Enzim

EN ZI M

M UTI ARA I N D AH

Fa k u lt a s Ke dok t e r a n Un iv e r sit a s Su m a t e r a Ut a r a

I . Pe n da h u lu a n .

Tanpa adanya enzim , kehidupan yang kit a kenal t idak m ungkin ada. Sebagai biokat alisat or yang m engat ur sem ua kecepat an sem ua pr oses fisiologis, enzim m em egang per anan ut am a dalam kesehat an dan peny ak it . .Mesk ipun dalam keadaan sehat sem ua pr oses fisiologis akan ber langsung dengan cara yang t er susun ser t a t er at ur sem ent ar a hom eost asis akan diper t ahankan, nam un keadaan hom eost asis dapat m engalam i gangguan yang ber at dalam keadaan pat ologis.

I .1 . KATALI S

Enzim adalah pr ot ein yang ber fungsi sebagai kat alisat or unt uk r eaksi- r eaksi k im ia didalam sist em biologi. Kat alisat or m em percepat reak si k im ia. Walaupun k at alisat or ik ut sert a dalam reak si, ia k em bali ke keadaan sem ula bila r eeaksi t elah selesai. Enzim adalah k a t a lisa t or pr ot e in unt uk r eaksi- r eaksi kim ia pasa sist em biologi. sebagian besar r eaksi t er sebut t idak dikat alis oleh enzim .

Ber beda dengan kat alisat or nonprot ein ( H+, OH-, at au ion- ion logam ) , t iap-t iap enzim m engk aiap-t alisis sej um lah k ecil reak si, k erapk ali hany a saiap-t u. Jadi enzim adalah kat alisat or yang r eaksi- spesifik kar ena sem ua r eak si biokim ia per lu dikat alis oleh enzim , har us t er dapat banyak j enis enzim . Sebenar nya unt uk ham pir set iap senyaw a organik, t er dapat sat u enzim pada beber apa or ganism e hidup yang m am pu ber eaksi dengan dan m engkat alisis beberapa perubahan kim ia.

Walaupun ak t ivit as kat alik enzim dahulu diduga hanya diper lihat kan oleh sel-sel y ang ut uh ( k ar ena it u ist ilah en- zy m e, y ait u, “ dalam ragi” ) , sebagian besar enzim dapat diekst r aksi dar i sel t anpa kehilangan akt ivit as biologik ( kat alik) nya. Oleh kar ena it u, enzim dapt diselidik i diluar sel hidup. Ek st rak y ang m engandung enzim dipak ai pada peny elidik an reak si- reak si m et abolik dan pengat uranya, st rukt ur dan m ekanism e ker j a enzim dan m alahan sebagai kat alisat or dalam indust r i pada sint et is senyaw a- senyaw a yang biologis akt if seper t i hor m on dan obat - obat an. Kar ena kadar enzim ser um m anusia pada keadaan pat ologik t er t ent u dapat m engalam i per ubahan yang ny at a, pem er ikasaan kadar enzim ser um m er upakan suat u alay diagnost ik yang pent ing bagi dokt er .

Reak si- reak si sepert i hidrolisa dan oxidasi ber langsung sangat cepat didalam sel- sel hidup pada pH kir a- kir a net r al dan pada suhu t ubuh. I ni dapat t er j adi kar ena adanya enzim . Enzim disint esa di dalam sel, t et api set elah diext r aksi diluar sel m asih m em punyai akt ivit as.

Enzim beker j a sangat sfesifik. Suat u enzim hanya dapat m engat alisa beber apa r eaksi, m alahan ser ingkali hanya sat u r eaksi saj a. I ni m er upakan salah sat u sifat pent ing enzim .

I I . KESPESI FI KAN EN ZI M

Kespesifikan enzim dapat dibedakan dalam : 1 . Ke spe sifik a n Opt ik

Dengan kekecualian epim er ase ( r asem ase) , yang saling m engubah isom er -isom er opt ik, enzim um um nya m enunj uk an kespesifik an opt ik absolut unt uk paling sedikit sebagian dar i m olekul subst r at . Misalny a m alt ase dapat m engkat alisa hidr olisa α- glukosida, akan t et api t idak dapat beker j a t er hadap β- gluk osida. Enzim yang beker j a t er hadap D- kar bohidr at t idak dapat m engkat alisa L- kar bohidr at , begit u pula dengan enzim - enzim yang m engkat alisa asam L- am ino t idak dapat m engkat alisa asam D- am ino.

Kespesifik an opt ik dapat m eluask esuat u bagian m olekul subst r at at au ke subst rat k eseluruhanya. Glik osidase m erupakan cont oh dari dua hal y ang ekst rim ini. Enzim - enzim ini y ang m engk at alisis hidrolisis ik at an gliosida ant ara gula dan alk ohol, sangat spesifik unt uk bagian gula dan unt uk ikat an ( alfa at au bet a) , t et api r elat if nonspesifik unt uk bagian alkohol at au glik ogen.

