Lihat sumber Enzim

[[Berkas:Purine Nucleoside Phosphorylase.jpg|230px|jmpl|Model komputer enzim [[purin nukleosida fosforilase]] (PNPase)]]
[[Berkas:CatalysisScheme-en.svg|jmpl|ka|292px|Diagram energi potensial reaksi kimia organik yang menunjukkan efek katalis pada suatu reaksi eksotermik hipotetis X + Y = Z.]]
'''Enzim''' adalah [[biomolekul]] berupa [[protein]] yang berfungsi sebagai [[katalis]] (senyawa yang mempercepat proses reaksi tanpa habis bereaksi) dalam suatu [[reaksi kimia]] [[senyawa organik|organik]].<ref>{{cite book|author=Smith AL (Ed) ''et al.''|title=Oxford dictionary of biochemistry and molecular biology|url=https://archive.org/details/oxforddictionary0000unse_e9s4|publisher=Oxford University Press|location=Oxford [Oxfordshire]|year=1997|isbn=0-19-854768-4 }}</ref><ref>{{cite book|author=Grisham, Charles M.; Reginald H. Garrett|title=Biochemistry|url=https://archive.org/details/fundamentalsbioc00garr|publisher=Saunders College Pub|location=Philadelphia|year=1999|pages=[https://archive.org/details/fundamentalsbioc00garr/page/n435 426]–7|isbn=0-03-022318-0 }}</ref> Fungsi enzim sebagai [[biokatalisator]] suatu reaksi kimia. Energi yang diperlukan oleh enzim di dalam [[reaksi kimia]] sangat kecil sehingga berfungsi menurunkan energi aktivasi.<ref>{{Cite book|last=Susilawati dan Bachtiar, N.|first=|date=2018|url=http://repository.uin-suska.ac.id/26091/1/Buku%20Biologi%20Dasar%20Terintegrasi.pdf|title=Biologi Dasar Terintegrasi|location=Pekanbaru|publisher=Kreasi Edukasi|isbn=978-602-6879-99-8|pages=72|url-status=live|access-date=2021-01-31|archive-date=2021-04-15|archive-url=https://web.archive.org/web/20210415143329/http://repository.uin-suska.ac.id/26091/1/Buku%20Biologi%20Dasar%20Terintegrasi.pdf|dead-url=no}}</ref> [[Molekul]] awal yang disebut [[substrat]] akan dipercepat perubahannya menjadi molekul lain yang disebut produk. Semua proses biologis [[sel (biologi)|sel]] memerlukan enzim agar dapat berlangsung dengan cukup cepat dalam suatu arah [[lintasan metabolisme]].

Enzim bekerja dengan cara bereaksi dengan [[molekul]] substrat untuk menghasilkan senyawa [[intermediat]] melalui suatu reaksi kimia organik yang membutuhkan [[energi aktivasi]] lebih rendah, sehingga percepatan reaksi kimia terjadi karena reaksi kimia dengan energi aktivasi lebih tinggi membutuhkan waktu lebih lama. Sebagai contoh:

:X + '''''C''''' → X'''''C''''' (1)
:Y + X'''''C''''' → XY'''''C''''' (2)
:XY'''''C''''' → '''''C'''''Z (3)
:'''''C'''''Z → '''''C''''' + Z (4)

Meskipun senyawa katalis dapat berubah pada reaksi awal, pada reaksi akhir molekul katalis akan kembali ke bentuk semula.

Sebagian besar enzim bekerja secara khas, yang artinya setiap jenis enzim hanya dapat bekerja pada satu macam [[senyawa kimia|senyawa]] atau [[reaksi kimia]]. Hal ini disebabkan perbedaan [[struktur kimia]] tiap enzim yang bersifat tetap. Sebagai contoh, enzim [[α-amilase]] hanya dapat digunakan pada proses perombakan [[Amilum|pati]] menjadi [[glukosa]].

Kerja enzim dipengaruhi oleh beberapa faktor, terutama [[substrat]], [[suhu]], [[keasaman]], [[kofaktor]] dan [[inhibitor]]. Tiap enzim memerlukan suhu dan [[pH]] (tingkat keasaman) optimum yang berbeda-beda karena enzim adalah [[protein]], yang dapat mengalami perubahan bentuk jika suhu dan keasaman berubah. Di luar suhu atau [[pH]] yang sesuai, enzim tidak dapat bekerja secara [[optimal]] atau strukturnya akan mengalami kerusakan. Hal ini akan menyebabkan enzim kehilangan fungsinya sama sekali. Kerja enzim juga dipengaruhi oleh molekul lain. [[Inhibitor enzim|Inhibitor]] adalah [[molekul]] yang menurunkan aktivitas enzim, sedangkan [[aktivator enzim|aktivator]] adalah yang meningkatkan aktivitas enzim. Banyak [[obat]] dan [[racun]] adalah inihibitor enzim.

== Etimologi dan sejarah ==
[[Berkas:Eduardbuchner.jpg|jmpl|180px|ka|[[Eduard Buchner]]]]
Setidaknya pada akhir abad ke-17 dan awal abad ke-18, beberapa proses yang melibatkan enzim telah diketahui, yaitu proses pencernaan [[daging]] oleh sekresi lambung<ref name="Reaumur1752">{{cite journal | last = de Réaumur | first = RAF | authorlink = René Antoine Ferchault de Réaumur | year = 1752 | title = Observations sur la digestion des oiseaux | journal = Histoire de l'academie royale des sciences | volume = 1752|pages = 266, 461}}</ref> dan pemecahan [[Amilum|pati]] menjadi [[gula]] oleh ekstrak tumbuhan serta [[ludah|air liur]] telah diketahui. Namun, mekanisme terjadinya proses-proses ini belum dikenali.<ref>Williams, H. S. (1904) [http://etext.lib.virginia.edu/toc/modeng/public/Wil4Sci.html A History of Science: in Five Volumes. Volume IV: Modern Development of the Chemical and Biological Sciences] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20120509114830/http://etext.lib.virginia.edu/toc/modeng/public/Wil4Sci.html |date=2012-05-09 }} Harper and Brothers (New York) Accessed 4 April 2007</ref>

Kimiawan Prancis, Anselme Payen, adalah ilmuwan pertama yang menemukan sebuah enzim, yaitu [[diastase]], pada 1833.  Berselang beberapa dasawarsa kemudian, Louis Pasteur yang sedang meneliti fermentasi gula menjadi [[Etanol|alkohol]] dengan menggunakan [[ragi]], menulis bahwa reaksi fermentasi ini disebabkan oleh "gaya dorong vital" yang terdapat dalam sel ragi, disebut sebagai "[[Vitalisme|ferment]]", yang menurutnya hanya berfungsi dalam tubuh organisme hidup. Ia menulis bahwa "fermentasi alkohol adalah aksi yang berhubungan dengan kehidupan dan keteraturan sel-sel ragi, dan bukannya kematian ataupun membusuknya sel-sel tersebut."<ref>{{cite journal |author=Dubos J.|year=1951|title=Louis Pasteur: Free Lance of Science, Gollancz. Quoted in Manchester K. L. (1995) Louis Pasteur (1822–1895)—chance and the prepared mind|journal=Trends Biotechnol|volume=13|issue=12|pages=511–5|pmid=8595136 |doi=10.1016/S0167-7799(00)89014-9}}</ref>

Pada tahun 1878, ahli [[fisiologi]] Jerman [[Wilhelm Kühne]] (1837–1900) pertama kali menggunakan istilah "''enzyme''", yang berasal dari [[bahasa Yunani]] ''ενζυμον'' yang berarti "dalam bahan pengembang" atau "dalam ragi", untuk menjelaskan proses ini. Kata "enzim" (''enzyme)'' kelak digunakan untuk merujuk pada zat mati seperti [[pepsin]], dan kata ''ferment'' digunakan untuk merujuk pada aktivitas kimiawi yang dihasilkan oleh organisme hidup.

Pada tahun 1897, [[Eduard Buchner]] memulai rangkaian makalah ilmiahnya tentang ekstrak ragi. Dalam sejumlah eksperimen di [[Universitas Humboldt Berlin|Universitas Berlin]], ia menemukan bahwa fermentasi gula oleh ekstrak ragi tetap berjalan sekalipun tidak ada sel ragi yang masih hidup di campuran.<ref>[http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1907/buchner-bio.html Nobel Laureate Biography of Eduard Buchner at http://nobelprize.org] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20160629093844/http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1907/buchner-bio.html |date=2016-06-29 }} Accessed 4 April 2007</ref> Ia menamai enzim yang memicu fermentasi sukrosa ini sebagai "''zymase''" ([[zimase]]).<ref>[http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1907/buchner-lecture.html Text of Eduard Buchner's 1907 Nobel lecture at http://nobelprize.org] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20170708144420/http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1907/buchner-lecture.html |date=2017-07-08 }} Accessed 4 April 2007</ref> Pada tahun 1907, ia menerima [[penghargaan Nobel]] dalam bidang [[kimia]] untuk "penemuan fermentasi tanpa sel". Tata nama enzim hingga kini mengikuti contoh Buchner,  yaitu dengan akhiran ''-ase'' dan sesuai dengan reaksi yang dikatalisasi oleh enzim tersebut. Umumnya, akhiran ''-ase'' ditambahkan pada nama [[substrat]] (zat yang direaksikan) enzim tersebut (contohnya: [[laktase]], merupakan enzim yang mengurai [[laktosa]]) ataupun pada jenis reaksi yang dikatalisasi (contoh: [[DNA polimerase]] mengatalisasi reaksi [[polimerisasi]] terhadap DNA).

