Enzim: Nomenklatur, Sifat Kimia, dan Mekanisme

Enzim: Nomenklatur, Sifat Kimiawi, dan Mekanismenya!

Salah satu fungsi terpenting protein dalam sel hidup adalah bertindak sebagai enzim.

Kata “enzim” pertama kali diperkenalkan oleh Kuhne pada tahun 1878. Ini berasal dari kata Yunani asli enzim (Gr. en-in, zyme-leaven), yang berarti “dalam ragi”.

Pada tahun 1896, Buchner berhasil mengekstraksi dari sel ragi suatu zat yang aktif dalam fermentasi. Zat ini kemudian disebut zymase dan merupakan bagian dari sistem enzim yang terlibat dalam fermentasi. Pada tahun 1926, Profesor JB Sumner ­mengisolasi dari kacang jack, dengan menggunakan aseton, enzim urease dalam bentuk kristal.

Definisi:

Enzim dapat didefinisikan sebagai katalis biologis kompleks yang diproduksi oleh organisme hidup di dalam selnya untuk mengatur berbagai proses fisiologis tubuh. Enzim yang berfungsi di luar sel hidup disebut eksoenzim, misalnya enzim yang terdapat dalam cairan pencernaan ­, lisozim air mata. Enzim yang berfungsi di dalam sel hidup dikenal sebagai endozim, misalnya enzim siklus Krebs, enzim glikolisis, dll.

Substansi di mana enzim bertindak disebut “substrat” dan secara umum, enzim itu sendiri dinamai substrat dengan menambahkan akhiran, ‘ase’ ke substrat. Jadi, misalnya, protease adalah sekelompok enzim yang bekerja pada protein, lipase adalah sekelompok enzim yang bekerja pada zat lipid dan maltase adalah nama enzim yang bekerja pada maltosa.

Terkadang nama suatu enzim menunjukkan sifat reaksi yang ditimbulkannya. Misalnya, invertase yang memecah sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa, menghasilkan inversi (ini adalah proses di mana bahan baku yang menunjukkan satu jenis rotasi optik menghasilkan produk akhir yang menunjukkan jenis rotasi optik yang berlawanan).

Tata nama:

Pengamatan terhadap nomenklatur enzim mengungkapkan bahwa dalam banyak kasus, itu tidak konsisten dan juga menyesatkan. Juga contoh tidak kurang dimana ahli biokimia yang berbeda memberikan nama yang berbeda untuk enzim yang sama. Anomali ini telah dihapus oleh International Commission on Enzymes dalam laporannya pada tahun 1961.

Komisi mengakui bahwa setiap enzim harus terdiri dari: (1) nama substrat dan (2) kata yang diakhiri dengan ‘ase’ yang menentukan satu jenis reaksi katalitik seperti pada ­succinic dehy drogenase, pyruvate transaminase. Nomenklatur ini tepat dan sistematis, meski dalam beberapa kasus, panjang dan memutar lidah. Karena alasan inilah nama-nama sepele dipertahankan dengan sanksi resmi tetapi hanya dengan mengacu pada nama sistematiknya.

Sistem klasifikasi enzim modern diperkenalkan oleh International Union of Biochem ­istry (IUB) pada tahun 1961. Sistem ini mengelompokkan enzim ke dalam enam kategori berikut.

1. Oksidoreduktase:

Mereka mengambil bagian dalam reaksi oksidasi dan reduksi atau transfer elektron. Oksidoreduktase terdiri dari tiga jenis—oksidase, dehidrogenase, dan reduktase, misalnya sitokrom oksi ­dase (mengoksidasi sitokrom), suksinat dehidrogenase, nitrat reduktase.

2. Transferase:

Mereka mentransfer gugus dari satu molekul ke molekul lain misalnya, glutamat-piruvat transaminase (memindahkan gugus amino dari glutamat ke piruvat selama sintesis alanin). Pemindahan gugus kimia tidak terjadi di Free State.

3. Hidrolase:

Mereka memecah molekul besar menjadi lebih kecil dengan bantuan hidrogen dan gugus hidroksil dari molekul air. Fenomena ini disebut hidrolisis. Enzim pencernaan termasuk kelompok ini, misalnya amilase (hidrolisis pati), sukrase, dan laktase.