2 . Ke spe sifik a n Gu gu s

Suat u enzim hanya dapat beker j a t er hadap gugus yang khas, m isalnya glikosidase t er hadap gugus alkohol, pepsin dan t r ipsint er hadap ikat an pept ida, sedangkan est er asa t er hadap gugus alkohol, pepsin dan t ripsin t erhasap ik at an pept ida, sedangkan est er ase t er hadap ikat an est er . Akan t et api, dalam pem bat asan ini sej um lah besar subst r at dapat diolah, j adi, m isalnya, pengurangan j um lah enzim pencer naan yang m ungkin sebalik nya dibut uhkan.

Enzim - enzim t er t ent u m enunj ukan kespesifik an gugus yang lebih t inggi. Kam ot ripsin, t erut am a m enghidrolisa ik at an pept ida dim ana gugus kar boksilnya berasal dari asam - asam am ino fenilalanin, t ir osin at au t r ipt ofan. Kar boksipept idase dan am ino pept idase m em ecahkan asam am ino m asing- m asing dari uj ung k arbok sil at au am ino r ant ai polipept ida.

I I I . FAKTOR- FAKTOR YAN G M EM PEN GARUH I KECEPATAN REAKSI EN ZI M

Per ubahan suhu dan pH m em punyai pengar uh besar t er hadap ker j a enzim . Kecepat an r eaksi enzim j uga dipengar uhi oleh konsent r asi enzim dan konsent r asi subst r at . Pengr uh ak t ivat or , inhibit or , k oenzim dan konsent rasi elek t rolit dalam beber apa keadaan j uga m er upakan fakt or - fak t or y ang pent ing. Hasil rek asi enzim j uga dapat m engham bat kecepat an r eaksi.

1 . PEN GARUH SUH U.

Suhu r endah yang m em dekat i t it ik beku biasanya t idak m er usak enzim . Pada suhu dim ana enzim m asih akt if, kenaikan suhu sebanyak 10OC, m enyebabkan k eak t ifan m enj adi 2 k ali lebih besar ( Q10 = 2) . Pada suhu opt im um reaksi

ber langsung paling cepat . Bila suhu dinaik an t er us, m aka j um lah enzim yang akt if akan ber kur ang kar ena m engalam i denat ur asi. Enzim didalam t ubuh m anusia m em iliki suhu opt im um sekit ar 37oC. Enzim or ganism em ikr o yang hidup dalam lingkungan dengan suhu t inggi m em punyai suhu opt im um yang t inggi.

Sebagian besar enzim m enj adi t idak akt if pada pem anasan sam pai + 60oC. I ni disebabk an kar ena pr oses denat ur asi enzim . Dalam beber apa keadaan, j ika pem anaasan dihent ik an dan enzim didinginkan kem bali akt ivit asnya akan pulih. Hal ini disebabk an oleh karena pr oses denat urasi m asih r ever sible. pH dan zat - zat pelindung dapat m em pengar uhi denat ur asi pada pem anasan ini.

% maksimum

aktivitas enzim

Suhu Optimum

100

0

0

70

[image:3.612.133.417.76.303.2]

Suhu

Gambar.1. Pengaruh suhu terhadap kecepatan reaksi

enzim

2 . PEN GARUH pH

Bila akt ivit as enzim diukur pada pH yang ber lainan, m aka sebagian besar enzim didalam t ubuh akan m enunj ukan akt ivit as opt im um ant ar a pH 5,0 - 9,0, kecuali beber apa enzim m isalnya pepsin( pH opt im um = 2) . I ni disesbabkan oleh : 1. Pada pH r endah at au t ingi, enzim akan m engalam i denat ur asi.

2. Pada pH r endah at au t inggi, enzim m aupun subst r at dapat m engalam i per ubahan m uat an list r ik dengan ak ibat per ubahan ak t ivit as enzim .

Misalnya suat u r eaksi enzim dapat ber j alan bila enzim t adi ber m uat an negat if ( Enz-) dan subst r at nya ber m uat an posit if ( SH+) :

Enz- + SH+ EnzSH

Pada pH r endah Enz- akan ber eaksi dengan H+ m enj adi enzim yang t idak ber m uat an. Enz- + H+ Enz- H

100

0

%

SH

+

Enz

[image:4.612.203.407.78.295.2]

-rendah

pH

tinggi

Gambar.2. Pengaruh pH terhadap kecepatan reaksi enzim

3 . PEN GARUH KON SEN TRASI EN ZI M

Kecepat an r ekasi enzim ( v) ber banding lur us dengan konsent r asi enzim ( Enz) . Makin besar j um lah enzim m akin cepat r eaksinya. Lihat pada gam bar .

Dalam reak sinya Enz akan m engadakan ikat an dengan subst r at S dan m em bent uk kom pleks enzim - subst r at , Enzs. EnzS ini ak an dipecah m enj adi hasil r eaksi P dan enzim bebas Enz.

Enz + S EnzS Enz + P

Enz + S Enz + P

Makin banyak Enz t er bent uk, m akin cepat reak si ini berlangsung. I ni t erj adi sam pai bat as t er t ent u.

v

(Enz)

O

[image:4.612.176.352.541.703.2]

4 . PEN GARUH KON SEN TRASI SUBSTRT

Bila k onsent rasi subst rat ( S) bert am bah, sedangk an keadaan lainy a t et ap sam a, kecepat an r eaksi j uga akan m eningkat sam pai suat u bat as m aksim um V. Pada t it ik m ak sim um ini enzim t elah j enuh dengan subt r at . Seper t i pada gam bar .