Penemuan bahwa enzim dapat bekerja di luar sel hidup mendorong penelitian sifat-sifat biokimianya, tetapi identitas kimia enzim belum diketahui. Sejumlah ilmuwan menemukan bahwa aktivitas enzim terkait protein, tetapi beberapa ilmuwan (seperti peraih Nobel [[Richard Willstätter]]) berpendapat bahwa protein sendiri tidak mampu melakukan katalisis dan hanya bertindak sebagai pembawa enzim. Namun, pada tahun 1926, [[James B. Sumner]] berhasil mengkristalisasi enzim [[urease]] dan menunjukkan bahwa enzim ini merupakan protein murni. Ia kemudian melakukan hal serupa terhadap enzim katalase pada 1937.  Biokimiawan AS [[John Howard Northrop]] dan [[Wendell Meredith Stanley]] secara pasti menunjukkan bahwa protein murni dapat menjadi enzim, melalui penelitiannya terhadap enzim-enzim pencernaan, yaitu pepsin (1930), tripsin, dan kimotripsin. Sumner, Northrop, dan Wendel meraih penghargaan Nobel Kimia pada tahun 1946.<ref>[http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1946/ 1946 Nobel prize for Chemistry laureates at http://nobelprize.org] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20150905075056/http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1946/ |date=2015-09-05 }} Accessed 4 April 2007</ref>

Dengan berhasilnya kristalisasi enzim, struktur enzim kemudian dapat dijabarkan melalui metode [[kristalografi sinar-X]]. Hal ini pertama kali diterapkan terhadap [[lisozim]], sebuah enzim yang ditemukan pada air mata, air ludah, dan putih telur, yang dapat memecah lapisan pelindung beberapa bakteri. Struktur enzim ini diuraikan oleh sekelompok ilmuwan yang diketuai oleh [[David Chilton Phillips]] dan hasilnya diterbitkan pada 1965.<ref>{{cite journal |author=Blake CC, Koenig DF, Mair GA, North AC, Phillips DC, Sarma VR.|year=1965|title=Structure of hen egg-white lysozyme. A three-dimensional Fourier synthesis at 2 Angstrom resolution |journal=Nature |volume=22|issue=206|pages=757–61|pmid=5891407|doi=10.1038/206757a0}}</ref> Struktur rinci lisozim ini menandai permulaan bidang [[biologi struktur]] serta dimulainya usaha untuk memahami cara kerja enzim dalam tingkat atom.

== Penggolongan dan penamaan ==
Nama enzim sering kali diturunkan dari nama substrat ataupun reaksi kimia yang dikatalisasinya, menjadi sebuah nama dengan akhiran '''''-ase'''''. Contohnya adalah [[laktase]] (menguraikan laktosa), [[alkohol dehidrogenase]] (mengatalisis dehidrogenisasi/penghilangan hidrogen dari alkohol), dan [[DNA polimerase]] (polimerisasi DNA). Enzim-enzim dengan struktur berbeda tetapi mengatalisis reaksi kimia yang sama disebut [[isoenzim]].

Selain itu, [[International Union of Biochemistry and Molecular Biology]] (IUBMB, Persatuan Biokimia dan Biologi Molekul Internasional) telah mengembangkan suatu tatanama untuk enzim, yang disebut sebagai [[nomor EC]] (EC berasal dari ''Enzyme Commission''/"Komisi Enzim"). Dalam tatanama ini, nama enzim diawali dengan "EC" dan diikuti dengan empat nomor yang menunjukkan penggolongan reaksi yang dikatalisis oleh enzim tersebut. Angka pertama menunjukan pengelompokan tingkat teratas (berdasarakan kesamaan yang paling umum), yang kemudian dibagi lagi menjadi kelompok-kelompok yang lebih kecil dan lebih spesifik, berdasarkan substrat, produk (hasil reaksi), atau mekanisme kimianya. Sebagai contoh, [[heksokinase]] adalah EC 2.7.1.1, dengan EC 2 menunjukkan bahwa enzim tersebut termasuk kelompok transferase, EC 2.7 menunjukkan bahwa reaksi yang dikatalisisnya menambahkan sebuah gugus fosfat, EC 2.7.1 menunjukkan bahwa molekul penerima fosfat (yaitu [[heksosa]]) memiliki gugus alkohol, dan barulah EC 2.7.1.1 menunjukkan enzim heksokinase secara lengkap. Angka pertama berkisar antara EC 1 hingga EC 6, yaitu:
* EC 1, [[Oksidoreduktase]]: kelompok enzim yang mengatalisis reaksi [[oksidasi]]/reduksi.
* EC 2, [[Transferase]]: memindahkan atau mentransfer [[gugus fungsi]]
* EC 3, [[Hidrolase]]: mengatalisis [[hidrolisis]] (pemutusan menggunakan molekul air) terhadap berbagai ikatan kimia
* EC 4, [[Liase]]: pemutusan berbagai ikatan kimia selain melalui hidrolisis dan oksidasi
* EC 5, [[Isomerase]]: mengatalisis [[isomer]]isasi sebuah molekul tunggal
* EC 6, [[Ligase]]: menggabungkan dua molekul dengan [[ikatan kovalen]]
Penamaan dengan sistem EC tidak menunjukkan kemiripan urutan asam amino dalam protein enzim. Misalnya, dua ligase dengan nomor EC yang sama, menunjukkan bahwa kedua ligase tersebut mengatalisis reaksi yang sama, tetapi dapat saja memiliki rantai asam amino yang sama sekali berbeda. Sejumlah basis data protein, seperti [[Pfam]], memiliki pengelompokan lain yang didasarkan kepada kemiripan urutan asam amino sehingga menghasilkan kelompok-kelompok protein yang berbeda dengan pengelompokan berdasarkan reaksi kimia yang dikatalisis enzim.

== Struktur ==
{{see also|Struktur protein}}
[[Berkas:Carbonic anhydrase.png|jmpl|ka|300px|Diagram pita yang menunjukkan [[karbonat anhidrase|karbonat anhidrase II]]. Bola abu-abu adalah kofaktor [[seng]] yang berada pada tapak aktif.]]

Enzim umumnya merupakan [[protein globular]], yang berdiri sendiri maupun menjadi bagian dari [[kompleks protein]]. Aktivitas katalisis sebuah enzim ditentukan oleh strukturnya, dan struktur ini tergantung dari urutan asam-asam aminonya.<ref>{{cite journal | vauthors = Anfinsen CB | title = Principles that govern the folding of protein chains | journal = Science | volume = 181 | issue = 4096 | pages = 223–30 | date = July 1973 | pmid = 4124164 | doi = 10.1126/science.181.4096.223 | bibcode = 1973Sci...181..223A }}</ref> Walaupun begitu, memprediksi secara efisien aktivitas enzim berdasarkan strukturnya saja masih merupakan persoalan yang belum terpecahkan, dan melibatkan ilmu enzimologi, biologi struktur, dan kimia komputasi.<ref>{{cite journal | vauthors = Dunaway-Mariano D | title = Enzyme function discovery | journal = Structure | volume = 16 | issue = 11 | pages = 1599–600 | date = November 2008 | pmid = 19000810 | doi = 10.1016/j.str.2008.10.001 }}</ref>

Ukuran enzim berkisar dari hanya 62 asam amino ([[monomer]] [[4-Oksalokrotonat tautomerase|4-oksalokrotonat tautomerase]]),<ref>{{cite journal | vauthors = Chen LH, Kenyon GL, Curtin F, Harayama S, Bembenek ME, Hajipour G, Whitman CP | title = 4-Oxalocrotonate tautomerase, an enzyme composed of 62 amino acid residues per monomer | journal = The Journal of Biological Chemistry | volume = 267 | issue = 25 | pages = 17716–21 | date = September 1992 | pmid = 1339435 }}</ref> sampai dengan lebih dari 2.500 ([[asam lemak sintase]]).<ref>{{cite journal | vauthors = Smith S | title = The animal fatty acid synthase: one gene, one polypeptide, seven enzymes | journal = FASEB Journal | volume = 8 | issue = 15 | pages = 1248–59 | date = December 1994 | pmid = 8001737 | doi = 10.1096/fasebj.8.15.8001737 | s2cid = 22853095 }}</ref> Enzim umumnya berukuran jauh lebih besar dari substratnya, dan hanya sebagian kecil (sekitar 3–4 [[asam amino]]) dari keseluruhan struktur enzim yang secara langsung terlibat dalam katalisis, bagian ini disebut situs katalitik.<ref>{{cite web | url = http://www.ebi.ac.uk/thornton-srv/databases/CSA/ | title = The Catalytic Site Atlas | publisher = The European Bioinformatics Institute | accessdate = 4 April 2007 | archive-date = 2013-08-03 | archive-url = https://web.archive.org/web/20130803032349/http://www.ebi.ac.uk/thornton-srv/databases/CSA/ | dead-url = yes }}</ref> Di dekat situs katalitik terdapat satu atau lebih [[situs ikatan]] yang asam-asam aminonya berfungsi mengarahkan orientasi molekul substrat. Gabungan situs katalitik dan situs ikatan disebut situs aktif. Bagian enzim yang selebihnya berfungsi menjaga orientasi persis serta dinamika situs aktif.<ref name = "Suzuki_2015_7">{{cite book | author = Suzuki H | title = How Enzymes Work: From Structure to Function | publisher = CRC Press | location = Boca Raton, FL | year = 2015 | isbn = 978-981-4463-92-8 | chapter = Chapter 7: Active Site Structure | pages = 117–140 }}</ref>

