veronikafoju

Biokimia Enzim


BAB 5

ENZIM

PENDAHULUAN

Sebagai enzim, protein berperan sebagai biokatalis yang mengatur laju rekasi-reaksi di dalam sel, dan dengan demikian mengendalikan aliran lalu lintas molekuler yang diperlukan untuk kelangsungan hidup sel, enzim dicirikan dengan akhiran ase, memfasilitasi banyak reaksi biokimiawi dan ikut serta dalam metabolisme yang terjadi dalam substrat. Untuk itu diharapkan setelah mengikuti kuliah ini, mahasiswa dapat :

  1. Menjelaskan fungsi dan cara kerja enzim
  2. Memahami arti dan kegunaan persamaan Michaelis-Menten
  3. Menerangkan faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim

POKOK MATERI

  1. Pengenalan Enzim

Enzim adalah golongan protein yang paling banyak terdapat di dalam sel hidup, berperanan penting sebagai biokatalisator reaksi-reaksi biokimia dalam sel. Dalam jumlah yang kecil, enzim dapat mengatur reaksi tertentu sehinga dalam keadaan normal tidak terjadi penyimpangan-penyimpangan hasil akhir reaksinya. Enzim akan kehilangan aktivitasnya akibat panas,  asam atau basa kuat, pelarut organik, atau hal  yang menyebabkan terjadi denaturasi protein.

Enzim mempunyai sifat khusus, sebab akan bekerja pada suatu substrat yang khusus dengan reaksi tertentu, umpamanya enzim urease, substratnya tentu urea dan bentuk reaksi adalah mengubah substrat menjadi ammonia dan karondioksida.

Dengan sifat khusus/khas dari enzim, ini diartikan bahwa suatu jenis enzim hanya mampu berperan sebagai biokatalisator untuk reaksi tertentu saja. Tapi pada masalah tertentu ada substrat yang dapat dikatalisis oleh beberapa enzim, misalnya pada substrat glukosa 6-fosfat (gambar 5.1).

Keterangan

  1. Reaksi 1 dikatalisis oleh  glukosa 6-P dehidrogenase
  2. Reaksi 2 dikatalisis oleh fosfoglukomutase
  3. Reaksi 3 dikatalisis oleh fostatase
  4. Reaksi 4 dikatalisis oleh fosfoheksosa isomerase

Gambar 5.1. Hasil Katalisis Glukosa 6-fosfat

Beberapa  enzim mempunyai bentuk stereospesifik terhadap substrat, di antaranya spesifik untuk isomer optik D dan L. Enzim L dari asam amino oksidase hanya bekerja pada  L-asam amino dan D-asam amino oksidase hanya bekerja pada isomer D-asam amino.

Selain itu beberapa enzim memerlukan suatu kofaktor yang bukan dari protein dimana berikatan agak longgar dengan enzim, kofaktor dikenal sebagai koenzim. Sedangkan yang berikatan erat dengan enzim disebut gugus prostetik.

  1. Penggolongan Enzim

Pemberian nama enzim secara trivial (non sistimatik), misalnya pepsin, tripsin tidak dapat menjelaskan sifat dan macam reaksi kimia yang terjadi, tetapi nama trivial kadang-kadang masih digunakan jika penamaan secara sistimatik terlalu panjang. Penamaan  dan klasifikasi secara sistimatik telah diatur oleh Commission on Enzymes of the International Union of Biochemistry(CEIUB) dimana enzim dibagi menjadi 6 golongan utama.

Berdasarkan gugus substrat yang diserangnya, maka enzim dibagi menjadi :

  1. Oksido reduktase

Tipe reaksi yang dikatalisis antara lain Oksidasi dan  reduksi, pendonor hidrogen atau elektron adalah salah satu substratnya. peranannya dalam oksidasi reduksi, maka enzim golongan ini terdiri dari dehidrogenase dan oksidase

  1. Transferase

Transfer gugus kimia dari bentuk umum dan berperan dalam pemindahan gugus tertentu, misalnya enzim metiltransferase,

Pembentukan glisin dari serin terjadim pemindahan gugus hidroksil metal, gugus ini terlepas dari serin  dengan bantuan enzim hidroksi-metiltransferase

Salah satu subgolongan enzim ini adalah transaminase yang berfungsi memkindahkan gugus amino dari suatu asam amino kepada senyawa lain.