Pada t it ik- t it ik A dan B belum sem ua enzim ber eaksi dengan subt r at , m aka pada A dan B penam bahan subt rat S akan m enyebabkan j um lah EnzS ber t am bah dan kecepat an r eaksi v akan ber t am bah, sesuai dengan penam bahan S.

Pada t it ik C sem ua enzim t elah ber eak si denagn subt r at , sehingga penam bahan S t idak akan m enam bah kecepat an r eaksi, kar ena t idak ada lagi enzim bebas.

Pada t it ik B kecepat an r eaksi t epat set engah kecepat an m aksim um . Konsent r asi subt r at yang m enghasilk an set engah kecepat an m aksim um dinam akan har ga Km at au konst ant a Michaelis.

C

v

v

A

[S]

V/2

[image:5.612.186.399.251.417.2]

V/2

B

Gambar. 4.Pengaruh [S] terhadap kecepatan reaksi enzim

5 . PEN GARUH FAKTOR- FAKTOR LAI N

Enzim dapat dir usak dengan pengocokan, penyinar an ult raviolet dan sinar - x, sinar -β dan sinar -γ. Unt uk sebagian ini disebabk an karena ox idasi oleh perox ida y ang dibent uk pada penyinar an t er sebut . Ker j a enzim j uga dipengar uhi oleh adanya inhibit or seper t i obat a- obat an dan sebagainya

I V . KLASI FI KASI D AN TATA N AM A EN ZI M

Fungsi klasifikasi adalah unt uk m enekan hubungan dan per sam aan dengan car a yang t epat dan singkat . Usaha sem ula unt uk m encipt akan suat u sist em t at a nam a enzim - enzim m enghasilk an susunan yang m em bingungkan dar i nam a- nam a yang t idak past i ar t inya dan um um nya t idak m em punyai ket er angan apa- apa seper t i em ulsin, pept in dan zim ase. enzim selanj ut nya diber i nam a subt r at nyan dengan m enam bah akhir an “ ase” . Jadi enzim - enzim yang m em ecahkan pat i ( am ilon) disebut am ilase; yang m em ecahkan lem ak ( lipos) , lipase; dan yang beker j a pada pr ot ein, pr ot ease. Golongan enzim - enzim diber i nam a oksidase, glikodase, dehidr ogenase, dekar boksilase, dan sebagainya.

Gam bar an ut am a sist em I UB ( I nt er nasional Union of Biochem ist r y) unt uk k lasifik asi enzim sebagai berik ut :

dibaw ah ini dengan beber apa cont oh sub- kelas yang pent ing. Nam a yang t er dapat dalam kurungan adalah nam a biasa yang lebih dikenal.

B. Nam a enzim m em punya 2 bagian. Yang per t am a adalah nam a subst r at at au subst r at - subt r at . Yang kedua, diakhir i dengan “ ase” , m enunj uk an j enis r eaksi y ang dik at alisis. Ak iran “ ase” t idak lagi t ercant um langsung pada nam a subst rat . C. Ket er angan t am bahan, bila diper lukan unt uk m enj elaskan sifat r eaksi, dapat

didikut i kat a at au kalim at yang diber i t anda kur ung. Misalnya, enzim yang m engk at alisis reak si L- m alat+ NAD+ + pir uv at + CO2 + NADH + H = dikenal

sebagai enzim m alat , dinam akan 1.1.137 L- m alat : NAD oksidor edukt ase ( dekar boksilase) .

D. Masing- m asing enzim m em punyai nom er kade sist em ik ( E.C.) . Nom er ini m enunj uk an j enis r eaksi sebagai kelas ( digit per t am a) , sub- kelas( digit kedua) , dan sub- kelas ( digit ket iga) . Digit keem pat adalah unt uk nam a enzim t er t ent u. Jadi, E.C. 2.7.1.1. m enyat akan kelas 2 ( t r ansfer ase) , subkelas 7 ( pem indahan fosfat ) , sub- kelas 1 ( suat u alkohol ber fungsi sebagai aksept or fosfat ) . Digit y ang t er akhir m enyat akan enzim , heksokinase, at au ATP : D- heksosa- 6-fosfot r ansfer ase, suat u enzim yang m engkat alis pem indahan fosfat dar i ATP kegugus hidr oksil pada kar bon 6 glikosa.

6 k e la s u t a m a e n z im de n ga n be be r a pa con t oh n y a dibe r ik a n diba w a h in i :

1. Ok sidor e du k t a se

Enzim - enzim y ang m engk at alisis ok sidoreduk si ant ara 2 subst rat s dan S’ Sred + S’ok s + S’red

Kelas yang besar dan pent ing ini m eliput i enzim - enzim yang j uga dikenal sebagai dehidr ogenase at au sebagai oksidase. Yang t erm asuk adalah enzim - enzim yang m engk at alisis ok sidor eduk si dari gugus CH- OH, CH_CH, C= O, CH- NH2, dan CH= NH.

