehingga penambahan S aan langsung teriat dengan E dan diubah menjadi P dengan demiian ecepatan awal proporsional dengan peningatan [S] 7. Pada [S] yang lebih tinggi, ecepatan reasi bervariasi dengan peningatan [S] arena enzim mulai mengalami ejenuhan 8. Pada [S] yang tinggi, semua enzim dijenuhi oleh substrat dan arenanya berada dalam bentu omples ES 9. Jadi enzim dalam suatu reasi dapat berada dalam eadaan bebas dan teriat dengan substrat, sehingga total enzim secara matematis adalah [E] 0 = [E]+[ES] (2) 10. Penurunan persamaan Michaelis-Menten Menten tergantung pada asumsi yang disebut Briggs-aldane Steady-State State 11. Keadaan "steady state" adalah suatu eadaan dimana onsentrasi intermediat (perantara) ES tetap onstan, sementara onsentrasi substrat dan produ berubah 12. Keadaan demiian terjadi apabila ecepatan pembentuan ES sama dengan ecepatan peruraian ES 13. Keadaan steady dapat dinyataan secara matematis seperti dengan persamaan beriut [ES]/ [ES]/t = 0 (3) dimana t = watu (menit) 14. Pernyataan [ES]/ [ES]/t dapat ditulis dari sudut onstanta dan onsentrasi pers (1) yaitu Kecepatan pembentuan ES ES = 1 [E][S] (4a) 11

12 Kecepatan peruraian ES ES = ( ) (ES) (4b) 15. Dalam eadaan "steady state" edua persaman (4a) dan (4b) adalah sama, sehingga 16. Subsitusi E dari pers (2) edalam pers (5) menghasilan 1 [S][E] 0 [ES]( 1 [S] )=0 (6) 17. Pengaturan persamaan lebih lanjut [ES]/ [ES]/t = 1 [E][S]-( )(ES) = 0 (5) (7) 18. Persamaan ini dapat dimodifiasi dengan cara ruas anan dibagi dengan [S], 1 [E] [ES] 0 (8) 1(2 3)/ 1[S] 19. Karena, 1 2, dan 3 adalah onstanta, maa etiga onstanta ini dapat dijadian satu onstanta yaitu ( )/ 1 = K M yang dienal sebagai onstanta Michaelis-MentenMenten 20. Untu ebanyaan enzim 3 2, sehingga K M aan mendeati ( ), sedang ( )/ 1 adalah Ks (onstanta dissosiasi omples enzim-substrat). 21. Jia K M, yang merupaan uuran affinitas enzim aan substrat, disubsitusian edalam pers (8), maa [E] [ES] 0 1 (K M /[S]) (10) 12

13 22. Kecepatan reasi atalisis dapat dinyataan dengan jumlah produ yang tebentu per satuan watu yaitu produ dari onsentrasi omples ES dengan apasitas atalisis enzim 3 (turnover number). [P] V (11) 3[ES] t 23. Subsitusi [ES] dari pers. (11) edalam pers (10) memberian [E] V (K M /[S]) (12) 24. Pada eadaan E dijenuhi S yang berarti semua enzim teriat dengan substrat dalam omples ES, maa V = Vmax = [E] 3 0. Kemudian persamaan diatas dapat ditulis dalam bentu beriut. Vmax V 1 ( K /[ S]) M atau V V max[ S ] (13) KM [ S] 25. Persamaan terahir ini ad. persamaan Michaelis- Menten yang secara luas digunaan ut analisis reasi enzim. 26. Stoiiometri pers (13) adalah S P yaitu satu substrat dan satu produ (uni-uni), sementara banya reasi yang diatalisis enzim melibatan stoiiometri yang lebih omples seperti beriut; S P1 + P2 (Ui-Bi) S1 + S2 P (Bi-Uni) S1 + S2 P1 + P2 (Bi-Bi) 27. Untungnya, persamaan Michaelis-MentenMenten ira-ira berlau untu reasi yang lebih omples sealipun dengan meanisme yang berbeda. 13

14 MATURNUWN TANK YOU SUKRAN XIÈXIE 14