Advertisement

Kecepatan Reaksi Enzim, Sebuah reaksi yang dikatalisis enzim dapat ditulis dalam persamaan reaksi yang paling sederhana, yaitu S P, dengan S adalah substrat dan P adalah hasil reaksi. J alannya reaksi tersebut dapat diikuti dengan mengukur kehilangan S atau terbentuknya P. Kadang-kadang hal ini relatif mudah. Misalnya dalam hidrolisis etil asetat yang dibantu oleh enzim

CH3C00(,C2H5 + H0,1H CH3COOH + C2H5OH

Advertisement

etil asetat            air           asam asetat        etil alkohol

karboksiesterase kecepatan terjadinya reaksi dengan mudah dapat diukur dengan cara titrasi asam asetat pada contoh campuran reaksi yang diambil pada waktu tertentu setelah reaksi itu mulai. Walaupun prosedur percobaan untuk menaksir kecepatan berbagai reaksi enzim akan sangat lebih kompleks daripada contoh tadi, prinsipnya tetap sama.

Jika jumlah hasil reaksi yang terbentuk diproyeksikan terhadap waktu, maka akan diperoleh kurva kemajuan reaksi tersebut. Dalam banyak hal kurva ini mempunyai bentuk seperti tertera pada   12.6. Mula-mula kurva ini kurang-lebih linear, yang menyatakan reaksi yang konstan, tetapi kemudian mendatar. Alasan utama mengapa kecepatan itu menurun ialah bahwa ketika reaksi berlangsung, substrat terpakai secara progresif, walaupun perubahan-perubahan lain dalam campuran reaksi juga mungkin ada (misalnya perubahan pH). Untuk memperoleh pengukuran kecepatan reaksi enzim yang terpercaya, diperlukan penentuan dalam jangka waktu pendek segera setelah enzim dicampurkan ke dalam substrat. Idealnya kecepatan ini harus diukur pada saat yang tepat ketika enzim itu dicampurkan, tetapi itu bukan sasaran yang praktis. Walaupun demikian, karena pada awal kurva ini linear, ekstrapolasi garis ini melalui waktu nol memberikan perkiraan kecepatan reaksi pada waktu nol. Kecepatan ini dinyatakan sebagai kecepatan reaksi awal dan kira-kira sangat dekat dengan kecepatan reaksi yang dikatalisis enzim sebelum terjadi perubahan konsentrasi substrat. Dengan adanya substrat yang berlebihan dan konsentrasi enzim sangat rendah, kecepatan pembentukan hasil reaksi yang jumlahnya sangat kecil tetapi masih dapat diukur itu berbentuk linear untuk jangka waktu yang relatif panjang. Dalam keadaan seperti ini metode analisis mikro yang ada sekarang memungkinkan untuk secepatnya menghitung kecepatan reaksi awal dengan sangat teliti.

Penelitian mengenai kecepatan kegiatan enzim pada berbagai kondisi eksperimen memberikan petunjuk berharga mengenai enzim dan bagaimana enzim-enzim itu bekerja. Dalam merancang suatu eksperimen untuk menemukan efek suatu faktor terhadap kecepatan reaksi enzim tentu saja faktor penentu lain perlu dibuat konstan. J adi, jika kita meneliti efek konsentrasi substrat, maka konsentrasi enzim, suhu, dan pH harus konstan. J enis informasi yang dapat diperoleh dari pengamatan seperti itu di kan dengan jelas oleh efek yang dimiliki konsentrasi substrat terhadap kecepatan reaksi enzim. Dengan konsentrasi enzim tertentu, peningkatan substrat mula-mula akan menyebabkan peningkatan kecepatan reaksi yang sangat cepat. Tetapi setelah konsentrasi substrat ditingkatkan lebih lanjut, peningkatan kecepatan reaksi mulai berkurang sampai akhirnya dicapai kecepatan yang hampir tetap. Dengan memproyeksikan kecepatan reaksi awal terhadap konsentrasi substrat akan dihasilkan kurva seperti tampak pada   12.7 yang secara matematik disebut hiperbola empat persegi panjang, sebab kecepatan yang tetap secara teori hanya dapat dicapai pada konsentrasi substrat yang tak terhingga. Kurva demikian (sepanjang sumbu y, atau ordinat pada grafik) diberi istilah kecepatan maksimum atau kecepatan terbatas. Vmaks) yaitu kecepatan konstan yang dicapai jika konsentrasi substrat sangat tinggi, dan sepanjang sumbu x atau absis) disebut konsentrasi substrat yang kecepatannya setengah kecepatan maksimum. Nilai konsentrasi substrat ini disebut konstanta Michaelis, Km. Nilai kedua kuantitas ini, Vmaks dan Km menentukan bentuk kurva yang diperoleh dari hasil reaksi enzim tertentu pada konsentrasi tertentu pula. Adanya konsentrasi substrat pembatas, yang di atas angka tersebut menunjukkan reaksi berkecepatan konstan, dapat dijelaskan dengan perkiraan bahwa substrat (S) dan enzim (E) saling terikat pada waktu tertentu sebagai kompleks enzim-substrat (ES), yang kemudian mengurai menjadi hasil reaksi (P) dan membebaskan enzim. Enzim ini kemudian siap lagi untuk mengulangi daurnya. Seluruh reaksi dapat ditulis sebagai berikut:

E + S ES –> E + P

dan dari reaksi ini tampak bahwa kecepatan seluruh proses itu bergantung kepada kecepatan penguraian ES. Pada konsentra-si substrat yang rendah, dan jumlah enzim berlebihan, enzim tidak bekerja sepenuhnya dan karena itu penambahan konsentrasi substrat juga akan meningkatkan kecepatannya melalui peningkatan konsentrasi ES. Pada konsentrasi substrat yang tinggi enzim akan bekerja sepenuhnya, dan peningkatan konsentrasi substrat tidak akan menyebabkan penaikan kecepatan, sebab peningkatan lebih lanjut dari konsentrasi S tidak banyak meningkatkan konsentrasi ES. Suatu kenaikan kecepatan yang mencolok hanya dapat dicapai dengan jalan meningkatkan konsentrasi E yang dapat bereaksi dengan kelebihan substrat. Kedua keadaan ini di kan dalam diagram pada   12.8. Interpretasi teoretis mengenai ketergantungan kecepatan reaksi pada konsentrasi substrat kini ternyata benar, sebab dalam beberapa hal tertentu pembentukan dan pemecahan gabungan enzim-substrat telah dapat dibuktikan dengan eksperimen.

Tentang faktor-faktor lain yang mempengaruhi kecepatan reaksi enzim, hanyalah suhu dan pH yang akan diuraikan. Tanggapan terhadap kedua faktor ini merupakan sifat enzim yang khas, terutama yang berhubungan dengan kenyataan bahwa enzim itu protein.

Efek suhu. Seperti umumnya semua reaksi kimia, kecepatan reaksi kimia yang dikatalisis oleh enzim dipengaruhi suhu. Lazimnya dikatakan bahwa reaksi kimia akan berlangsung dua kali lebih cepat pada setiap kenaikan suhu 10 °C (berarti reaksi ini mempunyai Qi 0 sekitar 2); hal ini berlaku untuk reaksi enzim sampai suhu 35 °C. Tetapi karena enzim adalah protein, suhu di atas nilai ini akan mengakibatkan denaturasi enzim secara progresif dan karena itu merusak fungsi katalisatornya. Jika suhu naik melampaui sekitar 35 °C, maka kenaikan kecepatan reaksi kimia mulai berkurang. Karena denaturasi sering mempunyai Qio beberapa ratus, maka kehilangan sifat-sifat katalisatornya sangat cepat, dan dalam kasus-kasus yang tipikal kehilangan ini mulai pada suhu 35 °C dan berakhir pada suhu mendekati 60 °C. Akibatnya, kecepatan reaksi mencapai maksimum sekitar suhu 45 °C, sebab denaturasi oleh panas semakin penting di atas suhu ini dan kemudian menurun dan berhenti pada suhu 60 °C. Efek ganda suhu terhadap kecepatan reaksi enzim tertentu dilukiskan dalam Gam-bar 12.9.

Dalam mempertimbangkan efek suhu pada reaksi enzim, faktor waktu penting diperhatikan. Jika reaksi dibiarkan berjalan dalam waktu dan suhu tertentu, dan dalam kondisi ini denaturasi enzim juga terjadi, maka kecepatannya lambat laun akan menurun. Jadi untuk jangka waktu tertentu terdapat suhu optimum, yaitu suatu suhu tertentu saat sebagian besar perubahan kimia terjadi dalam suatu jangka waktu tertentu oleh sejumlah enzim tertentu dalam seperangkat kondisi eksperimen tertentu (  12.10).

Efek pH. Sebagai ketentuan umum, suatu enzim hanya dapat aktif dalam kisaran pH yang relatif sempit. Seperti tampak pada   12.11 ada sebuah puncak aktivitas yang jelas pada suatu kisaran nilai pH tertentu, yang disebut pH optimum; di sebelah kiri dan kanan nilai pH ini aktivitas menurun dengan tajam jika pH berubah. Beberapa enzim menunjukkan kisaran nilai optimum pada beberapa nilai pH, sedangkan enzim lain mempunyai nilai pH optimum yang lebih sempit. Kisaran optimum hampir semua enzim nyaris mendekati nilai netral, yaitu antara pH 5 dan 7. Nilai ekstrem keasaman atau kebasaan yang menyebabkan denaturasi protein, juga menyebabkan ketidakaktifan enzim. Perubahan aktivitas ini tidak dapat bolak-balik, sedangkan perubahan aktivitas yang ada di sekitar pH optimum biasanya dapat bolak-balik.

Hubungan antara aktivitas dan pH enzim pada umumnya disebabkan oleh perubahan keadaan ionnya. Suatu enzim, seperti halnya semua protein, mungkin berada pada bentuk ion yang berbeda-beda, dan bentuk tertentu yang dominan akan bergantung pada pH medium untuk reaksi itu. Bentuk ion yang dominan pada pH optimum dapat merupakan satu-satunya bentuk enzim yang memiliki sifat katalisis atau dapat merupakan bentuk enzim yang paling aktif. Pada umumnya suatu enzim sangat stabil pada keadaan pH optimum atau hampir optimum. Nilai pengamatan pH optimum ini tidak bervariasi karena faktor waktu, berbeda dengan yang terjadi pada suhu optimum. Oleh karena itu, pH optimum lebih merupakan sifat khas bagi enzim tertentu daripada suhu optimum.

Advertisement