Diant ara subk elas y ang m ew ak iliny a adalah

1 .1 En z im ya n g be k e r j a pa da gu gu s Ch - OH sebagai donor elekt r on. Misalny a :

1.1.1.1 Alkohol : NAD oksidor edukt ase [ alkohol dehidr ogenase ] Alkohol + NAD+ = aldehid at au ket on + NADH + H+

1 .4 En z im ya n g be k e r j a pa da gu gu s CH - N H2 se ba ga i e le k t r on .

Misalnya:

1.4.1.3 L- Glut am at : NAD ( P) oksidor edukt ase ( deam inasi) [ glut am at dehidr ogenase dar i hat i binat ang] . NAD ( P) ber ar t i bahw a baik NAD

m aupuncNADP beker j a sebagai aksept or elekt r on.

L- Glut am at + H2O + NAD( P) = alfa- k et oglut ar at + NH4+ + NAD( P) H + H+

1 .9 En z im y a n g be k e r j a pa da gu gu s h e m da r i don or e le k t r on . Misalny a :

1.9.3.1. Sit okr om c : O2 oksidor edukt ase [ sit okr om oksedase] .

4 sit okr om c r eduksi + O2 + 4 H+ = 4 sit okr om c t er oksidasi + 2 H2O.

1.11 Enzim yang beker j a pada H2O2 sebagai asekt or elekt r on. Misalnya :

1.11.1.6 H2O2 oksidor edukt ase [ kat alase] .

H2O2 + H2O2 = O2 + 2H2 O.

2 . Tr a n sfe r a se .

Enzim - enzim yang m engkat alisis pem indahan suat u gugus, G ( lain dar i hidr ogen) , ant ar a sepasang subst r at S dan S’.

Dalam k elas ini t erm asuk enzim - enzim y ang m engk at alisis pem indahan gugus sat u kar bon, r esidu aldehida at auket on, dan gugus yang m engandung asil, alkil, glik osil, fosfor at au sulfur. Beber apa subkelas pent ing adalah :

2 .3 Asilt r a n sfe r a se . Misalnya :

2.3.1.6 Aset il- KoA : k olin O- aseet ilt ransferase [ k olin asilt r asferase] . Aset il- KoA + k olin = KoA + aset ilk olin.

2 .4 Glik osilt r a n sfe r a se . Misalny a :

2.4.1.1 alfa- 1,4- glukan : or t ofosfat glik osil t r ansfer ace [ fosfor ilase]

( a; fa- 1,4,- glukan)n + ort ofosfat = ( alfa- 1,4 glik osil)n- 1 + alfa- D- gluk osa-

1-fosfat .

2 .7 En z im - e n z im y a n g m e n gk a t a lisis pe m in da h a n gu gu s y a n g m e n ga n du n g fosfa t . Misalnya :

2.7.1.1 ATP : D- heksosa- 6fosfot r ansfer ase [ heksokinase] ATP + D- heksosa = ADP + D- heksosa- 6fosfat .

3 . H idr ola se

Enzim - enzim y ang m engk at alisi hidrolisis ik at an- ik at n est er, et er, pept ida, glik osil, anhidrida asam , C- C, C- halida, at au P- N. Misalnya :

3 .1 En z im - e n z im y a n g be k e r j a pa da ik a t a n e st e r . Misalny a : 3.1.1.8 Asilkolin asil- hidr olase [ pseudokolinest er ase] .

Asilk olin + H2O = kolin + Asam .

3 .2 En z im - e n z im y a n g be k e r j a pa da se n ya w a glik osil. Misalny a : 3.2.1.23 bet a- D- galak t osida galak t ohidrolase [ bet a- galak t osida]

bet a- galakt osida + H2O = alkohol + D- Galakt osa.

3 .4 En z im - e n z im ya n g be k e r j a pa da ik a t a n pe pt ida .

Nam a- nam a klasik ( pepsin, plasm in, r ennin, kim ot r ipsin) m asih banyak dipakai kar ena over lapping dan kespesifik an yang t idak m enent u yang m em buat t at a- nam a m enur ut sist em t idak prakt is pada dew asa ini.

4 . lia se .

Enzim - enzim yang m engkat alisis pem buangan gugus dar i subst r at dengan m ekanism e yang lain dar i pada hidr olisis, dan m eninggalk an ik at an r angkap.

X Y

C-C = X-Y + C=C

Yang t er m asuk golongan ini adalah enzim yang beker j a pada ik at an C- C, C- O, C- N, C- S, dan C- halida. Yang t erm asuk subkelasnya adalah :

4 .1 .2 Alde h ida - lia se . Misalnya :

4.1.2.7 Ket osa- 1- fosfat = dehidroksoaset on fosfat + aldehida.

4 .2 Ka r bok s- ok sige n lia se . Misalny a : 4.2.1.2 l- m alat hidr o- liase / fum ar ase/

5 . I som e r a se

Yang t erm asuk k elas ini adalah sem ua enzim yang m engk at alisis int erkonversi isom er- isom er opt ik, geom et r ik, at au posisi. Beberapa subkelasnya adalah :

5 .1 Ra se m a se da n e pim e r a se . M isa ln y a : 5.1.1.1 Alanin r asem ase

L- alanin + D- alanin

5 .2 Sis- t r a n s isom e r r a se . M isa ln y a :

5.2.1.3 Sem ua t r ans- ret inen 11- sist r ans isom er ase [ r et inen isom er ase] . Sem uat r ans- r et inen = 11- sis- r et inen.