  1. Hidrolase

Untuk pemotongan hidrolitik peranannya dalam reaksi hidrolisis, arginase adalah suatu hidrolase yang ada dalam hati organisme penghasil urea (ureoteles), enzim ini mengkatalisis reaksi seperti :

  1. Liase

Pemotongan nonhidrolitik, kadang terjadi penambahan gugus pada suatu ikatan rangkap, peranan utama  dalam mengkatalisis reaksi adisi atau pemecahan ikatan rangkap dua, enzim piruvat dekarboksilase yang bekerja pada dekarboksilasi asam piruvat yang menghasilkan aldehida.

Enzim fumarat hidratase berfungsi dalam penggabungan satu molekul air kepada molekul assam fumarat dan membentuk asam malat,

  1. Isomerase

Terjadi perubahan penataan geometris (spasial) suatu molekul, peranannya dalam mengkatalisis   reaksi isomerisasi, seperti  kerja enzim  glukosa fosfat isomerase dibawah ini

  1. Ligase

Ligasi (menghubungkan) dua molekul dengan mengikutsertakan hidrolisis senyawa yang memiliki ∆G yang besar untuk proses hidrolisis atau berperan dalam  katalisis reaksi pembentukan  ikatan dengan dengan bantuan pemecahan ikatan dalam ATP, enzim glutamin sintetase merupakan biokatalis reaksi pembentukan glutamine dari sam glutamate.

Selain itu, enzim karboksilase bekerjan untuk pembentukan  asam oksaloasetat dari asam piruvat yang merupakan bagian dari metabolisme karbohidrat.

  1. Peningkatan Laju Reaksi dan Energi Aktivasi

Suatu reaksi kimia dapat berlangsung karena molekul-molekul reaktan dari A pada suatu waktu tertentu  mengalami keadan aktif, yakni apabila energi molekul  tersebut dalam keadan energi pengaktifan. Dalam keadaan ini ikatan kimia dalam molekul dapat berpisah sehingga memungkinkan terbentuknya produk baru (P), keadaan ketika molekul  A dalam  keadan aktif dikenal sebagai keadaan transisi , dan energi pengaktifan dikenal sebagai jumlah energi (dalam kalori) yang dibutuhkan oleh satu mol zat pada temperatur tertentu, untuk membawa semua molekul ke keadaan aktif, sehingga kecepatan reaksi akan berbanding lurus dengan konsentrasi senyawa keadan transisi  (gambar 5.2).

Jika terjadi kenaikan temperature, maka jumlah molekul yang dapat masuk ke keadaan transisi akan bertambah. Disini fungsi katalisator adalah mempercepat reaksi kimia  dengan cara menurunkan energi bebas pengaktifan, dimana katalisator akan bergabung dengan reaktan  untuk menghasilkan keadaan transisi yang mempunyai energi bebas lebih rendah daripada keadaan transisi reaksi tanpa katalisator. Setelah hasil reaksi terjadi (produk), katalisator kembali ke keadaan semula.

Gambar 5.2.  Alur Energi Reaksi Kiimia

  1. Pengaruh Konsentrasi Substrat
    1. Konsentrasi Substrat

Kecepatan reaksi sangat bergantung pada konsentrasi enzim, terjadi hubungan antara konsentrasi enzim dengan laju kecepatan reaksi apabila terjadi  pergeseran konsentrasi substrat (konsentrasi substrat berlebihan). Dengan banyaknya substrat yang ditransformasikan harus sesuai dengan tingginya konsentrasi ensim yang digunakan. (gambar 5.3)

Gambar 5.3.  Pengaruh Konsentrasi Enzim Terhadap Laju Reaksi

Jika konsentrasi enzim yang digunakan tetap, sedangkan konsentrsi substrat dinaikkan, maka hubungan yang terjadi seperti pada gambar 5.4. berikut ini,

Gambar 5.4. Pengaruh Konsentrasi Substrat Terhadap Laju Reaksi

Michaelis-Menten menyatakan bahwa reaksi yang dikatalisis oleh enzim pada berbegai konsentrasi substrat mengalami dua fase yaitu (a) jika konsentrasi substrat masih rendah, daerah yang aktif pada enzim tidak semuanya terikat dengan substrat dan (b) jika jumlah molekul substrat meningkat, maka yang aktif terikat seluruhnya oleh substrat dan pada keadaan ini enzim bekerja dengan kapasitas penuh.

  1. Suhu

Karena reaksi kimia sangat dipengaruhi oleh suhu, maka reaksi yang dikatalisis oleh enzim juga peka terhadap suhu (gambar 5.5). Enzim sebagai protein juga mengalami denaturasi pada waktu temperatur naik, akibatnya daya kerja akan enzim menurun. Suhu lebih dari 45 0C  terjadi denaturasi termal dan fungsi katalitik enzim hilang.

