Kinetika enzim

Kinetika enzim adalah studi laju reaksi kimia terkatalisis enzim. Pada kinetika enzim, laju suatu reaksi diukur, serta pengaruh dari berbagai variasi kondisi terhadap reaksi tersebut diamati. Kajian kinetika suatu enzim dapat menjelaskan mekanisme katalitik enzim tersebut, perannya dalam metabolisme, bagaimana aktivitasnya dikontrol, dan bagaimana suatu obat atau suatu ligan pengubah (inhibitor atau aktivator) dapat memengaruhi lajunya.

Enzim (E) biasanya adalah sebuah molekul protein yang mendorong suatu reaksi dari molekul lain, substratnya (S). Substrat akan terikat pada sisi aktif enzim untuk menghasilkan kompleks enzim-substrat ES, yang kemudian berubah menjadi kompleks enzim-produk EP dan akhirnya menghasilkan produk P, melalui suatu keadaan transisi ES*. Rentetan tahapan ini dikenal sebagai mekanisme enzimatik:

E + S ⇄ ES ⇄ ES* ⇄ EP ⇄ E + P

Contoh ini mengasumsikan kasus paling sederhana dari suatu reaksi dengan satu substrat dan satu produk. Contoh kasus tersebut adalah mutase, seperti fosfoglukomutase mengkatalisis perpindahan gugus fosfat dari satu posisi ke posisi lain, dan isomerase, yang mana adalah nama umum bagi enzim yang mengkatalisis reaksi apapun yang melibatkan satu substrat satu produk (contohnya triosfosfat isomerase. Tetapi, enzim-enzim tersebut tidaklah umum, dan sangat kalah jumlah jika dibandingkan dengan enzim yang mengkatalisis reaksi dua substrat dua produk: di antaranya, sebagai contoh, NAD-dependen dehidrogenase seperti alkohol dehidrogenase, yang mengkatalisis oksidasi etanol oleh NAD⁺. Reaksi dengan tiga atau empat substrat atau produk lebih tidak umum, tetapi ada. Tidak ada keharusan jumlah produk yang dihasilkan sama dengan jumlah substrat yang digunakan; sebagai contoh, gliseraldehid 3-fosfat dehidrogenase menggunakan 3 substrat dan menghasilkan 2 produk.

Ketika enzim mengikat banyak substrat, seperti dihidrofolat reduktase (ditampilkan di sebelah kanan), kinetika enzim juga dapat menunjukkan urutan pengikatan substrat dan urutan pelepasan produk. Contoh enzim yang mengikat substrat tunggal dan melepaskan banyak produk adalah protease, ia memecah satu substrat protein menjadi dua produk polipeptida. Sementara itu, enzim lain mengikat dua substrat menjadi satu, seperti DNA polimerase yang mengikat nukleotida pada DNA. Meskipun mekanisme-mekanisme ini sering kali adalah tahapan rentetan yang rutin, terdapat satu “tahapan penentu laju” yang khas yang menentukan kinetika keseluruhan reaksi. Tahapan penentu laju ini bisa berupa reaksi kimia atau perubahan konformasi dari enzim atau substrat, yang mana terlibat dalam proses pelepasan produk dari enzim.

Pengetahuan mengenai struktur enzim sangat membantu dalam menafsirkan data kinetika. Sebagai contoh, struktur enzim dapat memberikan kemungkinan-kemungkinan bagaimana substrat dan produk terikat 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 berlangsung; untuk kasus ini, penentuan struktur enzim dengan dan tanpa analog substrat terikat yang tidak mengalami reaksi enzimatik akan sangat membantu.

Tidak semua katalis biologis adalah enzim protein: Katalis RNA seperti ribozim dan ribosom sangat penting untuk banyak fungsi seluler, seperti penjalinan RNA dan translasi. Perbedaan utama antara ribozim dan enzim adalah katalis RNA terdiri dari nukleotida-nukleotida, sedangkan enzim terderi dari asam-asam amino. Ribozim juga mengkatalisis sejumlah reaksi yang terbatas, walaupun mekanisme reaksi dan kinetikanya dapat dianalisis dan diklasifikasikan dengan metode yang sama.