5 .3 En z im - e n z im y a n g m e n gk a t a lisis in t e r k on v e r si a ldosa da n k e t osa . M isa ln y a :

5.3.1.1 D- gliser aldehida- 3- fosfat ket ol- isom er ase [ t r iosafosfat isom er ase] . D- Gliser aaldehida- 3- fosfat = dihidroksiaset on fosfat

6 . Liga se ( ligare = m engik at )

Enzim yang m engkat alisis penggabungan 2 senyaw a diik ut i oleh pem ecahan ikat an pir ofosfat pada ATP at au senyaw a yang sej enis. Yang t er m asuk golongan ini adalah enzim - enzim yang m engkat alisis r eaksi pem bent ukan ik at an C- O, C- S, C- N, dan C- C. Subk elasny a diw ak ili oleh :

6 .2 En z im - e n z im y a n g m e n gk a t a lisi pe m be n t u k a n ik a t a n G- S. Misalny a : 6.2.1.4 Suksinat : KoA ligase ( GDP) [ suksinat t iokinase]

GTP + suksinat : KoA ligase ( GDP) + Pi + suksinil

6 .3 En z im - e n z im y a n g m e n gk a t a lisis pe m be n t u k a n ik a t a n C- N . Misalny a : 6.3.1.2 L- Glut am at : Am onia ligase ( ADP) [ Glut am in sint et ase] .

ATP + L- Glut am at + NH4 = ADP + or iofosfat + L- Glut am in

6 .4 En z im - e n z im y a n g m e n gk a t a lisis pe m be n t u k a n ik a t a n C- C. Misalny a : 6.4.1.2 Aset il- KoA : CO2 ligase ( ADP) [ aset il- KoA k arboksilase] .

ATP + aset il- KoA + CO2 = ADP + Pi + m alonil- KoA

V . KOEN ZI M

Banyak enzim hanya dapat beker j a ( enzim m engkat alis r eaksi- r eaksi subt r at nya) j ika t er dapat suat u m olek ul organok nonprot ein y ang spesifik . Molek ul or ganik it u disebut koenzim . Hanya bila enzim dan koenzim keduanya t er dapat akan t erj adi k at alisis. Sist em k om plit enzim dan k oenzim disebut holoenzim , sedangk an bagian pr ot ein sist em t er sebut dinam akan apoenzim . Jadi :

apoenzim + k oenzim + holoenzim

Jenis r eaksi yang ser ing m em er lukan par t isipasi koenzim adalah oksidor eduksi, r eaksi- r eaksi pem indahan gugus dan som er asi, dan yang m enghasilk an pem bent ukan ik at an kovalen ( k elas1, 2, 5, dan 6) sebaliknya, reaksi lisis, t erm asuk reak si hidrolisis sepert i y ang dik at alis oleh enzim - enzim saluran pencer naan, t idak m em er lukan koenzim ( kelas 3 dan 4)

Ser ingkali vit am in golongan B- kom pleks m er upakan bagian st r ukt ur koenzim . Misalny a unt uk m et abolism e asam - asam am ino diperluk an v it am in B6. Unt uk oksidasi

biologi diperlukan nikot inam ida, t ianin, r iboflavin, asam pant ot enat dan

V I . M EKAN I SM E KERJA EN ZI M

Pr in sip u m u m

Pem bicar aan t ent ang m ekanism e yang digunakan unt uk m em per cepat k ecepat an reak si m elalui 3 cont oh y ang akan diber ikan : kat alis asam dan basa pada um um nya, kat alis oleh ion- ion logam , dan kat alis oleh enzim yang m engandung pir idoksal fosfat .

Ka t a lisis a sa m - ba sa u m u m

Reaksi yang kecepat anya ber ubah- ubah akibat per ubahan konsent r asi ion hidrogen at au k onsent rasi ion hidr onium dalam lar ut an, t et api t idak t er gant ung pada konsent rasi asam at au basa lainya yang t erdapat dalam lar ut an, dikat akan dapat m engalam i k at alisis asam spesifik at au k at alisis basa spesifik . Reak si y ang kecepat anya t er gant ung pada sem ua asam dan basa yang t er dapat dalam lar ut an dikat akan dapat m englam i kat alisis asam um um ( general acid) at au k at alisis basa um um ( gener al base) . Mut ar ot asi glukosa adalah salah sat u r ekasi y ang t unduk pada kat alisis asam - basa um um .

Pe r a n a n ion loga m

I on logam m elak sanak an peranan k at alisi dan st r ukt ur al yang pent ing pada pr ot ein. Sebenar nya, lebih dar i seper em pat dar i sem ua enzim yang dikenal m engandung ion logam yang ber ikat an erat at au m em er lukan ion logam unt uk berak t iv it asny a. Fungsi ion logam ini diselidik i dengan cara fisik a, lebih- lebihdengan k rist alografi sinar- X, nuclear m agnet ic ( ESR) . Ket er angan ini digabungk an dengan penget ahuan pem bent ukan dan ker usakan kom pleks logam dan r eaksi dalam lingkar an koor dinasi ion logam unt uk m em ber i penger t ian t ent ang per anan ion logam pada r eksi yang dikat alisi oleh enzim .

A. M e t a loe n z im da n e n z im y a n g dia k t ifk a n loga m

Lazim unt uk m em bedakan ant ar a m et aloenzim dan enzim yang diakt ifkan oleh logam . Met aloenzim adalah enzim yang m engandung sej um lah t er t ent u ion-logam yang ber fungsi yang diper t ahankan selam a pem ur nian. Enzim yang diakt ifkan oleh logam t idak m engik at logam sek uat sepert i pada m et aloenzim t et api m eskipun dem ikian m em er lukan t am bahan logam unt uk pengakt ifanya. Akan t et api, per bedaan inin, khususny a t idak m em bant u, kar ena dikenal banyak cont oh k lasifik asi y ang let ak nya pada bat as perbedaan. Bany ak enzim m em pert ahank an ion logam selam a pr osedur pem ur nian nor m al t et api kehilangan logam nya bila dim ur niakn dengan adanya “ chelat ing agent ” ( zat - zat pengik at ) . Ak t iv it as enzim k em udian hilang. Ak t iv it as ini diperbaik i hany a set elah penam bahan ion logam . Per bedaan ant ar a m et aloenzim dan enzim yang diakt ifkan logam , bila har s dit ar ik gar is, j adi t er let ak pada afinit as enzim t ert ent u unt uk ion logam ny a. Dari aspek m ekanism e dim ana ion logam nya m elakukan fungsinya, t am pak bahw a keduanya sam a pada m et aloenzim dan enzim yang diakt ifkan oleh logam .

B. Kom ple k s r a n gk a p t iga e n z im - loga m - su bst r a t

Enz-S-M

Kompleks jembatan substrat

Enz-M-S

Kompleks jembatan logam

sederhana

Enz-S-M

Kompleks jembatan enzim

M

Enz

S

Enz-M-S

Kompleks jembatan logam siklik

Walaupun sem ua 4 skem a adalah m ungkin unt uk enzim yang diakt ifk an logam , m et aloenzim t idak dapat m em bent uk kom pleks j em bat an subst r at kar ena m er eka m em per t ahankan logam selam a pem ur nian ( yait u, ber ada sebagai Enz- M)

Selain dat a pengik at an logam , t ek sik yang gar is besar nya t er gant ung pada daft ar 6- 2 m em bant u m em ast ikan skem a m ana yang ber oper asi.

Daft ar 2 m encat at beber apa enzim unt uk m ana skem a koor dinasi t elah dit et apkan.

Dar i ini dan m uncul dat a lainya, m uncul 2 kesim pulan :

1. Sebagian besar t et api t idak sem ua kinase ( ATP : fosfot r ansfer ase) m em bent uk kom peks j em bat ab subst r at dar i j enis enz- nukleot ida- M.

2. Fosfot r ansfer ase yang m em akai pr iruvat at au fosfoenolpir uvat sebagai subst r at , enizm y ang m engk at alisis rek asi lain dari fosfoennolpiruv at , dan k arbok silase m em bent uk kom pleks j em bat an logam .

C. Kom ple k s 3 k om pon e n ( t e r n a r y com ple k s)

Daft ar 6- 3 m encat at 3 enzim sebagai pem bent uk kom pleks j em bat an subst r at dan kom pleks j em bat an enzim . I ni kaarena m erka m em bent uk sat u j enis k om plek s j em bat an dengan sat u subst rat dan j enis lain dengan y ang lainy a. Suat u t eksik yang ber guna unt uk penyelidik an kom pleks logam yang dibent uk oleh 2 subst r at enzim adalah unt uk m em bent uk t er nar y ( 3 kom ponen) kom pleks “ abor t if” ant ar a enzim , ion logam , salah sat u subst r at , dan salah sat u pr oduk.

Kom pleks disebut abor t if kar ena m er eka t idak dapat m enghasilkan suat u r eaksi ( pr oduk adalah dim ana subst r at har usnya ber ada) . Kest abilanya m em udahkan penyelidik an. Dat a pengur angan pr ot on m enunj uk an bahw a pir uvat kinase dan kr eat in kinase m em bent uk t er nar y kom pleks abor t if dar i j enis yang diper hat ik an dibaw ah ini.

Mn

Kreatin kinase

ADP-Mn

Kreatin

Piruvat kinase

A

Piruvat

Pola Koor din a si

Te k n ik Pe r coba a n En z - S- M

En z - M - S a t a u

M - En z - S Pengar uh Ca2+ Biasanya

m engakt ifkan

Biasanya m engham bat

Mengakt ifkan at au m engham bat ESR Subst rat dengan

Enz- Mn

Mem per besar relak sasi int i

subst r at

Mem per kecil relak sa int i subst r at Spekt r um Esr dar i

Mn pada M- S dan pada kom plek t er sier

Spekt r um ident ik

Spekt rum berbeda

Spekt r um ESR dar i Fe at au Cu pada kom pleks t er sier

Pem isahan yang

sangat halus oleh int i m agnet subst r at

Tidak ada pem isahan yang sangat halus

S

M

Enz

D a ft a r 2 . Pola k oordinasi k om plek s t erner enzim - logam subst rat dari beberapa enzim .Enzim - enzim yang ber t anda ( + ) m em bent uk pola koor dinasi yang ber beda dengan t iap- t iap subt srat nya. Dalam hal ini, subst r at yang ber sangkut an disusun dalam kur ung.

Je m ba t a n Su bst r a t ( En z - S- M )

Je m ba t a n loga m ( En z -M - S) a t a u

Je m ba t a n e n z im ( M -En z - S)

Kr eat in kinase Adenilat k inase 3- Fosfogliserat kinase

Heksokinase Tet rahidrofolat sint et ase + UDPG- Piro- fosforilase ( S= UTP)

+ Tr ipt ofan RNA sint et ase ( S= ATP) + Valin RNA ( S= ATP)

Pir uvat kinase Pep Karboksilase Ribosa difosfat Karbok silase PEP k ar boksilase PEP sint ase Enolase

Fosfoglukom ut ase Pir ofosfosfat ase Anor ganik

Hist idin deam inase D- Xilosa isom erase Aldolase

Kar boksipept idase β- Met ilaspar t ase DNA- polim erase Nuklease st afilokok

Sit r as liase Dopam in hidr oksi Lasesilae

Glut am in sit et ase + UDPG pirofosforilase + Tr ipt ofan Rna sit et ase

( S= Ppi)

+ Valin RNA sint et ase ( S= Ppi)

S

M

Enz

bahw a, bila ADP kom pleks abor t if digant i oleh ATP, suat u r eaksi akan t er j adi. Dat a j enis ini dipak ai unt uk m em beri k esan sifat k om plek s y ang ak t if, dan k at alit ik .

D . Kom ple k d- j e m ba t a n - e n z im ( M - En z - S) :

Secar a per bandingan sedikit dik et ahui t ent ang per anan logam pada kom pleks j em bat an- enzim . Mer eka diduga m elakukan per anan st r ukt ur al, m ungkin m em per t ahankan konfor m asi akt if ( m isalnya, glut am in sint et ase) . Per anan ion logam t idak perlu dibat asi pada st abilisasi, k arena logam dapat j uga m em bent uk j em bat an logam dengan subst r at . I ni t er j adi dengan pir uvat kinase.

M

Piruvat kinase

ATP

Kreatin

Selain per anan st r ukt ur alnya, ion logam pada pir uvat kinase t am pak m engik at sat u subst rat ( ATP) pada t em pat dan m engakt ifkannya.

E. Kom ple k s j e m ba t a n - su bst r a t ( En z - S- M )

Pem bent ukan t er nary kom pleks j em bat an subst r at nukleosida t r ifosfat dengan enzim , logam , dan subst r at nam paknya duhubungkan dengan penggant ian air oleh ATP lingkar an koor dinasi logam .

ATP4- _{+ M( H}

2O)62+ ATP- M( H2O)32+ + 3H2O

Subst r at kem udian ber ikat an dengan enzim m em bent uk kom plek s t ernary : ATP + M( H2O)32+ + Enz Enz- ATP- M( H2O)32+

Sem ent ar a r eaksi enzim per t am a denagn ATP dan selanj ut ny a dengan logam dapat lebih cepat , ini t idak di[ pik ir k an dapat t erj adi dalam k eadaan fisiologis k arena konsent r asi enzim int r asel um um nya j auh dibaw ah konsent r asi ATP at au ion logam .

Fungsi ion logam pada r eaksi fosfot r ansfer ase pem bent ukan suat u kom pleks lifosfat - adenin yang kaku dar i konfor m asi yang sesuai dalam kom pleks kw at er ner y ang ak t if.

F. Kom ple k s j e m ba t a n - loga m :

S

M

Enz

Enz-M-S or

penyelesaianya. Kar ena Mn dapat ber ger ak dar i sat u r esidu asam am ino ke r esidu asam am ino lainy a dalam m ik rodet ik , k ecepat an pengik at an logam diperk irak an sangat cepat . Reaksi yang lam bat m ungkin adalah r angkaian penyusunan binar y Enz- M k e konform asi yang akt if, yait u: Pengik at an logam .

Enz + M( H2O)62+ Enz- M( H2O)6- n2+ + nH2O

Penyusunan kem bali m enj adi konfor m asi akt if ( Enz) :

cepat

S

M

Enz

Enz-M + S

Enz-M-S or

G. Pe r a n a n ion loga m pa da k a t a lisis

I on logam dapat ber par t isipasi dalam salah sat u dar i 4 m ekanism e yang dipakai enzim unt uk m em percepat kecepat an r eaksi kim ia :

1. k at alisis asam - asam um um , 2. k at alisis k ov alen,

3. Mendekat kan per eaksi, dan

4. Mengadakan t ekanan pada enzim at au subst r at .

I on logam , seper t i pr ot on, adalah asam Lew is at au elekt r ot il dan oleh kar ena it u dapat m ener im a bagian alam pasangan elek t ron yang m em bent uk ikat an sigm a. I on logam j uga dapat dianggap “ super acids” kar ena m er eka t er dapat pada lar ut an yang net r al, ser ing m em punyai m uat an posot if yang lebih besar dari pada sat u, dan dapat m em bent uk ikat an pi. Selain ( dan t idak sper t i prot on) it u, logam dapat ber per an sebagai cet akan 3- dim ensi unt uk orient asi dan ikat an gugus basa yang t er dapat pada enzim at au subst r at .

I on logam j uga dapat m ener im a elekt r on m elalui ikat an sigm a at au pi unt uk m engakt ifkan elekt r ofil at au nukleofil ( kat alis asam - basa um um ) . Denagan m em ber ikan elekt ron, logam dapat m engakt ifkan nukleofil at au ber per an sebagai nuk leofil it u sendiri. Lingk aran k oordinasi logam dapat m em persat uk an enzim dan subst r at ( pendekat an) at au m em bent uk dist or asi yang m enghasilakan chelat e pada enzim at au subst r at ( t ek anan0. suat u ion logam uga dapat “ m enyelubungi’ nukleofil dan kar ena it u m encegah r eaksi sam pingan y ang sebalik ny a m ungk in t im bul. Akhir nya, pengat ur an st er eokim ia dicapai oleh kem am puan lingk ar an koordinasi logam unt uk beer per an sebagai cet akan 3- dim ensi unt uk m engikat gugus- gugus reak t if pada orient si st erik y ang sfesisik .

D a ft a r . Cont oh- cont oh per anan ion logam pada m ekanism e ker j a enzim

EN ZI M Pe r a n a n k e r j a e n z im

Hist idin deam inase

Kinase, liase, pir uvat dekar boksilase Anhidr ase kar bonat

Enzim kobam ida

Piruvat karboksilase, Kar bok si pept idase, alkohol dehidr ogenase

Pr ot ein besi nonhem

Pir uvat kinase, pir uvat kar boksilase Fosfot r ansfer ase, D- xilosa isom er ase, hem opr ot ein.

Menut upi nuk leofil Mengakt ifkan elekt rofil Mengakt ifkan nukleofil

Logam berperan sebagai nuk leofil Menar ik elekt r on π

Donor elekt ron π

I on logam ber kum pul dan m encar i ikat an

Pengar uh t ekanan

V I I . Ra n gk u m a n

Enzim bek erj a m engk at alisis reak si y ang spesifik y ait u suat u enzim hany a dapat m engat alisa beber apa r eaksi, m alahan ser ingkali hanya sat u r eaksi saj a. I ni m er upakan salah sat u sifat pent ing enzim . Kespesifikan enzim dapat dibedakan dalam k espesifik an Opt ik dan k espesifik an Gugus.

Tem per at ur , pH, konsent r asi subst r at , konsent r asi enzim , inhibit or m engubah kecepat an r eaksi yang dikat alisis enzim dengan im plikasi yang pent ing bagi kesehat an dan peny akit .

Fungsi klasifik asi enzim adalah unt uk m enekan hubungan dan per sam aan dengan car a yang t epat dan singkat . Sist em I UB ( I nt ernasional Union of Biochem ist r y) unt uk k lasifik asi enzim m enggolongk an enzim dalam enam k elas ut am a y ait u k elas Oksidor edukt ase, Tr ansfer ase, Hidr olase, Liase, I som erase, Ligase yang m asing-m asing kelas asing-m easing-m punyai 4 hingga 13 subk elas.

Banyak enzim m em er lukan m olekul koenzim unt uk dapat ber fungsi sebagai kat alisat or . Enzim kelas 1,2,5,6 sist em I UB m em er lkan m olekul koenzim yang um um ny a m er upakan der ivat vit am in B dan j uga der ivat nukleot ida AMP.

Mekanism e ker j a enzim digunakan unt uk m em per cepat kecepat an r eak si m elalui 3 cont oh yang akan diber ikan : kat alis asam dan basa pada um um nya, kat alis oleh ion- ion logam , dan k at alis oleh enzim y ang m engandung pir idok sal fosfat

D AFTAR KEPUSTAKAAN

- Cham pe P C PhD , Har vey R A PhD. Lippincot t ’s I llust r at ed Review s:

Biochem ist r y 2nd _{.1994 : 47- 60}

- Lehninger A, Nelson D , Cox M M .Pr inciples of Biochem ist r y 2nd 1993 : 198-236

- Mur r ay R K, et al. Har per ’s Biochem ist r y 25t h ed. Applet on & Lange. Am er ica 2000 : 67- 113

- St r yer L .1995. Biochem ist r y 4t h : 181- 237

- Penunt un Prakt ikum Biokim ia 1976. Edisi 4. Biokim ia FK- UI . Jakar t a ; . 98- 112