Gambar 5.5.  Pengaruh Suhu Terhadap Kecepatan Reaksi

  1. pH

Aktivitas enzim juga dipengaruhi oleh perubahan pH, ini disebabkan adanya gugus amino dan karboksil. Kurva pengaruh pH di bawah ini menunjukkan pH optimum enzim (gambar 5.6). Dalam sel dan lingkungan, pH dalam keadaan normal harus tetap sebab perubahan akan menyebabkan pergeseran aktivitas enzim. Akibatnya  sistim anabolisme dan katabolisme dalam sel akan terpengaruh.

Gambar 5.6. Pengaruh pH Terhadap Kecepatan Reaksi

  1. Inhibisi Enzim/Inhibitor

Enzim sangat peka terhadap gugus senyawa yang diikatnya, sehingga jika aktivitas enzim terhambat oleh senyawa yang diikat, maka senyawa/gugus tersebut disebut  inhibitor (tidak semuanya merugikan).

1.   Inhibitor Kompetisi

Pada inhibitor kompetisi terjadi penambahan substrat dapat mengurangi daya hambatnya, karena inhibitor bersaing dengan substrat untuk mengikta bagian aktif  enzim. Misalnya enzim suksinat dehidrogenase yang berfungsi mengkatalisis reaksi oksidasi asam uksinat menjadi fumarat, jika dalam proses ini dutambahkan asam malonat, maka enzim suksinat dehidrogenase akan menurun aktivitasnya.

Tetapi jika diberikan lagi asam suksinat sebagai substrat reaksi akan normal kembali (gambar 5.7). Sehingga aktivitas inhibitor ini sangat bergantung pada konsentras inhibitor, konsentrasi substrat, dan  afinitas rlatif inhibitor dan substrat.

Gambar 5.7.  Kecepatan Reaksi dengan Konsentrasi Substrat

2.   Inhibitor Nonkompetisi

Inhibitor nonkompetisi pengauhnya tdak dapat dihilangkan  dengan adanya penambahan substrat lain, dimana inhibitor ini akan berikatan dengan  permukaan enzim tanpa lepas dan lokasinya tidak dapat diganti oleh substrat. Sehingga daya kerja inhibitor sangat tergantung dari  konsentrasi inhibitor dan afinitas inhibitor terhadap enzim. (gambar 5.8)

Gambar 5.8. Kecepatan Reaksi dan Konsentrasi Substrat

(terjadi  pergeseran)

  1. Koenzim

Sejumlah besar enzim membutuhkan  suatu komponen lain (kofaktor) yang dapat berfungsi sebagai biokatalis, adapun kofaktor terdiri atas tiga golongan yakni (1) gugus prostetik, (2) koenzim, dan (3) aktivator.

Gugus prostetik adalah grup kofaktor yang terikat pada enzim dan sukar terlepas dari enzimnya. Pada gambar 5.9. Flavin Adenin Dinukleotida (FAD) adalah gugus prostetik  yang terikat pada enzim suksinat dehidrogenase.

Gambar 5.9.  FAD

Contoh yang lain misalnya  NAD, NADP, Asam tetra hidrofosfat, Tiamin pirofofat, dan ATP.

Gambar 5.10.  Koenzim I dan II

Koenzim NAD+ dan NADP+ adalah koenzim pada enzim dehidrogenase dengan tugas  sebagai katalis pada reaksi redoks, misalkan alkohol dehidrogenase merupakan katalis pada reaksi oksidasi alkohol.

CH3CH2 + NAD+ ⇄ CH3CHO + NADH+ + H+

Reaksi di atas menghasilkan ion H+ sangat cocok pada keadaan basa.

Gambar 5.11.  Bentuk Teroksidasi dari NAD dan NADP

Molekul NAD+ dan NADP+ merupakan bentuk teroksidasi dari Nikotinamida Adenin Dinukleotida (NAD), bentuk tereduksi adalah NADH dan NADPH.

G.  Sifat Mengatur Diri Sendiri

Beberapa sistim multi enzim mempunyai sifat untuk mengatur sendiri kecepatan reaksinya, dimana kadang produk akhir dapat menjadi inhibitor untuk reaksi awal, kecepatan keseluruhan reaksi sangat bergantung pada konsentrsi produk akhir. Untuk konversi dari L-treonin ke L-isoleusin mempunyai lima tahap reaksi dengan menggunakan lima jenis enzim yang berbeda (gambar 5.12).

Gambar 5.12.  Konversi dari L-treonin ke L-isoleusin

Jika L-isoleusin  terdapat dalam konsentrasi yang tinggi  dalam sistim, maka reaksi langkah pertama akan dihambat.