4. Lyase:

Enzim menyebabkan pembelahan, penghilangan gugus tanpa hidrolisis, penambahan gugus menjadi ikatan rangkap atau terbalik, misalnya histidin dekarboksilase (memecah histidin menjadi histamin dan CO ₂ ), aldolase (fruktosa-1, 6-difosfat menjadi dihidroksi aseton fosfat dan gliseraldehida fosfat ).

5. Isomerase:

Enzim menyebabkan penataan ulang struktur molekul untuk mempengaruhi perubahan isomer. Mereka terdiri dari tiga jenis, isomerase (aldosa menjadi gugus ketosa sebaliknya seperti glukosa 6-fosfat menjadi fruktosa 6-fosfat), epimerase (perubahan posisi satu konstituen atau gugus karbon seperti xylu ­kehilangan fosfat menjadi ribulosa fosfat) dan mutase ( menggeser posisi gugus samping seperti glukosa-fosfat menjadi glukosa-l-fosfat).

6. Ligase:

(Sintetase). Enzim mengkatalisis ikatan dua bahan kimia dengan bantuan energi yang diperoleh dari ATP, misalnya phosphenol pyruvate PEP carboxylase (menggabungkan phosphenol piruvat ­dengan karbon dioksida membentuk oksaloasetat disertai dengan hidrolisis ATP.)

Sistem nomenklatur enzim modern yang diperkenalkan oleh International Union of Biochemis ­try (IUB) membayangkan metode pemberian empat angka untuk setiap enzim yang diberikan, angka pertama menunjukkan kelas utama di mana enzim berada, angka kedua dan ketiga menunjukkan subkelas dan subkelas. masing-masing dan yang keempat adalah nomor urut enzim dalam sub-kelas khususnya; keempat bilangan dipisahkan oleh titik.

Jadi dehidrogenase malat diberi nomor komisi enzim (Pkh. No. 1) 1.1.1.37. Angka 1 pertama menunjukkan bahwa enzim tersebut adalah Oksidoreduktase, angka 1 kedua menunjukkan bahwa enzim bekerja pada gugus donor CH-OH dan angka 1 ketiga menunjukkan bahwa dalam reaksi yang dipromosikan oleh enzim, NAD atau NADP berfungsi sebagai molekul akseptor, 37 yang mana adalah nomor terakhir dalam nomor seri yang diberikan untuk enzim khusus ini adalah golongan yang dicirikan oleh sifat-sifat yang ditunjukkan 1.1.1.

Sifat Kimia Enzim:

Semua enzim bersifat protein (Sumner, 1926) dengan pengecualian ­enzim RNA yang baru ditemukan. Beberapa enzim juga mengandung gugus non-protein.

Berdasarkan perbedaan sifat kimianya, enzim dapat digambarkan sebagai berikut:

(i) Enzim Sederhana:

Beberapa enzim adalah protein sederhana, yaitu pada hidrolisis, mereka hanya menghasilkan asam amino. Enzim pencernaan seperti pepsin, trypsin dan chymotrypsin adalah dari sifat ini.

(ii) Enzim Konjugat:

Ini adalah enzim yang terbentuk dari dua bagian – bagian protein yang disebut apoenzim (misalnya, flavoprotein) dan bagian non-protein bernama kofaktor. Enzim konjugasi lengkap, terdiri dari apoenzim dan kofaktor, disebut holoenzim.

Ada aktivitas enzimatik hanya jika kedua komponen (apoenzim dan kofaktor) hadir bersama. Kofaktor terkadang berupa ion logam divalen sederhana (e.£.,Ca, Mg, Zn, Co, dll), dan terkadang senyawa organik nonprotein ­. Namun, beberapa enzim memerlukan kedua jenis kofaktor tersebut. Jika kofaktor terikat kuat pada apoenzim, itu disebut kelompok prostetik.

Misalnya, sitokrom adalah enzim yang memiliki porfirin sebagai gugus prostetiknya. Jika, alih-alih terikat secara permanen pada apoenzim, kofaktor mengikatkan dirinya pada apoenzim hanya pada saat reaksi, ini disebut koenzim.