Di sebagian enzim, tidak ada asam amino yang langsung terlibat dalam katalisis, tetapi enzim tersebut memiliki situs untuk mengikat dan mengarahkan [[kofaktor (biokimia)|kofaktor]], yang kemudian terlibat dalam katalisis.<ref name="Suzuki_2015_7" /> Sebagian enzim juga memiliki situs alosterik, yang dapat mengikat sebuah molekul kecil yang menyebabkan perubahan konformasi yang dapat menaikkan atau menurunkan aktivitas.<ref>{{cite book | author = Krauss G | title = Biochemistry of Signal Transduction and Regulation | date = 2003 | publisher = Wiley-VCH | location = Weinheim | isbn = 9783527605767 | edition = 3rd | pages = 89–114 | chapter = The Regulations of Enzyme Activity | chapterurl = https://books.google.com/books?id=iAvu2XRLnfYC&q=enzyme+metabolic+pathways+feedback+regulation&pg=PA91}}</ref>

Terdapat pula sejumlah kecil katalis RNA, dengan yang paling umum merupakan [[ribosom]]; Jenis enzim ini dirujuk sebagai RNA-enzim ataupun [[ribozim]].{{rp|2.2}}

== Mekanisme ==
{{see also|Katalisis enzim}}
=== Kespesifikan ===
Enzim biasanya sangat spesifik terhadap reaksi yang ia kataliskan maupun terhadap [[substrat]] yang terlibat dalam reaksi. Bentuk, muatan dan katakteristik [[hidrofilik]]/[[hidrofobik]] enzim dan substrat bertanggung jawab terhadap kespesifikan ini. Enzim juga dapat menunjukkan tingkat [[stereospesifisitas]], [[regioselektivitas]], dan [[kemoselektivitas]] yang sangat tinggi.<ref>{{cite journal |author=Jaeger KE, Eggert T.|year=2004|title=Enantioselective biocatalysis optimized by directed evolution| journal=Curr Opin Biotechnol.|volume=15 |issue=4|pages=305–13|pmid=15358000|doi=10.1016/j.copbio.2004.06.007}}</ref>

Beberapa enzim yang menunjukkan akurasi dan kespesifikan tertinggi terlibat dalam pengkopian dan [[ekspresi gen|pengekspresian]] [[genom]]. Enzim-enzim ini memiliki mekanisme "sistem pengecekan ulang". Enzim seperti [[DNA polimerase]] mengatalisasi reaksi pada langkah pertama dan mengecek apakah produk reaksinya benar pada langkah kedua.<ref>{{cite journal |author=Shevelev IV, Hubscher U.|year=2002|title=The 3' 5' exonucleases| journal=Nat Rev Mol Cell Biol.|volume=3|issue=5|pages=364–76|pmid=11988770|doi=10.1038/nrm804}}</ref> Proses dwi-langkah ini menurunkan laju kesalahan dengan 1 kesalahan untuk setiap 100 juta reaksi pada polimerase [[mamalia]].<ref>{{cite book|author=Tymoczko, John L.; Stryer Berg Tymoczko; Stryer, Lubert; Berg, Jeremy Mark|title=Biochemistry|url=https://archive.org/details/biochemistrysupp0000stry|publisher=W.H. Freeman|location=San Francisco|year=2002|isbn=0-7167-4955-6 }}</ref> Mekanisme yang sama juga dapat ditemukan pada [[RNA polimerase]],<ref>{{cite journal |author=Zenkin N, Yuzenkova Y, Severinov K.|year=2006|title=Transcript-assisted transcriptional proofreading| journal=Science.|volume=313|pages=518–20|pmid=16873663|doi=10.1126/science.1127422}}</ref> [[aminoasil tRNA sintetase]]<ref>{{cite journal |author=Ibba M, Soll D.|year=2000|title=Aminoacyl-tRNA synthesis|journal=Annu Rev Biochem. |volume=69 |pages=617–50 |pmid=10966471 |doi=10.1146/annurev.biochem.69.1.617}}</ref> dan [[ribosom]].<ref>{{cite journal |author=Rodnina MV, Wintermeyer W.|year=2001|title=Fidelity of aminoacyl-tRNA selection on the ribosome: kinetic and structural mechanisms| journal=Annu Rev Biochem.|volume=70|pages=415–35|pmid=11395413 | doi =10.1146/annurev.biochem.70.1.415}}</ref>

Beberapa enzim yang menghasilkan [[metabolit sekunder]] dikatakan sebagai "tidak pilih-pilih", yakni bahwa ia dapat bekerja pada berbagai jenis substrat yang berbeda-beda. Diajukan bahwa kespesifikan substrat yang sangat luas ini sangat penting terhadap evolusi lintasan biosintetik yang baru.<ref>{{cite web |url=http://www-users.york.ac.uk/~drf1/rdf_sp1.htm |title=The Screening Hypothesis - a new explanation of secondary product diversity and function |accessdate=2006-10-11 |last=Firn |first=Richard |archive-date=2006-10-31 |archive-url=https://web.archive.org/web/20061031063451/http://www-users.york.ac.uk/~drf1/rdf_sp1.htm |dead-url=yes }}</ref>

==== Model "kunci dan gembok" ====
Enzim sangatlah spesifik. Pada tahun 1894, [[Hermann Emil Fischer|Emil Fischer]] mengajukan bahwa hal ini dikarenakan baik enzim dan substrat memiliki bentuk geometri yang saling memenuhi.<ref>{{cite journal|author=Fischer E.|year=1894|title=Einfluss der Configuration auf die Wirkung der Enzyme|journal=Ber. Dt.
Chem. Ges.|volume=27|pages=2985–93|url=http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k90736r/f364.chemindefer|doi=10.1002/cber.18940270364|access-date=2009-04-28|archive-date=2011-05-11|archive-url=https://web.archive.org/web/20110511082519/http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k90736r/f364.chemindefer|dead-url=no}}</ref> Hal ini sering dirujuk sebagai model "Kunci dan Gembok". Manakala model ini menjelaskan kespesifikan enzim, ia gagal dalam menjelaskan stabilisasi keadaan transisi yang dicapai oleh enzim. Model ini telah dibuktikan tidak akurat, dan model ketepatan induksilah yang sekarang paling banyak diterima.

==== Model ketepatan induksi ====
[[Berkas:Induced fit diagram id.svg|jmpl|450x450px|Diagram yang menggambarkan hipotesis ketepatan induksi.]]
Pada tahun 1958, [[Daniel E. Koshland, Jr.|Daniel Koshland]] mengajukan modifikasi model kunci dan gembok: oleh karena enzim memiliki struktur yang fleksibel, tapak aktif secara terus menerus berubah bentuknya sesuai dengan interaksi antara enzim dan substrat.<ref>{{cite journal|doi=10.1073/pnas.44.2.98|author=Koshland D. E.|year=1958|title=Application of a Theory of Enzyme Specificity to Protein Synthesis|journal=Proc. Natl. Acad. Sci.|volume=44|issue=2|pages=98–104|pmid=16590179}}</ref> Akibatnya, substrat tidak berikatan dengan tapak aktif yang kaku. Orientasi [[rantai samping]] asam amino berubah sesuai dengan substrat dan mengizinkan enzim untuk menjalankan fungsi katalitiknya. Pada beberapa kasus, misalnya glikosidase, molekul substrat juga berubah sedikit ketika ia memasuki tapak aktif.<ref>{{cite journal|author=Vasella A, Davies GJ, Bohm M.|year=2002|title=Glycosidase mechanisms|journal=Curr Opin Chem Biol.|volume=6|issue=5|pages=619–29|pmid=12413546|doi=10.1016/S1367-5931(02)00380-0}}</ref> Tapak aktif akan terus berubah bentuknya sampai substrat terikat secara sepenuhnya, yang mana bentuk akhir dan muatan enzim ditentukan.<ref>{{cite book|last=Boyer|first=Rodney|title=Concepts in Biochemistry|url=https://archive.org/details/conceptsinbioche0002boye|origyear=2002|accessdate=2007-04-21|edition=2nd|publisher=John Wiley & Sons, Inc.|location=New York, Chichester, Weinheim, Brisbane, Singapore, Toronto.|isbn=0-470-00379-0|pages=[https://archive.org/details/conceptsinbioche0002boye/page/137 137]–8|chapter=6|year=2002|oclc=51720783}}</ref>

=== Mekanisme ===
Enzim dapat bekerja dengan beberapa cara, yang kesemuaannya menurunkan ΔG<sup>‡</sup>:<ref>{{cite book|author=Fersht, Alan|title=Enzyme structure and mechanism|url=https://archive.org/details/enzymestructurem0000fers_k2m7|publisher=W.H. Freeman|location=San Francisco|year=1985|pages=[https://archive.org/details/enzymestructurem0000fers_k2m7/page/50 50]–2|isbn=0-7167-1615-1 }}</ref>
* Menurunkan [[energi aktivasi]] dengan menciptakan suatu lingkungan yang mana keadaan transisi terstabilisasi (contohnya mengubah bentuk substrat menjadi konformasi keadaan transisi ketika ia terikat dengan enzim.)
* Menurunkan energi keadaan transisi tanpa mengubah bentuk substrat dengan menciptakan lingkungan yang memiliki distribusi muatan yang berlawanan dengan keadaan transisi.
* Menyediakan lintasan reaksi alternatif. Contohnya bereaksi dengan substrat sementara waktu untuk membentuk kompleks Enzim-Substrat antara.
* Menurunkan perubahan entropi reaksi dengan menggiring substrat bersama pada orientasi yang tepat untuk bereaksi. Menariknya, efek entropi ini melibatkan destabilisasi keadaan dasar,<ref>{{cite book|author=Jencks, William P.|title=Catalysis in chemistry and enzymology|publisher=Dover|location=Mineola, N.Y|year=1987|isbn=0-486-65460-5 }}</ref> dan kontribusinya terhadap katalis relatif kecil.<ref>{{cite journal |author=Villa J, Strajbl M, Glennon TM, Sham YY, Chu ZT, Warshel A |title=How important are entropic contributions to enzyme catalysis? |journal=Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. |volume=97 |issue=22 |pages=11899–904 |year=2000 |pmid=11050223 |doi=10.1073/pnas.97.22.11899}}</ref>

==== Stabilisasi keadaan transisi ====
Pemahaman asal usul penurunan ΔG<sup>‡</sup> memerlukan pengetahuan bagaimana enzim dapat menghasilkan keadaan transisi reaksi yang lebih stabil dibandingkan dengan stabilitas keadaan transisi reaksi tanpa katalis. Cara yang paling efektif untuk mencapai stabilisasi yang besar adalah menggunakan efek elektrostatik, terutama pada lingkungan yang relatif polar yang diorientasikan ke distribusi muatan keadaan transisi.<ref>{{cite journal |author=Warshel A, Sharma PK, Kato M, Xiang Y, Liu H, Olsson MH |title=Electrostatic basis for enzyme catalysis |journal=Chem. Rev. |volume=106 |issue=8 |pages=3210–35 |year=2006 |pmid=16895325 | doi =10.1021/cr0503106}}</ref> Lingkungan seperti ini tidak ada dapat ditemukan pada reaksi tanpa katalis di air.

==== Dinamika dan fungsi ====
Dinamika internal enzim berhubungan dengan mekanisme katalis enzim tersebut.<ref>{{cite journal |author=Eisenmesser EZ, Bosco DA, Akke M, Kern D |title=Enzyme dynamics during catalysis |journal=Science |volume=295 |issue=5559 |pages=1520–3 |year=2002 |month=February |pmid=11859194 |doi=10.1126/science.1066176 }}</ref><ref>{{cite journal |author=Agarwal PK |title=Role of protein dynamics in reaction rate enhancement by enzymes |journal=J. Am. Chem. Soc. |volume=127 |issue=43 |pages=15248–56 |year=2005 |month=November |pmid=16248667 |doi=10.1021/ja055251s }}</ref><ref>{{cite journal |author=Eisenmesser EZ, Millet O, Labeikovsky W, ''et al'' |title=Intrinsic dynamics of an enzyme underlies catalysis |journal=Nature |volume=438 |issue=7064 |pages=117–21 |year=2005 |month=November |pmid=16267559 |doi=10.1038/nature04105 }}</ref> Dinamika internal enzim adalah pergerakan bahagian struktur enzim, misalnya residu asam amino tunggal, sekelompok asam amino, ataupun bahwa keseluruhan [[domain protein]]. Pergerakan ini terjadi pada skala waktu yang bervariasi, berkisar dari beberapa femtodetik sampai dengan beberapa detik. Jaringan residu protein di seluruh struktur enzim dapat berkontribusi terhadap katalisis melalui gerak dinamik.<ref>{{cite journal |url=http://www.structure.org/content/article/abstract?uid=PIIS096921260500167X |author=Yang LW, Bahar I |title=Coupling between catalytic site and collective dynamics: A requirement for mechanochemical activity of enzymes |journal=Structure |date=5 June 2005 |volume=13 |pages=893–904 |pmid=15939021 |doi=10.1016/j.str.2005.03.015 }}{{Pranala mati|date=Januari 2021 |bot=InternetArchiveBot |fix-attempted=yes }}</ref><ref>{{cite journal |doi=10.1073/pnas.052005999 |author=Agarwal PK, Billeter SR, Rajagopalan PT, Benkovic SJ, Hammes-Schiffer S.|title=Network of coupled promoting motions in enzyme catalysis| journal=Proc Natl Acad Sci USA.|date=5 March 2002 |volume=99 |pages=2794–9 |pmid=11867722}}</ref><ref>{{cite journal |author=Agarwal PK, Geist A, Gorin A |title=Protein dynamics and enzymatic catalysis: investigating the peptidyl-prolyl cis-trans isomerization activity of cyclophilin A |journal=Biochemistry |volume=43 |issue=33 |pages=10605–18 |year=2004 |month=August |pmid=15311922 |doi=10.1021/bi0495228 }}</ref><ref>{{cite journal|url=http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6VRP-4D4JYMC-6&_coverDate=08%2F31%2F2004&_alid=465962916&_rdoc=1&_fmt=&_orig=search&_qd=1&_cdi=6240&_sort=d&view=c&_acct=C000050221&_version=1&_urlVersion=0&_userid=10&md5=613585a6164baa38b4f6536d8da9170a|author=Tousignant A, Pelletier JN.|title=Protein motions promote catalysis|journal=Chem Biol.|year=2004|month=August|volume=11|issue=8|pages=1037–42|pmid=15324804|doi=10.1016/j.chembiol.2004.06.007|access-date=2009-04-28|archive-date=2009-11-30|archive-url=https://web.archive.org/web/20091130073740/http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6VRP-4D4JYMC-6&_coverDate=08%2F31%2F2004&_alid=465962916&_rdoc=1&_fmt=&_orig=search&_qd=1&_cdi=6240&_sort=d&view=c&_acct=C000050221&_version=1&_urlVersion=0&_userid=10&md5=613585a6164baa38b4f6536d8da9170a|dead-url=yes}}</ref> Gerakan protein sangat vital, tetapi apakah vibrasi yang cepat atau lambat maupun pergerakan konformasi yang besar atau kecil yang lebih penting bergantung pada tipe reaksi yang terlibat. Namun, walaupun gerak ini sangat penting dalam hal pengikatan dan pelepasan substrat dan produk, adalah tidak jelas jika gerak ini membantu mempercepat langkah-langkah reaksi reaksi enzimatik ini.<ref>{{cite journal |author=Olsson MHM, Parson WW, Warshel A |title=Dynamical Contributions to Enzyme Catalysis: Critical Tests of A Popular Hypothesis |journal=Chem. Rev. |volume=106 |issue=5 |pages=1737–56 |year=2006 |doi=10.1021/cr040427e }}</ref> Penyingkapan ini juga memiliki implikasi yang luas dalam pemahaman efek alosterik dan pengembangan obat baru.

=== Modulasi alosterik ===
Enzim [[alosterik]] mengubah strukturnya sesuai dengan [[efektor]]nya. Modulasi ini dapat terjadi secara langsung, di mana efektor mengikat [[tapak ikat]] enzim secara lngsung, ataupun secara tidak langsung, di mana efektor mengikat protein atau [[subunit protein]] lain yang berinteraksi dengan enzim alosterik, sehingga memengaruhi aktivitas katalitiknya.

== Kofaktor dan koenzim ==
{{main|Kofaktor|Koenzim}}

=== Kofaktor ===
Beberapa enzim tidak memerlukan komponen tambahan untuk mencapai aktivitas penuhnya. Namun beberapa memerlukan pula molekul non-protein yang disebut kofaktor untuk berikatan dengan enzim dan menjadi aktif.<ref name="IUPAC cofactor">{{cite web |url=http://www.chem.qmul.ac.uk/iupac/bioinorg/CD.html#34 |title=Glossary of Terms Used in Bioinorganic Chemistry: Cofactor |accessdate=2007-10-30 |last=de Bolster |first=M.W.G. |year=1997 |publisher=International Union of Pure and Applied Chemistry |archive-date=2017-01-21 |archive-url=https://web.archive.org/web/20170121172848/http://www.chem.qmul.ac.uk/iupac/bioinorg/CD.html#34 |dead-url=no }}</ref> Kofaktor dapat berupa zat [[anorganik]] (contohnya ion logam) ataupun zat [[Senyawa organik|organik]] (contohnya [[flavin]] dan [[heme]]). Kofaktor dapat berupa ''gugus prostetik'' yang mengikat dengan kuat, ataupun ''[[koenzim]]'', yang akan melepaskan diri dari tapak aktif enzim semasa reaksi.

Enzim yang memerlukan kofaktor namun tidak terdapat kofaktor yang terikat dengannya disebut sebagai ''apoenzim'' ataupun ''apoprotein''. Apoenzim beserta dengan kofaktornya disebut ''holoenzim'' (bentuk aktif). Kebanyakan kofaktor tidak terikat secara kovalen dengan enzim, tetapi terikat dengan kuat. Namun, gugus prostetik organik dapat pula terikat secara kovalen (contohnya [[tiamina pirofosfat]] pada enzim [[piruvat dehidrogenase]]). Istilah ''holoenzim'' juga dapat digunakan untuk merujuk pada enzim yang mengandung subunit protein berganda, seperti [[DNA polimerase]]. Pada kasus ini, holoenzim adalah kompleks lengkap yang mengandung seluruh subunit yang diperlukan agar menjadi aktif.

Contoh enzim yang mengandung kofaktor adalah [[karbonat anhidrase]], dengan kofaktor [[seng]] terikat sebagai bagian dari tapak aktifnya.<ref>{{cite journal |author=Fisher Z, Hernandez Prada JA, Tu C, Duda D, Yoshioka C, An H, Govindasamy L, Silverman DN and McKenna R.|year=2005|title=Structural and kinetic characterization of active-site histidine as a proton shuttle in catalysis by human carbonic anhydrase II| journal=Biochemistry.|volume=44 |issue=4|pages=1097–115|pmid=15667203|doi=10.1021/bi0480279}}</ref>

=== Koenzim ===
[[Berkas:NADH-3D-vdW.png|jmpl|kiri|150px|Model pengisian ruang koenzim NADH]]
Koenzim adalah kofaktor berupa molekul organik kecil yang mentranspor gugus kimia atau elektron dari satu enzim ke enzim lainnya.<ref name="IUPAC cofactor"/><ref>{{cite book|author=Wagner, Arthur L.|title=Vitamins and Coenzymes|url=https://archive.org/details/vitaminscoenzyme0000wagn|publisher=Krieger Pub Co|location=|year=1975|isbn=0-88275-258-8 }}</ref><ref name="IUPAC coenzyme">{{cite web |url=http://www.chem.qmul.ac.uk/iupac/bioinorg/CD.html#33 |title=Glossary of Terms Used in Bioinorganic Chemistry: Coenzyme |accessdate=2007-10-30 |last=de Bolster |first=M.W.G. |year=1997 |publisher=International Union of Pure and Applied Chemistry |archive-date=2017-01-21 |archive-url=https://web.archive.org/web/20170121172848/http://www.chem.qmul.ac.uk/iupac/bioinorg/CD.html#33 |dead-url=no }}</ref> Contoh koenzim mencakup [[Nikotinamida adenina dinukleotida|NADH]], [[Nikotinamida adenina dinucleotida fosfat|NADPH]] dan [[adenosina trifosfat]]. Gugus kimiawi yang dibawa mencakup ion [[hidrida]] (H<sup>–</sup>) yang dibawa oleh [[nikotinamida adenina dinukleotida|NAD atau NADP<sup>+</sup>]], gugus asetil yang dibawa oleh [[koenzim A]], formil, metenil, ataupun gugus metil yang dibawa oleh [[asam folat]], dan gugus metil yang dibawa oleh [[S-adenosilmetionina]]. Beberapa koenzim seperti [[riboflavin]], [[tiamina]], dan [[asam folat]] adalah [[vitamin]].

Oleh karena koenzim secara kimiawi berubah oleh aksi enzim, adalah dapat dikatakan koenzim merupakan substrat yang khusus, ataupun substrat sekunder. Sebagai contoh, sekitar 700 enzim diketahui menggunakan koenzim NADH.<ref>[http://www.brenda.uni-koeln.de/ BRENDA The Comprehensive Enzyme Information System] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20081211024816/http://www.brenda.uni-koeln.de/ |date=2008-12-11 }} Accessed 4 April 2007</ref>

Regenerasi serta pemeliharaan konsentrasi koenzim terjadi dalam sel. Contohnya, NADPH diregenerasi melalui lintasan pentosa fosfat, dan ''S''-adenosilmetionina melalui metionina adenosiltransferase.

== Termodinamika ==
[[Berkas:Carbonic anhydrase reaction in tissue.svg|jmpl|300px|Tahapan-tahapan energi pada [[reaksi kimia]]. Substrat memerlukan energi yang banyak untuk mencapai [[keadaan transisi]], yang akan kemudian berubah menjadi produk. Enzim menstabilisasi keadaan transisi, menurunkan energi yang diperlukan untuk menjadi produk.]]
{{main |Energi aktivasi|Kesetimbangan termodinamik|Kesetimbangan kimia}}
Sebagai katalis, enzim tidak mengubah posisi kesetimbangan reaksi kimia. Biasanya reaksi akan berjalan ke arah yang sama dengan reaksi tanpa katalis. Perbedaannya adalah, reaksi enzimatik berjalan lebih cepat. Namun, tanpa keberadaan enzim, reaksi samping yang memungkinkan dapat terjadi dan menghasilkan produk yang berbeda.

Lebih lanjut, enzim dapat menggabungkan dua atau lebih reaksi, sehingga reaksi yang difavoritkan secara termodinamik dapat digunakan untuk mendorong reaksi yang tidak difavoritkan secara termodinamik. Sebagai contoh, hidrolsis [[Adenosina trifosfat|ATP]] sering kali menggunakan reaksi kimia lainnya untuk mendorong reaksi.

Enzim mengatalisasi reaksi maju dan balik secara seimbang. Enzim tidak mengubah kesetimbangan reaksi itu sendiri, tetapi hanya mempercepat reaksi saja. Sebagai contoh, [[karbonat anhidrase]] mengatalisasi reaksinya ke dua arah bergantung pada konsentrasi reaktan.

: <math>\mathrm{CO_2 + H_2O \xrightarrow{Karbonat\ anhidrase}
H_2CO_3}</math> (dalam jaringan tubuh; konsentrasi CO<sub>2</sub> yang tinggi)
: <math>\mathrm{H_2CO_3 \xrightarrow{Karbonat\ anhidrase}
CO_2 + H_2O}</math> (pada [[paru-paru]]; konsentrasi CO<sub>2</sub> yang rendah)

Walaupun demikian, jika kesetimbangan tersebut sangat memfavoritkan satu arah reaksi, yakni reaksi yang sangat [[eksergonik]], reaksi itu akan menjadi ireversible. Pada kondisi demikian, enzim akan hanya mengatalisasi reaksi yang diijinkan secara termodinamik.

== Kinetika ==
{{main|Kinetika enzim}}
[[Berkas:Simple mechanism.svg|jmpl|kiri|300px|Mekanisme reaksi enzimatik untuk sebuah subtrat tunggal. Enzim (E) mengikat substrat (S) dan menghasilkan produk (P).]]
Kinetika enzim menginvestigasi bagaimana enzim mengikat substrat dengan mengubahnya menjadi produk. Data laju yang digunakan dalam analisis kinetika didapatkan dari [[asai enzim]].

Pada tahun 1902, Victor Henri<ref>{{cite journal|author=Henri, V.|year=1902|title=Theorie generale de l'action de quelques diastases|journal=Compt. Rend. Hebd. Acad. Sci. Paris|volume=135|pages=916–9}}</ref> mengajukan suatu teori kinetika enzim yang kuantitatif, tetapi data eksperimennya tidak berguna karena perhatian pada konsentrasi ion hidrogen pada saat itu masih belum dititikberatkan. Setelah [[Peter Lauritz Sørensen]] menentukan skala pH logaritmik dan memperkenalkan konsep penyanggaan (''buffering'') pada tahun 1909,<ref>{{cite journal|author=Sørensen,P.L.|year=1909|title=Enzymstudien {II}. Über die Messung und Bedeutung der Wasserstoffionenkonzentration bei enzymatischen Prozessen|journal=Biochem. Z.|volume=21|pages=131–304}}</ref> kimiawan Jerman [[Leonor Michaelis]] dan murid bimbingan pascadokotoralnya yang berasal dari Kanada, [[Maud Leonora Menten]], mengulangi eksperimen Henri dan mengkonfirmasi persamaan Henri. Persamaan ini kemudian dikenal dengan nama [[Kinetika Henri-Michaelis-Menten]] (kadang-kadang juga hanya disebut kinetika Michaelis-Menten).<ref>{{cite journal|author=Michaelis L., Menten M.|year=1913|title=Die Kinetik der Invertinwirkung|journal=Biochem. Z.|volume=49|pages=333–369}} [http://web.lemoyne.edu/~giunta/menten.html English translation] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080509152745/http://web.lemoyne.edu/~giunta/menten.html |date=2008-05-09 }} Accessed 6 April 2007</ref> Hasil kerja mereka kemudian dikembangkan lebih jauh oleh [[George Edward Briggs|G. E. Briggs]] dan [[J. B. S. Haldane]]. Penurunan persamaan kinetika yang diturunkan mereka masih digunakan secara meluas sampai sekarang .<ref>{{cite journal|url=http://www.biochemj.org/bj/019/0338/bj0190338_browse.htm|author=Briggs G. E., Haldane J. B. S.|year=1925|title=A note on the kinetics of enzyme action|journal=Biochem. J.|volume=19|pages=339–339|pmid=16743508|access-date=2009-04-30|archive-date=2015-03-19|archive-url=https://web.archive.org/web/20150319090436/http://www.biochemj.org/bj/019/0338/bj0190338_browse.htm|dead-url=no}}</ref>

Salah satu kontribusi utama Henri pada kinetika enzim adalah memandang reaksi enzim sebagai dua tahapan. Pada tahap pertama, subtrat terikat ke enzim secara reversible, membentuk kompleks enzim-substrat. Kompleks ini kadang-kadang disebut sebagai kompleks Michaelis. Enzim kemudian mengatalisasi reaksi kimia dan melepaskan produk.

[[Berkas:Michaelis-Menten saturation curve of an enzyme reaction.svg|jmpl|300px|ka|Kurva kejenuhan suatu reaksi enzim yang menunjukkan relasi antara konsentrasi substrat (S) dengan kelajuan (''v'').''']]
Enzim dapat mengatalisasi reaksi dengan kelajuan mencapai jutaan reaksi per detik. Sebagai contoh, tanpa keberadaan enzim, reaksi yang dikatalisasi oleh enzim [[orotidina 5'-fosfat dekarboksilase]] akan memerlukan waktu 78 juta tahun untuk mengubah 50% substrat menjadi produk. Namun, apabila enzim tersebut ditambahkan, proses ini hanya memerlukan waktu 25 milidetik.<ref>{{cite journal |author=Radzicka A, Wolfenden R.|year=1995|title=A proficient enzyme |journal=Science |volume=6|issue=267|pages=90–931|pmid=7809611 | doi =10.1126/science.7809611}}</ref> Laju reaksi bergantung pada kondisi larutan dan konsentrasi substrat. Kondisi-kondisi yang menyebabkan denaturasi protein seperti temperatur tinggi, konsentrasi garam yang tinggi, dan nilai pH yang terlalu tinggi atau terlalu rendah akan menghilangkan aktivitas enzim. Sedangkan peningkatan konsentrasi substrat cenderung meningkatkan aktivitasnya. Untuk menentukan kelajuan maksimum suatu reaksi enzimatik, konsentrasi substrat ditingkatkan sampai laju pembentukan produk yang terpantau menjadi konstan. Hal ini ditunjukkan oleh kurva kejenuhan di samping. Kejenuhan terjadi karena seiring dengan meningkatnya konsentrasi substrat, semakin banyak enzim bebas yang diubah menjadi kompleks substrate-enzim ES. Pada kelajuan yang maksimum (''V''<sub>max</sub>), semua tapak aktif enzim akan berikatan dengan substrat, dan jumlah kompleks ES adalah sama dengan jumlah total enzim yang ada.
Namun, ''V''<sub>max</sub> hanyalah salah satu konstanta kinetika enzim. Jumlah substrat yang diperlukan untuk mencapai nilai kelajuan reaksi tertentu jugalah penting. Hal ini diekspresikan oleh [[konstanta Michaelis-Menten]] (''K''<sub>m</sub>), yang merupakan konsentrasi substrat yang diperlukan oleh suatu enzim untuk mencapai setengah kelajuan maksimumnya. Setiap enzim memiliki nilai ''K''<sub>m</sub> yang berbeda-beda untuk suatu subtrat, dan ini dapat menunjukkan seberapa kuatnya pengikatan substrat ke enzim. Konstanta lainnya yang juga berguna adalah ''k''<sub>cat</sub>, yang merupakan jumlah molekul substrat yang dapat ditangani oleh satu tapak aktif per detik.

Efisiensi suatu enzim diekspresikan oleh ''k''<sub>cat</sub>/''K''<sub>m</sub>. Ia juga disebut sebagai konstanta kespesifikan dan memasukkan [[tetapan kelajuan]] semua langkah reaksi. Karena konstanta kespesifikan mencermikan kemampuan katalitik dan afinitas, ia dapat digunakan untuk membandingkan enzim yang satu dengan enzim yang lain, ataupun enzim yang sama dengan substrat yang berbeda. Konstanta kespesifikan maksimum teoretis disebut limit difusi dan nilainya sekitar 10<sup>8</sup> sampai 10<sup>9</sup> (M<sup>−1</sup> s<sup>−1</sup>). Pada titik ini, setiap penumbukkan enzim dengan substratnya akan menyebabkan katalisis, dan laju pembentukan produk tidak dibatasi oleh laju reaksi, melainkan oleh laju difusi. Enzim dengan sifat demikian disebut ''secara katalitik sempurna'' ataupun ''secara kinetika sempurna''. Contoh enzim yang memiliki sifat seperti ini adalah [[karbonat anhidrase]], [[asetilkolinesterase]], [[katalase]], fumarase, β-laktamase, dan [[superoksida dismutase]].

Kinetika Michaelis-Menten bergantung pada [[hukum aksi massa]], yang diturunkan berdasarkan asumsi [[difusi]] bebas dan pertumbukan acak yang didorong secara termodinamik. Namun, banyak proses-proses biokimia dan seluler yang menyimpang dari kondisi ideal ini, disebabkan oleh kesesakan makromolekuler (''macromolecular crowding''), perpisahan fase enzim/substrat/produk, dan pergerakan molekul secara satu atau dua dimensi.<ref>{{cite journal |author=Ellis RJ |title=Macromolecular crowding: obvious but underappreciated |journal=Trends Biochem. Sci. |volume=26 |issue=10 |pages=597–604 |year=2001 |pmid=11590012 |doi=10.1016/S0968-0004(01)01938-7}}</ref> Pada situasi seperti ini, [[kinetika Michaelis-Menten]] [[fraktal]] dapat diterapkan.<ref>{{cite journal |author=Kopelman R |title=Fractal Reaction Kinetics |journal=Science |volume=241 |issue=4873 |pages=1620–26 |year=1988 | doi =10.1126/science.241.4873.1620 |pmid=17820893}}</ref><ref>{{cite journal |author=Savageau MA |title=Michaelis-Menten mechanism reconsidered: implications of fractal kinetics |journal=J. Theor. Biol. |volume=176 |issue=1 |pages=115–24 |year=1995 |pmid=7475096 |doi=10.1006/jtbi.1995.0181}}</ref><ref>{{cite journal |author=Schnell S, Turner TE |title=Reaction kinetics in intracellular environments with macromolecular crowding: simulations and rate laws |journal=Prog. Biophys. Mol. Biol. |volume=85 |issue=2–3 |pages=235–60 |year=2004 |pmid=15142746 |doi=10.1016/j.pbiomolbio.2004.01.012}}</ref><ref>{{cite journal |author=Xu F, Ding H |title=A new kinetic model for heterogeneous (or spatially confined) enzymatic catalysis: Contributions from the fractal and jamming (overcrowding) effects |journal=Appl. Catal. A: Gen. |volume=317 |issue=1 |pages=70–81 |year=2007 |doi=10.1016/j.apcata.2006.10.014 }}</ref>

Beberapa enzim beroperasi dengan kinetika yang lebih cepat daripada laju difusi. Hal ini tampaknya sangat tidak mungkin. Beberapa mekanisme telah diajukan untuk menjelaskan fenomena ini. Beberapa protein dipercayai mempercepat katalisis dengan menarik substratnya dan melakukan pra-orientasi substrat menggunakan medan listrik dipolar. Model lainnya menggunakan penjelasan penerowongan kuantum mekanika, walaupun penjelasan ini masih kontroversial.<ref>{{cite journal|author=Garcia-Viloca M., Gao J., Karplus M., Truhlar D. G.|year=2004|title=How enzymes work: analysis by modern rate theory and computer simulations|journal=Science|volume=303|issue=5655|pages=186–95|pmid=14716003 |doi=10.1126/science.1088172}}</ref><ref>
{{cite journal|author=Olsson M. H., Siegbahn P. E., Warshel A.|year=2004|title=Simulations of the large kinetic isotope effect and the temperature dependence of the hydrogen atom transfer in lipoxygenase|journal =J. Am. Chem. Soc.|volume=126|issue=9|pages=2820–8|pmid=14995199 |doi=10.1021/ja037233l}}</ref> Penerowongan kuantum untuk proton telah terpantau pada [[triptamina]].<ref>{{cite journal|author=Masgrau L., Roujeinikova A., Johannissen L. O., Hothi P., Basran J., Ranaghan K. E., Mulholland A. J., Sutcliffe M. J., Scrutton N. S., Leys D.|year=2006|title=Atomic Description of an Enzyme Reaction Dominated by Proton Tunneling|journal=Science| volume=312|issue=5771|pages=237–41|pmid=16614214|doi=10.1126/science.1126002}}</ref>

== Inhibisi ==
[[Berkas:Inhibition.png|jmpl|400px|Jenis-jenis inihibisi. Klasifikasi ini diperkenalkan oleh [[W.W. Cleland]].<ref>{{cite journal|author=Cleland, W.W.|year=1963|title=The Kinetics of Enzyme-catalyzed Reactions with two or more Substrates or Products 2. {I}nhibition: Nomenclature and Theory|journal=Biochim. Biophys. Acta|volume=67|pages=173–87}}</ref>]]
[[Berkas:Competitive inhibition id.svg|jmpl|400x400px|Inhibitor kompetitif mengikat enzim secara reversibel, menghalangi pengikatan substrat. Di lain pihak, pengikatn substrat juga menghalangi pengikatan inhibitor. Substrat dan inhibitor berkompetisi satu sama lainnya.]]
{{main|Inhibitor enzim}}
Laju reaksi enzim dapat diturunkan menggunakan berbagai jenis [[inhibitor enzim]].

;Inhibisi kompetitif

Pada inihibisi kompetitif, inhibitor dan substrat berkompetisi untuk berikatan dengan enzim. Seringkali inhibitor kompetitif memiliki struktur yang sangat mirip dengan substrat asli enzim. Sebagai contoh, [[metotreksat]] adalah inihibitor kompetitif untuk enzim [[dihidrofolat reduktase]]. Kemiripan antara struktur asam folat dengan obat ini ditunjukkan oleh gambar di samping bawah. Perhatikan bahwa pengikatan inhibitor tidaklah perlu terjadi pada tapak pengikatan substrat apabila pengikatan inihibitor mengubah konformasi enzim, sehingga menghalangi pengikatan substrat. Pada inhibisi kompetitif, kelajuan maksimal reaksi tidak berubah, tetapi memerlukan konsentrasi substrat yang lebih tinggi untuk mencapai kelajuan maksimal tersebut, sehingga meningkatkan K<sub>m</sub>.

;Inhibisi tak kompetitif

Pada inhibisi tak kompetitif, inhibitor tidak dapat berikatan dengan enzim bebas, tetapi hanya dapat dengan komples ES. Kompleks EIS yang terbentuk kemudian menjadi tidak aktif. Jenis inhibisi ini sangat jarang, tetapi dapat terjadi pada enzim-enzim multimerik.

;Inhibisi non-kompetitif
Inhibitor non-kompetitif dapat mengikat enzim pada saat yang sama substrat berikatan dengan enzim. Baik kompleks EI dan EIS tidak aktif. Karena inhibitor tidak dapat dilawan dengan peningkatan konsentrasi substrat, V<sub>max</sub> reaksi berubah. Namun, karena substrat masih dapat mengikat enzim, K<sub>m</sub> tetaplah sama.

;Inhibisi campuran

Inhibisis jenis ini mirip dengan inhibisi non-kompetitif, kecuali kompleks EIS memiliki aktivitas enzimatik residual.

Pada banyak organisme, inhibitor dapat merupakan bagian dari mekanisme [[umpan balik]]. Jika enzim memproduksi terlalu banyak produk, produk tersebut dapat berperan sebagai inhibitor bagi enzim tersebut. Hal ini akan menyebabkan produksi produk melambat atau berhenti. Bentuk umpan balik ini adalah umpan balik negatif. Enzim memiliki bentuk regulasi seperti ini sering kali multimerik dan mempunyai tapak ikat alosterik. Kurva substrat/kelajuan enzim ini tidak berbentuk hiperbola melainkan berbentuk S.

[[Berkas:Methotrexate and folic acid compared.png|jmpl|400px|ka|Koenzim asam folat (kiri) dan obat anti kanker metotreksat (kanan) memiliki struktur yang sangat mirip. Oleh sebab itu, metotreksat adalah inhibitor kompetitif bagi enzim yang menggunukan folat.]]

Inhibitor ireversibel bereaksi dengan enzim dan membentuk aduk dengan protein. Inaktivasi ini bersifat ireversible. Inhibitor seperti ini contohnya [[efloritina]], obat yang digunakan untuk mengobati penyakit yang disebabkan oleh protozoa ''African trypanosomiasis''.<ref name=Poulin>Poulin R, Lu L, Ackermann B, Bey P, Pegg AE. [http://www.jbc.org/cgi/reprint/267/1/150 ''Mechanism of the irreversible inactivation of mouse ornithine decarboxylase by alpha-difluoromethylornithine. Characterization of sequences at the inhibitor and coenzyme binding sites.''] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20090124095637/http://www.jbc.org/cgi/reprint/267/1/150 |date=2009-01-24 }} J Biol Chem. 1992 January 5;267(1):150–8. PMID 1730582</ref> [[Penisilin]] dan [[Aspirin]] juga bekerja dengan cara yang sama. Senyawa obat ini terikat pada tapak aktif, dan enzim kemudian mengubah inhibitor menjadi bentuk aktif yang bereaksi secara ireversibel dengan satu atau lebih residu asam amino.

;Kegunaan inhibitor
Oleh karena inhibitor menghambat fungsi enzim, inhibitor sering digunakan sebagai obat. Contohnya adalah inhibitor yang digunakan sebagai obat [[aspirin]]. Aspirin menginhibisi enzim [[siklooksigenase-1|COX-1]] dan [[siklooksigenase-2|COX-2]] yang memproduksi pembawa pesan peradangan [[prostaglandin]], sehingga ia dapat menekan peradangan dan rasa sakit. Namun, banyak pula inhibitor enzim lainnya yang beracun. Sebagai contohnya, [[sianida]] yang merupakan inhibitor enzim ireversibel, akan bergabung dengan tembaga dan besi pada tapak aktif enzim [[sitokrom c oksidase]] dan mengeblok [[pernapasan sel]].<ref>{{cite journal|url=http://www.jbc.org/cgi/reprint/265/14/7945|author=Yoshikawa S and Caughey WS.|year=1990|month=May|volume=265|issue=14|title=Infrared evidence of cyanide binding to iron and copper sites in bovine heart cytochrome c oxidase. Implications regarding oxygen reduction|journal=J Biol Chem.|pages=7945–58|pmid=2159465|day=15|access-date=2009-05-09|archive-date=2008-09-25|archive-url=https://web.archive.org/web/20080925034139/http://www.jbc.org/cgi/reprint/265/14/7945|dead-url=yes}}</ref>

== Fungsi biologis ==
Enzim mempunyai berbagai fungsi bioligis dalam tubuh organisme hidup. Enzim berperan dalam [[transduksi signal]] dan regulasi sel, sering kali melalui enzim [[kinase]] dan [[fosfatase]].<ref>{{cite journal |author=Hunter T.|year=1995|title=Protein kinases and phosphatases: the yin and yang of protein phosphorylation and signaling|journal=Cell.|volume=80 |issue=2|pages=225–36|pmid=7834742|doi=10.1016/0092-8674(95)90405-0}}</ref> Enzim juga berperan dalam menghasilkan pergerakan tubuh, dengan [[miosin]] menghidrolisis ATP untuk menghasilkan [[kontraksi otot]].<ref>{{cite journal |author=Berg JS, Powell BC, Cheney RE |title=A millennial myosin census |journal=Mol. Biol. Cell |volume=12 |issue=4 |pages=780–94 |year=2001 |month=April |pmid=11294886 |pmc=32266 |url=http://www.molbiolcell.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=11294886 |day=01}}</ref> ATPase lainnya dalam membran sel umumnya adalah [[pompa ion]] yang terlibat dalam [[transpor aktif]]. Enzim juga terlibat dalam fungs-fungsi yang khas, seperti [[lusiferase]] yang menghasilkan cahaya pada [[kunang-kunang]].<ref>{{cite journal |author=Meighen EA |title=Molecular biology of bacterial bioluminescence |journal=Microbiol. Rev. |volume=55 |issue=1 |pages=123–42 |year=1991 |month=March |pmid=2030669 |pmc=372803 |url=http://mmbr.asm.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=2030669 |day=01}}</ref> [[Virus]] juga mengandung enzim yang dapat menyerang sel, misalnya [[HIV integrase]] dan [[transkriptase balik]].

Salah satu fungsi penting enzim adalah pada [[sistem pencernaan]] hewan. Enzim seperti [[amilase]] dan [[protease]] memecah molekul yang besar (seperti [[Amilum|pati]] dan [[protein]]) menjadi molekul yang kecil, sehingga dapat diserap oleh usus. Molekul pati, sebagai contohnya, terlalu besar untuk diserap oleh usus, tetapi enzim akan menghidrolisis rantai pati menjadi molekul kecil seperti [[maltosa]], yang akan dihidrolisis lebih jauh menjadi [[glukosa]], sehingga dapat diserap. Enzim-enzim yang berbeda, mencerna zat-zat makanan yang berbeda pula. Pada [[hewan pemamah biak]], mikroorganisme dalam perut hewan tersebut menghasilkan enzim [[selulase]] yang dapat mengurai sel dinding selulosa tanaman.<ref>{{cite journal |author=Mackie RI, White BA |title=Recent advances in rumen microbial ecology and metabolism: potential impact on nutrient output |journal=J. Dairy Sci. |volume=73 |issue=10 |pages=2971–95 |year=1990 |pmid=2178174 |url=http://jds.fass.org/cgi/reprint/73/10/2971 |month=Oct |day=01 |access-date=2009-05-09 |archive-date=2008-11-21 |archive-url=https://web.archive.org/web/20081121185256/http://jds.fass.org/cgi/reprint/73/10/2971 |dead-url=no }}</ref>

Beberapa enzim dapat bekerja bersama dalam urutan tertentu, dan menghasilan [[lintasan metabolisme]]. Dalam lintasan metabolisme, satu enzim akan membawa produk enzim lainnya sebagai substrat. Setelah reaksi katalitik terjadi, produk kemudian dihantarkan ke enzim lainnya. Kadang-kadang lebih dari satu enzim dapat mengatalisasi reaksi yang sama secara bersamaan.

Enzim menentukan langkah-langkah apa saja yang terjadi dalam lintasan metabolisme ini. Tanpa enzim, metabolisme tidak akan berjalan melalui langkah yang teratur ataupun tidak akan berjalan dengan cukup cepat untuk memenuhi kebutuhan sel. Dan sebenarnya, lintasan metabolisme seperti [[glikolisis]] tidak akan dapat terjadi tanpa enzim. Glukosa, contohnya, dapat bereaksi secara langsung dengan ATP, dan menjadi ter[[fosforliasi]] pada karbon-karbonnya secara acak. Tanpa keberadaan enzim, proses ini berjalan dengan sangat lambat. Namun, jika [[heksokinase]] ditambahkan, reaksi ini tetap berjalan, tetapi fosforilasi pada karbon 6 akan terjadi dengan sangat cepat, sedemikiannya produk [[glukosa-6-fosfat]] ditemukan sebagai produk utama. Oleh karena itu, jaringan lintasan metabolisme dalam tiap-tiap sel bergantung pada kumpulan enzim fungsional yang terdapat dalam sel tersebut.

== Kontrol aktivitas ==
Terdapat lima cara utama aktivitas enzim dikontrol dalam sel.

# '''Produksi enzim''' ([[Transkripsi (genetik)|transkripsi]] dan [[translasi (biologi)|translasi]] gen enzim) dapat ditingkatkan atau diturunkan bergantung pada respons sel terhadap perubahan lingkungan. Bentuk regulasi gen ini disebut [[induksi dan inhibisi enzim]]. Sebagai contohnya, bakteri dapat menjadi [[resistensi antibiotik|resisten terhadap antibiotik]] seperti [[penisilin]] karena enzim yang disebut [[beta-laktamase]] menginduksi hidrolisis cincin beta-laktam penisilin. Contoh lainnya adalah enzim dalam [[hati]] yang disebut [[sitokrom P450 oksidase]] yang penting dalam [[metabolisme obat]]. Induksi atau inhibisi enzim ini dapat mengakibatkan [[interaksi obat]].
# Enzim dapat di'''kompartemenkan''', dengan lintasan metabolisme yang berbeda-beda yang terjadi dalam [[kompartemen sel]] yang berbeda. Sebagai contoh, [[asam lemak]] disintesis oleh sekelompok enzim dalam [[sitosol]], [[retikulum endoplasma]], dan [[aparat golgi]], dan digunakan oleh sekelompok enzim lainnya sebagai sumber energi dalam [[mitokondria]] melalui [[β-oksidasi]].<ref>{{cite journal |author=Faergeman NJ, Knudsen J |title=Role of long-chain fatty acyl-CoA esters in the regulation of metabolism and in cell signalling |journal=Biochem. J. |volume=323 |issue=Pt 1 |pages=1–12 |year=1997 |month=April |pmid=9173866 |pmc=1218279 |url=http://www.biochemj.org/bj/323/0001/bj3230001.htm |access-date=2009-05-10 |archive-date=2002-09-22 |archive-url=https://web.archive.org/web/20020922132312/http://www.biochemj.org/bj/323/0001/bj3230001.htm |dead-url=no }}</ref>
# Enzim dapat diregulasi oleh '''[[inhibitor enzim|inhibitor]] dan aktivator'''. Contohnya, produk akhir lintasan metabolisme sering kali merupakan inhibitor enzim pertama yang terlibat dalam lintasan metabolisme, sehingga ia dapat meregulasi jumlah produk akhir lintasan metabolisme tersebut. Mekanisme regulasi seperti ini disebut umpan balik negatif karena jumlah produk akhir diatur oleh konsentrasi produk itu sendiri. Mekanisme umpan balik negatif dapat secara efektif mengatur laju sintesis zat antara metabolit tergantung pada kebutuhan sel. Hal ini membantu alokasi bahan zat dan energi secara ekonomis dan menghindari pembuatan produk akhir yang berlebihan. Kontrol aksi enzimatik membantu menjaga [[homeostasis]] organisme hidup.
# Enzim dapat diregulasi melalui ''[[modifikasi pascatranslasi]]''. Ia dapat meliputi [[fosforilasi]], [[asam miristat|miristoilasi]], dan [[glikosilasi]]. Contohnya, sebagai respon terhadap [[insulin]], fosforilasi banyak enzim termasuk [[glikogen sintase]] membantu mengontrol sintesis ataupun degradasi [[glikogen]] dan mengizinkan sel merespons terhadap perubahan kadar [[gula darah]].<ref>{{cite journal |url=http://jcs.biologists.org/cgi/content/full/116/7/1175 |author=Doble B. W., Woodgett J. R. |year=2003 |month=April |title=GSK-3: tricks of the trade for a multi-tasking kinase |journal=J. Cell. Sci. |volume=116 |pages=1175–86 |pmid=12615961 |doi=10.1242/jcs.00384 |access-date=2009-05-10 |archive-date=2007-09-30 |archive-url=https://web.archive.org/web/20070930043534/http://jcs.biologists.org/cgi/content/full/116/7/1175 |dead-url=no }}</ref> Contoh lain modifikasi pasca-translasional adalah pembelahan rantai polipeptida. [[Kimotripsin]] yang merupakan [[protease]] pencernaan diproduksi dalam keadaan tidak aktif sebagai [[kimotripsinogen]] di [[pankreas]]. Ia kemudian ditranspor ke dalam lambung di mana ia diaktivasi. Hal ini menghalangi enzim mencerna pankreas dan jaringan lainnya sebelum ia memasuki lambung. Jenis prekursor tak aktif ini dikenal sebagai [[zimogen]].
# Beberapa enzim dapat menjadi ''aktif ketika berada pada lingkungan yang berbeda''. Contohnya, [[hemaglutinin]] pada virus [[influenza]] menjadi aktif dikarenakan kondisi asam lingkungan. Hal ini terjadi ketika virus terbawa ke dalam sel inang dan memasuki [[lisosom]].<ref>{{cite journal|doi=10.1016/0092-8674(93)90260-W|author=Carr C. M., Kim P. S. |year=2003|month=April|title=A spring-loaded mechanism for the conformational change of influenza hemagglutinin|journal=Cell|volume=73|pages=823–32|pmid=8500173}}</ref>

== Keterlibatan dalam penyakit ==
[[Berkas:Phenylalanine hydroxylase brighter.jpg|jmpl|200px|[[Fenilalanina hidroksilase]]. Sumber: [http://www.rcsb.org/pdb/explore.do?structureId=1KW0 PDB 1KW0] ]]
Oleh karena kontrol aktivitas enzim yang ketat diperlukan untuk menjaga [[homeostasis]], malafungsi (mutasi, kelebihan produksi, kekurangan produksi ataupun delesi) enzim tunggal yang penting dapat menyebabkan [[penyakit genetik]]. Pentingnya enzim ditunjukkan oleh fakta bahwa penyakit-penyakit mematikan dapat disebabkan oleh hanya mala fungsi satu enzim dari ribuan enzim yang ada dalam tubuh kita.

Salah satu contohnya adalah [[fenilketonuria]]. Mutasi asam amino tunggal pada enzim [[fenilalania hidroksilase]] yang mengatalisis langkah pertama degradasi [[fenilalanina]] mengakibatkan penumpukkan fenilalanina dan senyawa terkait. Hal ini dapat menyebabkan [[keterbelakangan mental]] jika ia tidak diobati.<ref>[http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?call=bv.View..ShowSection&rid=gnd.section.234 Phenylketonuria: NCBI Genes and Disease] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20090927134528/http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?call=bv.View..ShowSection&rid=gnd.section.234 |date=2009-09-27 }} Accessed 4 April 2007</ref>

Contoh lainnya adalah mutasi silsilah nutfah (''germline mutation'') pada gen yang mengkode enzim [[reparasi DNA]]. Ia dapat menyebakan sindrom penyakit kanker keturunan seperti [[xeroderma pigmentosum]]. Kerusakan ada enzim ini dapat menyebabkan kanker karena kemampuan tubuh memperbaiki mutasi pada genom menjadi berkurang. Hal ini menyebabkan akumulasi mutasi dan mengakibatkan berkembangnya berbagai jenis kanker pada penderita.

{{clear}}

== Lihat pula ==
* [[Katalisis enzim]]
* [[The Proteolysis Map]]
* [[Biokatalisis RNA]]
* [[Enzim SUMO]]
* [[Proteomika]] dan [[rekayasa protein]]
* [[Enzim terimobilisasi]]

== Referensi ==
{{reflist|2}}

{{Enzim}}
{{Biologi nav}}
{{kimia makanan}}

[[Kategori:Enzim| ]]
[[Kategori:Metabolisme]]
[[Kategori:Katalisis]]