Pada kebanyakan reaksi enzim, sistim pengaturan diri sendiri, basanya enzim yang mengkatalisis reaksi tahap pertama dihambat olh hasil metabolisme tahap akhir, enzim ini dikenal sebagai enzim alosterik dan metabolit dan yang menghambat disebut efektor atau modulator.

Sebagian besar enzim yang diatur secara alosterik dibangun dari dua atau lebih rantai atau subunit polipeptida. Setiap subunit mempunyai tempat aktifnya sendir, dan tempat alosterik umumnya berlokasi di mana subunit-subunit itu menyatu. Keseluruhan kompleks akan berganti-ganti di antara dua keadaan konformasi, satu keadan secara katalitik aktif dan yang satunya lagi inaktif. Pengikatan activator ke suatu tempat alosterik akan mengstabilkan konformasi yang mempunyai  tempat aktif yang fungsional, sementara pengikatan inhibitor alosterik akan mengstabilkan bentuk inaktif enzim tersebut. (gambar 5.13)

Daerah kontak antqara subunit-subunit  suatu enzim alosterik berhubunga sedemikian rupa sehingga perubahan konformasi dalam satu subunit akan diteruskan atau ditransmisikan ke semua subunit lainnya. Melalui interaksi subunit-subunit ini, suatu molekul aktivator atau inhibitor tunggal yang berikatan dengan salah satu tempat alosterik itu akan mempengaruhi tempat aktif semua subunit.

Gambar 5.13. Pengaturan Alostrik

Pengaturan alosterik, pada gambar 5.13. bagian a sebagian besar enzim alosterik  tersusun dari dua atau lebih subunit polipeptida yang masing-masing memiliki  tempat aktif. Enzim ini akan berganti-ganti di antara dua keadaan konformasi, aktif dan inaktif. Jauh dari tempat aktif terdapat tempat alosterik, reseptor spesifik untuk pengaturan enzim itu, yang dapat berfungsi sebagai activator atau sebagai inhibitor. Pada gambar …bagian b, di sini dapat dilihat efek berlawanan dai inhibitor alosterik dan aktivator alosterik pada konformasi keempat substrat suatu enzim.

  1. Kinetika dan Sifat Enzim Regulator

Enzim regulator termasuk enzim yang besar dan kompleks sehingga sukar dimurnikan, mempunyai sifat anomaly dan hanya stabil pada suhu kamar, terdapatnya banyak pada rantai polipeptida.

Dari daya kerja, enzim in dogolongkan atas :

  1. Homotropik, molekul substrat tidak hanya berperanan sebagai substrat tapi juga sebagai modulator untuk peningkatan aktivitas katalisis  enzim.
  2. Heterotropik, dihambat atau dirangsang aktivitasnya  oleh modulator lain dari substrat.
  3. Homotropik dan Heterotropik, mempunyai lebih dari dua modulator.

Kecepatan reaksi enzim sangat tergantung pada enzim regulatornya. Pada enzim regulator homotropik memperlihatkan konsentrasi yang menurun   dengan kecepatan tidak berubah, sedangkan pada enzim regulator heterotropik modulator dapat menghambat atau meningkatkan kecepatan reaksi konsekuensinya dapat mengubah konsentrasi maupun kecepatan. (gambar 5.14)

Gambar 5.14.  Kinetika Enzim Regulator

LATIHAN

  1. Diskusikan fungsi dan cara kerja enzim
  2. Diskusikan dan menjelaskan arti dan kegunaan persamaan Michaelis-Menten.
  3. Diskusikan faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim

RANGKUMAN

Pendahuluan

Enzim (protein) berfungsi untuk mengkatalisis berbagai reaksi biokimia, dalam sel berada dalam konsentrasi rendah, tetapi dapat meningkatkan kecepatan suatu reaksi tanpa terjadi perubahan kesetimbangan.

Lebih dari 2500 yang berbeda berlangsung dengan bantuan enzim spesifik sesuai yang sesuai untuk meningkatkan kecepatan reaksinya. Masing-masing enzim dicirikan oleh spesifitasnya untuk substrat (reaktan). Molekul lain juga dapat mengatur aktivitas enzim, molekul ini dikenal sebagai efektor (bersifat sebagai aktivator dan inhibitor bahkan keduanya sekaligus).

Rantai samping asam amino pada enzim  mempunyai susunan tertentu, susunan inilah yang menentukan jenis molekul yang diikat dan reaksinya. Banyak juga enzim mempunyai molekul nonprotein kecil yang bergabung dan menentukan spesifitas substrat. Molekul seperti ini disebut kovaktor jika teikat secara nonkovalen dengan protein dan disebut gugus prostetik jika terikat secara kovalen.