(iii) Metalo-enzim:

Kofaktor logam yang terlibat dalam reaksi enzimatik adalah kation monovalen (K ⁺ ) dan kation divalen (Mg ⁺⁺ , Mn ⁺⁺ , Cu ⁺⁺ ). Ini mungkin secara longgar dipegang oleh enzim, atau seperti dalam beberapa kasus, masuk ke dalam komposisi molekul itu sendiri. Jika logam membentuk bagian dari molekul, seperti besi hemoglobin atau sitokrom, enzim disebut metalo-enzim.

(iv) Isoenzim (Isozim):

Pada suatu waktu diyakini bahwa suatu organisme hanya memiliki satu enzim untuk satu langkah tertentu dari suatu reaksi metabolisme. Belakangan diketahui bahwa suatu substrat dapat ditindaklanjuti oleh sejumlah varian enzim yang menghasilkan produk yang sama.

Berbagai bentuk molekul enzim yang terjadi pada organisme yang sama dan memiliki aktivitas substrat yang serupa disebut isoenzim atau isozim. Lebih dari 100 enzim diketahui memiliki isoenzim. Jadi a-amilase endosperma gandum memiliki 16 isozim, dehidrogenase laktat memiliki 5 isozim pada manusia, sedangkan alkohol dehidrogenase memiliki 4 isozim pada jagung. Isoenzim berbeda dalam optima aktivitas dan penghambatan.

Isozim yang paling teliti dipelajari adalah laktat dehidrogenase (LDH) yang terjadi dalam lima kemungkinan bentuk pada organ sebagian besar vertebrata seperti yang diamati oleh pemisahan elektroforesis gel pati. Dua jenis LDH pada dasarnya berbeda terjadi. Satu jenis, yang dihambat kuat oleh konsentrasi piruvat yang relatif rendah, mendominasi di jantung dan disebut LDH jantung.

Jenis lainnya, yang kurang mudah dihambat oleh piruvat, terjadi pada banyak otot rangka dan dengan demikian disebut LDH otot. LDH jantung terdiri dari 4 subunit identik, yang disebut subunit H. LDH otot terdiri dari 4 subunit M identik. Dua jenis subunit, H dan M, memiliki komposisi asam amino, kinetika enzim, dan sifat imunologi yang berbeda. Subunit ini dalam kombinasi berbeda menghasilkan 5 isoenzim.

Dengan demikian mereka berguna bagi organisme dalam beradaptasi dengan berbagai kondisi lingkungan.

Mekanisme Aksi Enzim:

Enzim mendorong reaksi tertentu, tetapi enzim itu sendiri tetap tidak berubah pada akhir reaksi. Pada tahun 1913, Michaelis dan Menten mengusulkan bahwa kompleks enzim-substrat perantara terbentuk selama aktivitas enzim. Skema berikut dapat ditulis untuk menggambarkan konsep:

Enzim adalah katalis biologis yang mempercepat laju reaksi dengan mengubah sifat kinetik. Jadi, enzim (E) menjalankan peran katalitiknya pada substrat (S) dengan membentuk kompleks enzim-substrat (ES) melalui reaksi reversibel di mana K ₁ adalah konstanta laju pembentukan ES, dan K ₂ adalah laju konstanta untuk disosiasi ES menjadi E dan S.

Setelah pembentukan ES, substrat (S) diubah menjadi produk, sehingga membuat enzim (E) tersedia untuk kombinasi lebih lanjut dengan lebih banyak substrat. Laju konversi ES menjadi produk reaksi dapat ditunjukkan dengan konstanta K ₃ .

Setiap reaksi yang dikatalis oleh enzim memiliki nilai K _{m yang khas} , yaitu tetapan Michalies-Menten, yang merupakan ukuran kecenderungan enzim dan substrat untuk bergabung satu sama lain.

Dengan cara ini nilai K _m merupakan indeks afinitas enzim terhadap substrat tertentu. Semakin besar afinitas suatu enzim terhadap substratnya, semakin rendah nilai K _m .

Enzim Mengurangi Energi Aktivasi:

Energi aktivasi adalah jumlah energi minimal yang dibutuhkan molekul untuk mengambil bagian dalam suatu reaksi. Pengaruh enzim adalah untuk menurunkan kebutuhan energi aktivasi, sehingga ­meningkatkan laju reaksi yang cukup besar pada suhu yang lebih rendah daripada yang mungkin terjadi.

Situs Katalitik:

Enzim jauh lebih besar dibandingkan dengan molekul substrat. Oleh karena itu, dalam enzim-substrat, substrat hanya bersentuhan dengan area yang sangat kecil dari permukaan enzim. Bagian enzim ini yang terdiri dari residu asam amino ­dan ikatan peptida yang berada dalam kontak fisik dengan substrat tetapi penting untuk aktivitas katalitik disatukan merupakan situs aktif, yang sekarang disebut sebagai situs katalitik.

Tidak ­termasuk situs katalitik, sisa molekul enzim mungkin diperlukan untuk mempertahankan konformasi tiga dimensi yang benar dari situs katalitik atau mungkin hanya ada di sana tanpa peran fungsional apa pun.

Struktur situs katalitik telah dipelajari pada beberapa enzim. Itu bisa berupa celah pada enzim seperti pada papain dan ribonuklease atau lubang yang dalam seperti pada karbonat anhidrase. Apa ­pun bentuk situs katalitiknya, diyakini bahwa substrat yang benar berikatan dengan situs katalitik menghasilkan kompleks situs katalitik-substrat.

Istilah pengikatan produktif sering ­diterapkan pada kompleks ini. Dalam pengikatan produktif, baik enzim maupun substrat menunjukkan perubahan konformasi dengan pengurangan energi aktivasi sehingga substrat diubah menjadi produk.

Teori Aksi Enzim:

1. Hipotesis Kunci dan Kunci:

Kompleks enzim-substrat pertama kali dihipotesiskan oleh Emil Fischer pada sekitar tahun 1884, mengasumsikan adanya ikatan kunci-dan-kunci yang kaku di antara keduanya. Bagian dari enzim yang digabungkan oleh substrat (atau beberapa substrat) saat mengalami konversi menjadi produk disebut situs aktif.

Jika situs aktif kaku dan spesifik untuk substrat tertentu, reversibilitas reaksi tidak akan terjadi, karena struktur produk berbeda dari substrat dan tidak cocok.

2. Teori Induced-Fit:

Berbeda dengan situs aktif Fischer yang diatur secara kaku, Daniel E. Koshland (1973) menemukan ­bukti bahwa situs aktif enzim dapat diinduksi dengan pendekatan dekat substrat (atau produk) untuk mengalami perubahan konformasi yang memungkinkan lebih baik kombinasi antara keduanya.

Ide ini sekarang dikenal luas sebagai teori induced-fit dan diilustrasikan di bawah ini. Rupanya, struktur ­substrat juga berubah selama banyak kasus induced fit, sehingga memungkinkan kompleks enzim-substrat yang lebih fungsional.

Sifat Enzim:

1. Sifat katalitik enzim telah dibahas secara rinci sebelumnya.
2. Reversibilitas:

Secara teoritis, semua reaksi yang dikendalikan enzim bersifat reversibel. Reversibilitas, bagaimanapun, tergantung pada kebutuhan energi, ketersediaan reaktan, konsentrasi produk akhir ­dan pH. Jika potensial kimia dari reaktan sangat tinggi dibandingkan dengan potensial produk, reaksi hanya dapat berlanjut menuju pembentukan produk, karena hukum kimia aksi massa. Sebagian besar reaksi dekarboksilasi dan hidrolitik bersifat ireversibel.

Enzim yang sama memfasilitasi gerak maju dan mundur suatu reaksi jika hanya dimungkinkan secara termodinamika. Contoh yang meyakinkan terlihat pada jalur respirasi dan fotosintesis. Enzim glikolisis dan jalur pentosa fosfat memisahkan glukosa. Beberapa enzim ini bekerja berlawanan arah dalam fotosintesis dan membangun glukosa dari karbon dioksida dan air.

3. Sensitivitas panas:

Semua enzim sensitif terhadap panas atau termolabil. Sebagian besar enzim beroperasi secara optimal antara 25°-35°C. Mereka menjadi tidak aktif pada suhu beku dan terdenaturasi pada 50°-55° C. Namun, alga dan bakteri termal merupakan pengecualian. Enzim mereka tetap berfungsi bahkan pada suhu 80°C. Enzim benih dan spora juga tidak terdenaturasi pada suhu 60°-70°C.

4. Peka terhadap pH:

Setiap enzim berfungsi pada pH tertentu, misalnya pepsin (2 pH), sukrase (4-5 pH), tripsin (8,5 pH). Perubahan pH membuat enzim tidak efektif.

5. Kekhususan tindakan:

Enzim menunjukkan spesifisitas terhadap substrat tempat mereka menjalankan peran katalitiknya. Sifat unik enzim ini ditentukan oleh: (1) konfigurasi struktural molekul substrat, (2) konformasi enzim dan (3) situs aktif atau katalitik pada enzim. Spesifisitas substrat enzim ada dua jenis: spesifisitas kelompok dan spesifisitas stereo.

Enzim biasanya menunjukkan spesifisitas kelompok yaitu, mereka hanya menyerang sekelompok senyawa yang terkait secara kimiawi ­. Spesifisitas gugus mungkin merupakan spesifisitas gugus relatif, dalam hal ini enzim berfungsi pada sejumlah substrat homolog.

Dengan demikian, heksokinase mentransfer gugus fosfat dari ATP ke setidaknya 23 heksosa atau turunannya seperti glukosa, manosa, fruktosa, dan glukosamin. Beberapa enzim spesifik golongan menunjukkan spesifisitas golongan absolut, yang berarti enzim hanya bekerja pada senyawa tunggal dan bukan pada homolognya. Manosa, glukokinase, dan fruktokinase masing-masing terlibat dalam fosforilasi heksosa, manosa, glukosa, dan fruktosa.

Enzim juga menunjukkan spesifisitas stereo terhadap substrat dan ditunjukkan dengan isomer optik dan geometris.

(i) Jika enzim menunjukkan spesifisitas optik, ia bekerja pada isomer dextro (D) atau laevo (L) dari senyawa. Jadi, D. asam amino oksidase hanya mengoksidasi asam amino D. dan asam amino L. oksidase hanya bereaksi dengan asam amino L..

(ii) Spesifisitas geometris ditunjukkan pada isomer cis dan trans. Asam fumarat dan malat adalah dua isomer geometris. Hidratase fumarat hanya bekerja pada asam fumarat trans-isomer tetapi tidak pada asam malat cis-isomer.

6. Penghambatan enzim:

Zat atau senyawa yang menurunkan laju reaksi yang dikatalisis oleh enzim dikenal sebagai inhibitor dan fenomena tersebut digambarkan sebagai penghambatan enzim. Ada tiga jenis penghambatan.

(i) Penghambatan kompetitif:

Ketika suatu senyawa bersaing dengan substrat untuk tempat aktif pada protein enzim dan dengan demikian mengurangi aktivitas katalitik enzim tersebut, senyawa tersebut ­dianggap sebagai inhibitor kompetitif. Penghambatan oleh analog struktural seperti itu (disebut antimetabolit), yang dibalik hanya dengan menambahkan lebih banyak substrat ke dalam campuran reaksi, dikenal sebagai penghambatan kompetitif.

Misalnya, suksinat dehidrogenase dengan mudah mengoksidasi asam suksinat menjadi asam fumarat. Jika ­peningkatan konsentrasi asam malonat, yang sangat mirip dengan struktur asam suksinat, ditambahkan, aktivitas dehidrogenase suksinat turun drastis.

Penghambatan sekarang dapat dibalik dengan meningkatkan konsentrasi asam suksinat substrat. Jumlah inhibisi pada tipe inhibisi ini berhubungan dengan (i) konsentrasi inhibitor ­, (ii) konsentrasi substrat, dan afinitas relatif antara inhibitor dan substrat. Efek penghambatan bersifat reversibel.

Apakah suatu inhibitor bersifat kompetitif atau tidak dapat diketahui dengan menyusun Plot Lineiveaver- Burk. Inhibitor kompetitif mengubah Km _enzim karena mereka menempati situs aktif. Namun, mereka tidak mengubah Vmax atau kecepatan _maksimum reaksi.

(ii) Penghambatan non-kompetitif:

Jenis penghambatan yang tidak dapat dibalik dengan meningkatkan konsentrasi substrat disebut penghambatan non-kompetitif. Inhibitor bergabung cukup kuat dengan situs pada enzim selain situs aktif dan efek ini tidak diatasi dengan hanya meningkatkan konsentrasi substrat.

Besarnya inhibisi pada jenis inhibisi ini berhubungan dengan (a) konsentrasi inhibitor, dan (b) afinitas inhibitor terhadap enzim. Konsentrasi substrat tidak berpengaruh pada sistem ini, dan inhibitor non-kompetitif mengubah _Vmax dan bukan Km _enzim .

Sianida, azida dan logam berat seperti perak, merkuri, timbal, dll adalah beberapa contoh inhibitor non- ­kompetitif yang bergabung dengan atau menghancurkan gugus sulfhidril esensial atau komponen logam dari enzim.

(iii) Penghambatan umpan balik (produk akhir):

Ketika produk akhir dari suatu reaksi berfungsi untuk mencegah pembentukan salah satu prekursornya sendiri dengan menghambat aksi enzim yang mengkatalisasi reaksi itu sendiri, penghambatan itu disebut penghambatan umpan balik.

Penghambatan konversi A ke B oleh X akan menjadi penghambatan seperti itu. Di sini X, produk akhir dari reaksi, berfungsi untuk mencegah pembentukan salah satu prekursornya sendiri (B) dengan menghambat kerja enzim a’ yang mengkatalisis perubahan dari A ke B.

Dalam hal ini, enzim ‘a’ dapat disebut sebagai alat pacu jantung karena seluruh urutan diatur secara efektif olehnya. Contoh sebenarnya adalah pembentukan cytidine triphosphate (CTP) dari asam aspartat dan carbamyl phosphate pada E. coli.

Saat konsentrasi kritis CTP terbentuk, trifosfat memperlambat pembentukannya sendiri dengan menghambat enzim, aspartate transcarbamylase (ATCase), yang mengkatalisasi langkah alat pacu jantung dari sintesisnya sendiri ­. Ketika konsentrasi trifosfat cukup diturunkan oleh penggunaan metabolisme, penghambatan dilepaskan, dan sintesisnya diperbarui.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Aksi Enzim dan Kinetika Enzim:

1. Konsentrasi Enzim:

Laju reaksi biokimia meningkat dengan peningkatan konsentrasi enzim hingga titik yang disebut titik batas atau titik jenuh. Di luar ini, peningkatan konsentrasi enzim memiliki pengaruh yang kecil.

2. Konsentrasi substrat:

Analisis matematis pertama yang memuaskan tentang pengaruh konsentrasi substrat ­pada kecepatan reaksi reaksi yang dikatalisis oleh enzim dibuat oleh Michaelis dan Menten (1913). Dengan konsentrasi enzim yang tetap, peningkatan substrat pada awalnya akan menghasilkan peningkatan kecepatan atau laju reaksi yang sangat cepat.

Ketika konsentrasi substrat terus meningkat, bagaimanapun, peningkatan laju reaksi mulai melambat sampai, dengan konsentrasi substrat yang besar ­, tidak ada lagi perubahan kecepatan yang teramati. Kecepatan reaksi yang diperoleh pada konsentrasi substrat yang tinggi ini didefinisikan sebagai kecepatan maksimum (V _m ) dari reaksi yang dikatalisis oleh enzim pada kondisi tertentu dan ­kecepatan reaksi awal yang diperoleh dengan konsentrasi substrat di bawah tingkat kejenuhan disebut V.

Konsentrasi substrat yang dibutuhkan untuk menghasilkan setengah kecepatan maksimum (Vm _/ 2) dapat dengan mudah ditentukan dari gambar di atas dan merupakan konstanta penting dalam kinetika enzim. Ini ­mendefinisikan konstanta Michaelis atau K _m . Dengan kata lain, K didefinisikan sebagai konsentrasi substrat ketika V= ½ V _m – Di bawah kondisi suhu, pH, dan kekuatan ion buffer yang ditentukan dengan hati-hati, konstanta K _{m ini} mendekati konstanta disosiasi kompleks enzim-substrat. Kebalikan ­dari K _m atau 1/K _m , mendekati afinitas suatu enzim terhadap substratnya.

Kinetika Aksi Enzim:

Konstanta Michaelis K sangat penting karena menyediakan cara kerja enzim yang mengkatalisis suatu reaksi. Perlu dicatat bahwa pada konsentrasi substrat rendah, hubungan kecepatan terhadap substrat hampir linier dan mengikuti kinetika orde pertama, yaitu laju reaksi A–>B berbanding lurus ­dengan konsentrasi substrat [A].

V = K’ [A] rendah [substrat]

Dimana V adalah kecepatan reaksi yang teramati pada konsentrasi [A] dan K’ adalah tetapan laju spesifik. Akan tetapi, pada konsentrasi substrat yang tinggi, kecepatan reaksi maksimum dan tidak bergantung pada substrat [A]; karenanya mematuhi kinetika orde nol.

V _m = K’ Jenuh [Substrat]

Persamaan Michaelis-Menten yang menggambarkan hubungan ini dan juga menjelaskan ­kurva dengan memuaskan, adalah sebagai berikut:

V = Vm[S]/K· _m +[S]

Dimana V = kecepatan reaksi awal pada konsentrasi substrat tertentu [S]

K _m = konstanta Michaelis, mol/liter.

V _m = Kecepatan maksimum pada konsentrasi substrat jenuh

[S] = Konsentrasi substrat dalam mol/liter

Penentuan Km _suatu reaksi enzim dengan persamaan Michaelis-Menten dalam praktiknya sulit dilakukan ­. Hasil dari persamaan ini disebut plot Line-weaver-Burk sering digunakan untuk penentuan tersebut.

1. Suhu:

Enzim aktif dalam ­kisaran suhu yang sempit. Suhu di mana enzim menunjukkan aktivitas tertinggi disebut suhu optimum. Aktivitas enzim menurun di atas dan di bawah suhu ini. Sebagai katalis, mereka menunjukkan reaktivitas yang meningkat dengan suhu tetapi sifat proteinnya membuat mereka rentan terhadap denaturasi termal di atas suhu optimum.

2. pH:

pH di mana aktivitas enzim maksimum ­terjadi sangat bervariasi dari satu enzim ke enzim lainnya. Ini dikenal sebagai pH optimum. Pergeseran kecil apa pun ke salah satu arah cenderung menurunkan aktivitas enzim secara signifikan. Karena enzim adalah protein, perubahan pH biasanya mempengaruhi karakter ionik dari gugus asam amino dan asam karboksilat pada permukaan protein dan karenanya sangat mempengaruhi sifat katalitik enzim.

3. Hidrasi:

Enzim berfungsi secara maksimal di bawah peningkatan aktivitas kinetik substrat karena fase kontinyu lebih tinggi. Itulah sebabnya benih yang memiliki kadar air rendah menunjukkan aktivitas enzim yang minimal meskipun substrat berlimpah di dalamnya. Namun, pada perkecambahan, ­aktivitas enzim meningkat tajam dan ini disebabkan oleh penyerapan air dan akibatnya mendorong aktivitas kinetik molekul substrat.

Koenzim:

Dalam fisiologi seluler banyak reaksi enzimatik diselesaikan dengan adanya koenzim. Ini adalah senyawa yang berfungsi seperti enzim, yaitu mempercepat reaksi biologis, tetapi bukan protein seperti enzim sebenarnya.

Definisi:

Koenzim dapat didefinisikan sebagai jenis kofaktor tertentu, yaitu senyawa organik non protein ­, atau molekul pembawa yang berfungsi bersama dengan enzim tertentu.

Jika kofaktor terikat kuat pada apoenzim, itu disebut gugus prostetik; dan jika, alih-alih terikat secara permanen pada apoenzim, kofaktor organik mengikatkan dirinya pada protein enzim hanya pada saat reaksi, ini disebut koenzim.

Dalam proses seluler terkadang atom atau elektron hidrogen dikeluarkan dari satu senyawa dan dipindahkan ke senyawa lain. Dalam semua kasus seperti itu, enzim spesifik mengkatalisasi pemindahan, tetapi koenzim spesifik juga harus ada untuk melakukan transfer. Koenzim untuk sementara bergabung dengan, atau menerima gugus atom yang dihilangkan dan selanjutnya dapat menyerahkannya ke senyawa akseptor lain.

Sifat Kimia Koenzim:

Mayoritas koenzim adalah turunan kimia dari nukleotida. Lebih khusus lagi, di sebagian besar koenzim, bagian basa nitrogen dari nukleotida diganti dengan unit kimia lain. Unit ini sendiri biasanya merupakan turunan dari vitamin tertentu. Koenzim berikut ini penting dalam fisiologi seluler.

(i) Turunan Flavin atau Nukleotida Flavin (FMN dan FAD)

(ii) Turunan piridin atau nukleotida piridin (NAD dan NADP).

(iii) Koenzim A

(iv) Koenzim Q

(iv) Sitokrom

(vi) Tiamin pirofosfat

Di sini hanya dua koenzim yang dijelaskan.

1. Nukleotida Flavin atau Flavoprotein:

Sekelompok besar enzim pernapasan menggunakan salah satu dari dua turunan riboflavin (vitamin B ₂ ) sebagai kofaktornya. Mereka adalah flavin mononukleotida (FMN) dan flavin adenin nukleotida (FAD).

Struktur:

Riboflavin adalah senyawa yang terdiri dari protein ribosa, dan bagian flavin, yang terakhir menjadi struktur cincin rangkap tiga yang kompleks. Dalam sel, gugus fosfat terkait dengan riboflavin menghasilkan kompleks seperti nukleotida yang dikenal sebagai flavin mononukleotida (FMN) atau riboflavin monofosfat. Jika FMN bergabung dengan AMP, dinukleotida yang dikenal sebagai flavin adenine dinucleotide (FAD) terbentuk.

Fungsi:

Kombinasi FMN atau FAD dengan apoenzim disebut flavoprotein (FP). Flavoprotein mengkatalisasi penghilangan ion hidrida (H- ⁾ dan ion hidrozen (H ⁺ ) dari suatu metabolit. Dalam koenzim ini, bagian flavin dari molekullah yang menyediakan tempat khusus untuk perlekatan hidrogen sementara.

FMN + MH ₂ ——–> FADH ₂ + M

FMN + MH ₂ ——–> FMNH ₂ + M

Dalam reaksi ini MH, mewakili substrat, FADH, adalah bentuk tereduksi dari FAD, dan FMNH ₂ adalah bentuk tereduksi dari FMN. Sumber penting hidrogen untuk reaksi ini adalah nukleotida piridin tereduksi.

H ⁺ + NADH + FAD ——–> NAD ⁺ + FADH ₂

Dalam semua kasus, flavoprotein tereduksi meneruskan elektronnya ke sitokrom.

2. Koenzim Q:

Enzim ini adalah quinone, yang dikenal sebagai ubiquinone, dan terutama ditemukan di mitokondria tetapi juga di mikrosom dan inti sel, dll.

Struktur:

Koenzim Q atau ubikuinon terdiri dari kuinon dengan rantai samping yang panjangnya bervariasi dengan sumber mitokondria. Pada sebagian besar jaringan hewan, kuinon memiliki ₁₀ unit isoprenosida dalam rantai sampingnya dan disebut koenzim Q10 .

Fungsi:

Koenzim Q adalah komponen penting dari rantai transpor elektron di mitokondria. Ini berfungsi sebagai pembawa hidrogen tambahan antara koenzim flavin (FAD dan FMN) dan sitokrom.

Q + FADH ₂ ——-> QH ₂ + FAD

Reduced (QH ₂ ) mentransfer elektronnya ke sitokrom b di mitokondria.