Penggolongan Enzim

Biarpun semua enzim mempunyai nama berdasarkan sistim penggolongan yang didasarkan pada jenis reaksi yang dikatalisisnya, banyak juga enzim yang dkenal dengan nama umum. Nama-nama enzim ini biasanya diturunkan dari nama spesifik utama dengan tambahan akhiran ase. Beberapa golongan enzim utama seperti oksidoreduktase, transferase, hidrolase, liase, isomerase, dan ligase.

Pemutusan Ikatan

Mekanisme dasar yang digunakan enzim untuk meningkatkan kecepatan reaksi atau cara untuk meningktkan pemutusan ikatan, dapat dikelompokkan menjadi empat golongan yakni : (1) fasilitasi proksimitas (efek kedekatan), (2) katalisis kovalen, (3) katalisis asam basa, dan (4) regangan, distorsi molekul dan perubahan bentuk.

Kecepatan dan Energi Aktivasi

Perbedaan antara ketidakstabilan kinetik dengan ketidakstabilan termodinamika dapat dijelaskan dengan konsep energi bebas aktivasi yang diperlukan untuk mengubah substrat menjadi keadaan transisi. Agar substrat dapat membentuk produk, energi bebas internalnya harus melebihi suatu penghalang energi. Penghalang  energi adalah suatu energi bebas pada keadaan transisi (∆G). Teori keadaan transisi pada laju reaksi menghubungkan  kecepatan reaksi dengan besarnya nilai ∆G. Setiap molekul yang cebderung un tuk menstabilkan keadaan transisi akan menurunkan nilai ∆G, dengan demikian akan meningkatkan kecepatan reaksi.

Pengaruh Konsentrasi Substrat

Pengaruh konsentrasi substrat terhadap kecepatan reaksi dapat diketahui dengan cara mencatat kemajuan reaksi yang dikatalisis oleh enzim, dengan konsentrasi enzim dibuat tetap dan konsentrasi substrat divariasikan. Kecepatan awal (v0), diukur sebagai kemiringan garis singgung kurva kemajuan reaksi pada waktu t = 0. Kecepatan awal digunakan karena degradasi enzim selama reaksi berlangsung atau inhibisi oleh produk reaksi dapat saja terjadi, sehingga memberikan hasil yang mungkin sulit diinterpretasikan.

Inhibisi Enzim

Kecepatan reksi enzimatik sangat dipengaruhi oleh zat-zat yang bukan merupakan reaktan, bilamana terjadi perurunan kecepatan reaksi yang disebabkan oleh suatu senyawa, maka senyawa ini dikenal sebagai inhibitor, dan kebalikannya, kecepatan reaksi bertambah oleh suatu aktivator.

Terdapat tiga macam inhibisi : (1) inhibisi nonkompetitif (derajat inhibisi tidak dipengaruhi oleh konsentrasi subtrat), (2)  inhibisi kompetitif (derajat inhibisi menurun dengan meningkatnya konsentrasi subtrat), dan (3) inhibisi antikompetitif (derajat inhibisi meningkat dengan meningkatnya konsentrasi substrat).

EVALUASI

  1. Jelaskan fungsi dan cara kerja enzim.
  2. Gambarkan dan jelaskan  kegunaan persamaan Michaelis-Menten.
  3. Jelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim.

DAFTAR PUSTAKA

Girindra, A. 1986. Biokimia 1. Gramedia. Jakarta.

Houston, M.E. 1995. Biochemistry Primer For Exercise Science. Human Kinetics. Champaign.USA.

Kay, E.R.M. 1966. Biochemistry : An Introduction to Dynamic Biology. Collier-Macmillan.Canada.

Lehninger, A..L., et al. 1997. Principles of Biochemistry. 2nd .Worth Publisher.    New York.

Poedjiadi, A., F.M. T. Supriyanti. 2006. Dasar-Dasar Biokimia. UI-Press. Jakarta.

Stryer, L. 2000. Biokimia. Vol 2. Edisi 4. Penerbit Buku Kedokteran EGC. Jakarta.

Winarno, F,G. 1989. Kimia Pangan dan Gizi. Gramedia. Jakarta.

Wirahadikusumah, M. 1981. Biokimia : Proteine, Enzima & Asam Nukleat. ITB. Bandung.

SENARAI

Enzim : Protein yang berfungsi sebagai biokatalis

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

Flickr Photos

Dunnocklet!

Round and round!

Herd of Zebras.

More Photos
Follow

Get every new post delivered to your Inbox.

%d bloggers like this: