ENZIM MUTIARA INDAH. Fakultas Kedokteran Universitas Sumatera Utara

ENZIM

MUTIARA INDAH

Fakultas Kedokteran Universitas Sumatera Utara I. Pendahuluan.

Tanpa adanya enzim, kehidupan yang kita kenal tidak mungkin ada. Sebagai biokatalisator yang mengatur semua kecepatan semua proses fisiologis, enzim memegang peranan utama dalam kesehatan dan penyakit. .Meskipun dalam keadaan sehat semua proses fisiologis akan berlangsung dengan cara yang tersusun serta teratur sementara homeostasis akan dipertahankan, namun keadaan homeostasis dapat mengalami gangguan yang berat dalam keadaan patologis.

I.1. KATALIS

Enzim adalah protein yang berfungsi sebagai katalisator untuk reaksi-reaksi kimia didalam sistem biologi. Katalisator mempercepat reaksi kimia. Walaupun katalisator ikut serta dalam reaksi, ia kembali ke keadaan semula bila reeaksi telah selesai. Enzim adalah katalisator protein untuk reaksi-reaksi kimia pasa sistem biologi. sebagian besar reaksi tersebut tidak dikatalis oleh enzim.

Berbeda dengan katalisator nonprotein (H+_{, OH}-_{, atau ion-ion logam),}

tiap-tiap enzim mengkatalisis sejumlah kecil reaksi, kerapkali hanya satu. Jadi enzim adalah katalisator yang reaksi-spesifik karena semua reaksi biokimia perlu dikatalis oleh enzim, harus terdapat banyak jenis enzim. Sebenarnya untuk hampir setiap senyawa organik, terdapat satu enzim pada beberapa organisme hidup yang mampu bereaksi dengan dan mengkatalisis beberapa perubahan kimia.

Walaupun aktivitas katalik enzim dahulu diduga hanya diperlihatkan oleh sel-sel yang utuh (karena itu istilah en-zyme, yaitu, “dalam ragi”), sebagian besar enzim dapat diekstraksi dari sel tanpa kehilangan aktivitas biologik (katalik)nya. Oleh karena itu, enzim dapt diselidiki diluar sel hidup. Ekstrak yang mengandung enzim dipakai pada penyelidikan reaksi-reaksi metabolik dan pengaturanya, struktur dan mekanisme kerja enzim dan malahan sebagai katalisator dalam industri pada sintetis senyawa-senyawa yang biologis aktif seperti hormon dan obat-obatan. Karena kadar enzim serum manusia pada keadaan patologik tertentu dapat mengalami perubahan yang nyata, pemerikasaan kadar enzim serum merupakan suatu alay diagnostik yang penting bagi dokter.

Reaksi-reaksi seperti hidrolisa dan oxidasi berlangsung sangat cepat didalam sel-sel hidup pada pH kira-kira netral dan pada suhu tubuh. Ini dapat terjadi karena adanya enzim. Enzim disintesa di dalam sel, tetapi setelah diextraksi diluar sel masih mempunyai aktivitas.

Enzim bekerja sangat sfesifik. Suatu enzim hanya dapat mengatalisa beberapa reaksi, malahan seringkali hanya satu reaksi saja. Ini merupakan salah satu sifat penting enzim.

Ada segolongan enzim yang dapat mengatalisa jenis reaksi yang sama, misalnya memindahkan fosfat, oxidasi-reduksi, dan sebagainya. Oleh karena itu ada suatu kespesifikan (specificity).

II. KESPESIFIKAN ENZIM

Kespesifikan enzim dapat dibedakan dalam : 1. Kespesifikan Optik

Dengan kekecualian epimerase (rasemase), yang saling mengubah isomer-isomer optik, enzim umumnya menunjukan kespesifikan optik absolut untuk paling sedikit sebagian dari molekul substrat. Misalnya maltase dapat mengkatalisa hidrolisa α-glukosida, akan tetapi tidak dapat bekerja terhadap β-glukosida. Enzim yang bekerja terhadap D-karbohidrat tidak dapat mengkatalisa L-karbohidrat, begitu pula dengan enzim-enzim yang mengkatalisa asam L-amino tidak dapat mengkatalisa asam D-amino.

Kespesifikan optik dapat meluaskesuatu bagian molekul substrat atau ke substrat keseluruhanya. Glikosidase merupakan contoh dari dua hal yang ekstrim ini. Enzim-enzim ini yang mengkatalisis hidrolisis ikatan gliosida antara gula dan alkohol, sangat spesifikuntuk bagian gula dan untuk ikatan (alfa atau beta), tetapi relatif nonspesifik untuk bagian alkohol atau glikogen.

2. Kespesifikan Gugus

Suatu enzim hanya dapat bekerja terhadap gugus yang khas, misalnya glikosidase terhadap gugus alkohol, pepsin dan tripsinterhadap ikatan peptida, sedangkan esterasa terhadap gugus alkohol, pepsin dan tripsin terhasap ikatan peptida, sedangkan esterase terhadap ikatan ester. Akan tetapi, dalam pembatasan ini sejumlah besar substrat dapat diolah, jadi, misalnya, pengurangan jumlah enzim pencernaan yang mungkin sebaliknya dibutuhkan.

Enzim-enzim tertentu menunjukan kespesifikan gugus yang lebih tinggi. Kamotripsin, terutama menghidrolisa ikatan peptida dimana gugus karboksilnya berasal dari asam-asam amino fenilalanin, tirosin atau triptofan. Karboksipeptidase dan amino peptidase memecahkan asam amino masing-masing dari ujung karboksil atau amino rantai polipeptida.

III. FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KECEPATAN REAKSI ENZIM

Perubahan suhu dan pH mempunyai pengaruh besar terhadap kerja enzim. Kecepatan reaksi enzim juga dipengaruhi oleh konsentrasi enzim dan konsentrasi substrat. Pengruh aktivator, inhibitor, koenzim dan konsentrasi elektrolit dalam beberapa keadaan juga merupakan faktor-faktor yang penting. Hasil rekasi enzim juga dapat menghambat kecepatan reaksi.

1. PENGARUH SUHU.

Suhu rendah yang memdekati titik beku biasanya tidak merusak enzim. Pada suhu dimana enzim masih aktif, kenaikan suhu sebanyak 10O_{C, menyebabkan}

keaktifan menjadi 2 kali lebih besar (Q10 = 2). Pada suhu optimum reaksi

berlangsung paling cepat. Bila suhu dinaikan terus, maka jumlah enzim yang aktif akan berkurang karena mengalami denaturasi. Enzim didalam tubuh manusia memiliki suhu optimum sekitar 37o_{C. Enzim organismemikro yang hidup dalam}

lingkungan dengan suhu tinggi mempunyai suhu optimum yang tinggi.

Sebagian besar enzim menjadi tidak aktif pada pemanasan sampai + 60o_C.

Ini disebabkan karena proses denaturasi enzim. Dalam beberapa keadaan, jika pemanaasan dihentikan dan enzim didinginkan kembali aktivitasnya akan pulih. Hal ini disebabkan oleh karena proses denaturasi masih reversible. pH dan zat-zat pelindung dapat mempengaruhi denaturasi pada pemanasan ini.

Hubungan antara aktivitas enzim dan suhu dapat dilihat pada Gambar berikut.

% maksimum

aktivitas enzim

Suhu Optimum

100

0

0

70

Suhu

Gambar.1. Pengaruh suhu terhadap kecepatan reaksi

enzim

2. PENGARUH pH

Bila aktivitas enzim diukur pada pH yang berlainan, maka sebagian besar enzim didalam tubuh akan menunjukan aktivitas optimum antara pH 5,0 - 9,0, kecuali beberapa enzim misalnya pepsin(pH optimum = 2). Ini disesbabkan oleh : 1. Pada pH rendah atau tingi, enzim akan mengalami denaturasi.

2. Pada pH rendah atau tinggi, enzim maupun substrat dapat mengalami perubahan muatan listrik dengan akibat perubahan aktivitas enzim.

Misalnya suatu reaksi enzim dapat berjalan bila enzim tadi bermuatan negatif (Enz-_{) dan substratnya bermuatan positif (SH}+_{) :}

Enz- _{+ SH}+ _EnzSH

Pada pH rendah Enz- _{akan bereaksi dengan H}+ _{menjadi enzim yang tidak bermuatan.}

Enz- _{+ H}+ _Enz-H

Demikian pula pada pH tinggi, SH+ _{yang dapat bereaksi dengan Enz}-_{, maka pada pH}

yang extrem rendah atau tiggikonsentrasi efektif SH+ _{dan enz akan berkurang,}

100

0

%

SH

+

Enz

-rendah

pH

tinggi

Gambar.2. Pengaruh pH terhadap kecepatan reaksi enzim

3. PENGARUH KONSENTRASI ENZIM

Kecepatan rekasi enzim (v) berbanding lurus dengan konsentrasi enzim (Enz). Makin besar jumlah enzim makin cepat reaksinya. Lihat pada gambar.

Dalam reaksinya Enz akan mengadakan ikatan dengan substrat S dan membentuk kompleks enzim-substrat, Enzs. EnzS ini akan dipecah menjadi hasil reaksi P dan enzim bebas Enz.

Enz + S EnzS Enz + P Enz + S Enz + P

Makin banyak Enz terbentuk, makin cepat reaksi ini berlangsung. Ini terjadi sampai batas tertentu.

v

(Enz)

O

Gambar.3. Pengaruh (Enz) terhadap kecepatan reaksi

4. PENGARUH KONSENTRASI SUBSTRT

Bila konsentrasi substrat (S) bertambah, sedangkan keadaan lainya tetap sama, kecepatan reaksi juga akan meningkat sampai suatu batas maksimum V. Pada titik maksimum ini enzim telah jenuh dengan subtrat. Seperti pada gambar.

Pada titik-titik A dan B belum semua enzim bereaksi dengan subtrat, maka pada A dan B penambahan subtrat S akan menyebabkan jumlah EnzS bertambah dan kecepatan reaksi v akan bertambah, sesuai dengan penambahan S.

Pada titik C semua enzim telah bereaksi denagn subtrat, sehingga penambahan S tidak akan menambah kecepatan reaksi, karena tidak ada lagi enzim bebas.

Pada titik B kecepatan reaksi tepat setengah kecepatan maksimum. Konsentrasi subtrat yang menghasilkan setengah kecepatan maksimum dinamakan harga Km atau konstanta Michaelis.

C

v

v

A

[S]

V/2

V/2

B

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

5. PENGARUH FAKTOR-FAKTOR LAIN

Enzim dapat dirusak dengan pengocokan, penyinaran ultraviolet dan sinar-x, sinar-β dan sinar-γ. Untuk sebagian ini disebabkan karena oxidasi oleh peroxida yang dibentuk pada penyinaran tersebut. Kerja enzim juga dipengaruhi oleh adanya inhibitor seperti obata-obatan dan sebagainya

IV. KLASIFIKASI DAN TATA NAMA ENZIM

Fungsi klasifikasi adalah untuk menekan hubungan dan persamaan dengan cara yang tepat dan singkat. Usaha semula untuk menciptakan suatu sistem tata nama enzim-enzim menghasilkan susunan yang membingungkan dari nama-nama yang tidak pasti artinya dan umumnya tidak mempunyai keterangan apa-apa seperti emulsin, peptin dan zimase. enzim selanjutnya diberi nama subtratnyan dengan menambah akhiran “ase”. Jadi enzim-enzim yang memecahkan pati (amilon) disebut amilase; yang memecahkan lemak (lipos), lipase; dan yang bekerja pada protein, protease. Golongan enzim-enzim diberi nama oksidase, glikodase, dehidrogenase, dekarboksilase, dan sebagainya.

Gambaran utama sistem IUB (Internasional Union of Biochemistry) untuk klasifikasi enzim sebagai berikut :

A. Reaksi-reaksi (dan enzim-enzim yang mengkatalisisnya) dibagi dalam 6 kelas utama, masing-masing kelas dengan 4-13 sub-kelas. 6 kelas utama itu tersusun

dibawah ini dengan beberapa contoh sub-kelas yang penting. Nama yang terdapat dalam kurungan adalah nama biasa yang lebih dikenal.

B. Nama enzim mempunya 2 bagian. Yang pertama adalah nama substrat atau substrat-subtrat. Yang kedua, diakhiri dengan “ase”, menunjukan jenis reaksi yang dikatalisis. Akiran “ase” tidak lagi tercantum langsung pada nama substrat. C. Keterangan tambahan, bila diperlukan untuk menjelaskan sifat reaksi, dapat

didikuti kata atau kalimat yang diberi tanda kurung. Misalnya, enzim yang mengkatalisis reaksi L-malat+ _NAD+ _{+ piruvat + CO}

2 + NADH + H = dikenal

sebagai enzim malat, dinamakan 1.1.137 L-malat: NAD oksidoreduktase (dekarboksilase).

D. Masing-masing enzim mempunyai nomer kade sistemik (E.C.). Nomer ini menunjukan jenis reaksi sebagai kelas (digit pertama), sub-kelas(digit kedua), dan sub-kelas (digit ketiga). Digit keempat adalah untuk nama enzim tertentu. Jadi, E.C. 2.7.1.1. menyatakan kelas 2 (transferase), subkelas 7 (pemindahan fosfat), sub-kelas 1 (suatu alkohol berfungsi sebagai akseptor fosfat). Digit yang terakhir menyatakan enzim, heksokinase, atau ATP : D-heksosa-6-fosfotransferase, suatu enzim yang mengkatalis pemindahan fosfat dari ATP kegugus hidroksil pada karbon 6 glikosa.

6 kelas utama enzim dengan beberapa contohnya diberikan dibawah ini :

1. Oksidoreduktase

Enzim-enzim yang mengkatalisis oksidoreduksi antara 2 substrat s dan S’ Sred + S’oks + S’red

Kelas yang besar dan penting ini meliputi enzim-enzim yang juga dikenal sebagai dehidrogenase atau sebagai oksidase. Yang termasuk adalah enzim-enzim yang mengkatalisis oksidoreduksi dari gugus CH-OH, CH_CH, C=O, CH-NH2, dan CH=NH.

Diantara subkelas yang mewakilinya adalah

1.1 Enzim yang bekerja pada gugus Ch-OH sebagai donor elektron. Misalnya :

1.1.1.1 Alkohol : NAD oksidoreduktase [ alkohol dehidrogenase ] Alkohol + NAD+ _{= aldehid atau keton + NADH + H}+

1.4 Enzim yang bekerja pada gugus CH-NH2 sebagai elektron.

Misalnya:

1.4.1.3 L-Glutamat : NAD (P) oksidoreduktase (deaminasi) [glutamat dehidrogenase dari hati binatang]. NAD (P) berarti bahwa baik NAD

maupuncNADP bekerja sebagai akseptor elektron.

L-Glutamat + H2O + NAD(P) = alfa-ketoglutarat + NH4+ + NAD(P)H + H+

1.9 Enzim yang bekerja pada gugus hem dari donor elektron. Misalnya :

1.9.3.1. Sitokrom c : O2 oksidoreduktase [sitokrom oksedase].

4 sitokrom c reduksi + O2 + 4 H+ = 4 sitokrom c teroksidasi + 2 H2O.

1.11 Enzim yang bekerja pada H2O2 sebagai asektor elektron. Misalnya :

1.11.1.6 H2O2 oksidoreduktase [katalase].

H2O2 + H2O2 = O2 + 2H2 O.

2. Transferase.

Enzim-enzim yang mengkatalisis pemindahan suatu gugus, G (lain dari hidrogen), antara sepasang substrat S dan S’.

S-G + S’ = S’-G + S

Dalam kelas ini termasuk enzim-enzim yang mengkatalisis pemindahan gugus satu karbon, residu aldehida atauketon, dan gugus yang mengandung asil, alkil, glikosil, fosfor atau sulfur. Beberapa subkelas penting adalah :

2.3 Asiltransferase. Misalnya :

2.3.1.6 Asetil-KoA : kolin O-aseetiltransferase [ kolin asiltrasferase]. Asetil-KoA + kolin = KoA + asetilkolin.

2.4 Glikosiltransferase. Misalnya :

2.4.1.1 alfa-1,4-glukan : ortofosfat glikosil transferace [fosforilase]

(a;fa-1,4,-glukan)n + ortofosfat = (alfa-1,4 glikosil)n-1 +

alfa-D-glukosa-1-fosfat.

2.7 Enzim-enzim yang mengkatalisis pemindahan gugus yang mengandung fosfat. Misalnya :

2.7.1.1 ATP : D-heksosa-6fosfotransferase [heksokinase] ATP + D-heksosa = ADP + D-heksosa-6fosfat.

3. Hidrolase

Enzim-enzim yang mengkatalisi hidrolisis ikatan-ikatn ester, eter, peptida, glikosil, anhidrida asam, C-C, C-halida, atau P-N. Misalnya :

3.1 Enzim-enzim yang bekerja pada ikatan ester. Misalnya : 3.1.1.8 Asilkolin asil-hidrolase [pseudokolinesterase].

Asilkolin + H2O = kolin + Asam.

3.2 Enzim-enzim yang bekerja pada senyawa glikosil. Misalnya : 3.2.1.23 beta-D-galaktosida galaktohidrolase [beta-galaktosida]

beta-galaktosida + H2O = alkohol + D-Galaktosa.

3.4 Enzim-enzim yang bekerja pada ikatan peptida.

Nama-nama klasik (pepsin, plasmin, rennin, kimotripsin) masih banyak dipakai karena over lapping dan kespesifikan yang tidak menentu yang membuat tata-nama menurut sistem tidak praktis pada dewasa ini.

4. liase.

Enzim-enzim yang mengkatalisis pembuangan gugus dari substrat dengan mekanisme yang lain dari pada hidrolisis, dan meninggalkan ikatan rangkap.

X Y

C-C = X-Y + C=C

Yang termasuk golongan ini adalah enzim yang bekerja pada ikatan C-C, C-O, C-N, C-S, dan C-halida. Yang termasuk subkelasnya adalah :

4.1.2 Aldehida-liase. Misalnya :

4.1.2.7 Ketosa-1-fosfat = dehidroksoaseton fosfat + aldehida. 4.2 Karboks-oksigen liase. Misalnya :

4.2.1.2 l-malat hidro-liase /fumarase/ L-malt = fumarat + H2O

5. Isomerase

Yang termasuk kelas ini adalah semua enzim yang mengkatalisis interkonversi isomer-isomer optik, geometrik, atau posisi. Beberapa subkelasnya adalah :

5.1 Rasemase dan epimerase. Misalnya : 5.1.1.1 Alanin rasemase

L-alanin + D-alanin

5.2 Sis-trans isomerrase. Misalnya :

5.2.1.3 Semua trans-retinen 11-sistrans isomerase [retinen isomerase]. Semuatrans-retinen = 11-sis-retinen.

5.3 Enzim-enzim yang mengkatalisis interkonversi aldosa dan ketosa. Misalnya:

5.3.1.1 D-gliseraldehida-3-fosfat ketol-isomerase [triosafosfat isomerase]. D-Gliseraaldehida-3-fosfat = dihidroksiaseton fosfat

6. Ligase (ligare = mengikat)

Enzim yang mengkatalisis penggabungan 2 senyawa diikuti oleh pemecahan ikatan pirofosfat pada ATP atau senyawa yang sejenis. Yang termasuk golongan ini adalah enzim-enzim yang mengkatalisis reaksi pembentukan ikatan C-O, C-S, C-N, dan C-C. Subkelasnya diwakili oleh :

6.2 Enzim-enzim yang mengkatalisi pembentukan ikatan G-S. Misalnya : 6.2.1.4 Suksinat : KoA ligase (GDP) [suksinat tiokinase]

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

6.3 Enzim-enzim yang mengkatalisis pembentukan ikatan C-N. Misalnya : 6.3.1.2 L-Glutamat : Amonia ligase (ADP) [Glutamin sintetase].

ATP + L-Glutamat + NH4 = ADP + oriofosfat + L-Glutamin

6.4 Enzim-enzim yang mengkatalisis pembentukan ikatan C-C. Misalnya : 6.4.1.2 Asetil-KoA : CO2 ligase (ADP) [asetil-KoA karboksilase].

ATP + asetil-KoA + CO2 = ADP + Pi + malonil- KoA

V. KOENZIM

Banyak enzim hanya dapat bekerja (enzim mengkatalis reaksi-reaksi subtratnya) jika terdapat suatu molekul organok nonprotein yang spesifik. Molekul organik itu disebut koenzim. Hanya bila enzimdan koenzim keduanya terdapat akan terjadi katalisis. Sistem komplit enzim dan koenzim disebut holoenzim, sedangkan bagian protein sistem tersebut dinamakan apoenzim. Jadi :

apoenzim + koenzim + holoenzim

Jenis reaksi yang sering memerlukan partisipasi koenzim adalah oksidoreduksi, reaksi-reaksi pemindahan gugus dan somerasi, dan yang menghasilkan pembentukan ikatan kovalen (kelas1, 2, 5, dan 6) sebaliknya, reaksi lisis, termasuk reaksi hidrolisis seperti yang dikatalis oleh enzim-enzim saluran pencernaan, tidak memerlukan koenzim (kelas 3 dan 4)

Seringkali vitamin golongan B-kompleks merupakan bagian struktur koenzim. Misalnya untuk metabolisme asam-asam amino diperlukan vitamin B6. Untuk oksidasi

biologi diperlukan nikotinamida, tianin, riboflavin, asam pantotenat dan

asam lipoat. Untuk metabolisme zat dengan satu atom C (C-1 unit) diperlukan asam folat dan vitamin B12.

VI. MEKANISME KERJA ENZIM Prinsip umum

Pembicaraan tentang mekanisme yang digunakan untuk mempercepat kecepatan reaksi melalui 3 contoh yang akan diberikan : katalis asam dan basa pada umumnya, katalis oleh ion-ion logam, dan katalis oleh enzim yang mengandung piridoksal fosfat.

Katalisis asam-basa umum

Reaksi yang kecepatanya berubah-ubah akibat perubahan konsentrasi ion hidrogen atau konsentrasi ion hidronium dalam larutan, tetapi tidak tergantung pada konsentrasi asam atau basa lainya yang terdapat dalam larutan, dikatakan dapat mengalami katalisis asam spesifik atau katalisis basa spesifik. Reaksi yang kecepatanya tergantung pada semua asam dan basa yang terdapat dalam larutan dikatakan dapat menglami katalisis asam umum (general acid) atau katalisis basa umum (general base). Mutarotasi glukosa adalah salah satu rekasi yang tunduk pada katalisis asam-basa umum.

Peranan ion logam

Ion logam melaksanakan peranan katalisi dan struktural yang penting pada protein. Sebenarnya, lebih dari seperempat dari semua enzim yang dikenal mengandung ion logam yang berikatan erat atau memerlukan ion logam untuk beraktivitasnya. Fungsi ion logam ini diselidiki dengan cara fisika, lebih-lebihdengan kristalografi sinar-X, nuclearmagnetic (ESR). Keterangan ini digabungkan dengan pengetahuan pembentukan dan kerusakan kompleks logam dan reaksi dalam lingkaran koordinasi ion logam untuk memberi pengertian tentang peranan ion logam pada reksi yang dikatalisi oleh enzim.

A. Metaloenzim dan enzim yang diaktifkan logam

Lazim untuk membedakan antara metaloenzim dan enzim yang diaktifkan oleh logam. Metaloenzim adalah enzim yang mengandung sejumlah tertentu ion-logam yang berfungsi yang dipertahankan selama pemurnian. Enzim yang diaktifkan oleh logam tidak mengikat logam sekuat seperti pada metaloenzim tetapi meskipun demikian memerlukan tambahan logam untuk pengaktifanya. Akan tetapi, perbedaan inin, khususnya tidak membantu, karena dikenal banyak contoh klasifikasi yang letaknya pada batas perbedaan. Banyak enzim mempertahankan ion logam selama prosedur pemurnian normal tetapi kehilangan logamnya bila dimurniakn dengan adanya “chelating agent” (zat-zat pengikat). Aktivitas enzim kemudian hilang. Aktivitas ini diperbaiki hanya setelah penambahan ion logam. Perbedaan antara metaloenzim dan enzim yang diaktifkan logam, bila hars ditarik garis, jadi terletak pada afinitas enzim tertentu untuk ion logamnya. Dari aspek mekanisme dimana ion logamnya melakukan fungsinya, tampak bahwa keduanya sama pada metaloenzim dan enzim yang diaktifkan oleh logam.

B. Kompleks rangkap tiga enzim-logam-substrat

Untuk banyak “ternary” (3 komponen) kompleks yang dibentuk antara active site enzim (Enz), suatu ion logam (M), dan suatu substrat (S) yang menyesuaikan diri dengan stoikiometri sederhana 1:1:1,4 skema yang mungkin terbentuk adalah :

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 semua 4 skema adalah mungkin untuk enzim yang diaktifkan logam, metaloenzim tidak dapat membentuk kompleks jembatan substrat karena mereka mempertahankan logam selama pemurnian (yaitu, berada sebagai Enz-M)

Selain data pengikatan logam, teksik yang garis besarnya tergantung pada daftar 6-2 membantu memastikan skema mana yang beroperasi.

Daftar 2 mencatat beberapa enzim untuk mana skema koordinasi telah ditetapkan.

Dari ini dan muncul data lainya, muncul 2 kesimpulan :

1. Sebagian besar tetapi tidak semua kinase (ATP : fosfotransferase) membentuk kompeks jembatab substrat dari jenis enz-nukleotida-M.

2. Fosfotransferase yang memakai priruvat atau fosfoenolpiruvat sebagai substrat, enizm yang mengkatalisis rekasi lain dari fosfoennolpiruvat, dan karboksilase membentuk kompleks jembatan logam.

C. Kompleks 3 komponen (ternary compleks)

Daftar 6-3 mencatat 3 enzim sebagai pembentuk kompleks jembatan substrat dan kompleks jembatan enzim. Ini kaarena merka membentuk satu jenis kompleks jembatan dengan satu substrat dan jenis lain dengan yang lainya. Suatu teksik yang berguna untuk penyelidikan kompleks logam yang dibentuk oleh 2 substrat enzim adalah untuk membentuk ternary (3 komponen) kompleks “abortif” antara enzim, ion logam, salah satu substrat, dan salah satu produk.

Kompleks disebut abortif karena mereka tidak dapat menghasilkan suatu reaksi (produk adalah dimana substrat harusnya berada). Kestabilanya memudahkan penyelidikan. Data pengurangan proton menunjukan bahwa piruvat kinase dan kreatin kinase membentuk ternary kompleks abortif dari jenis yang diperhatikan dibawah ini.

Mn

Kreatin kinase

ADP-Mn

Kreatin

Piruvat kinase

A

Piruvat

Daftar 1. Teknik percobaan untuk menentukan pola koordinasi yang terdapat antara enzim, ion logam, dan substrat. (NMR, nuclear magnetic resonance; ESR, electron spin resonance.)

Pola Koordinasi

Teknik Percobaan Enz-S-M

Enz-M-S atau

M-Enz-S Pengaruh Ca2+ _Biasanya

mengaktifkan Biasanya menghambat Mengaktifkan atau menghambat ESR Substrat dengan

Enz-Mn Memperbesar relaksasi inti

substrat

Memperkecil relaksa inti substrat Spektrum Esr dari

Mn pada M-S dan pada komplek tersier

Spektrum

identik Spektrum berbeda Spektrum ESR dari

Fe atau Cu pada kompleks tersier

Pemisahan yang

sangat halus oleh inti magnet substrat Tidak ada pemisahan yang sangat halus

S

M

Enz

Daftar 2. Pola koordinasi kompleks terner enzim-logam substrat dari beberapa enzim.Enzim-enzim yang bertanda (+) membentuk pola koordinasi yang berbeda dengan tiap-tiap subtsratnya. Dalam hal ini, substrat yang bersangkutan disusun dalam kurung.

Jembatan Substrat (Enz-S-M)

Jembatan logam (Enz-M-S) atau Jembatan enzim (M-Enz-S) Kreatin kinase Adenilat kinase 3-Fosfogliserat kinase Heksokinase Tetrahidrofolat sintetase + UDPG-Piro- fosforilase (S=UTP) +Triptofan RNA sintetase (S=ATP) +Valin RNA (S=ATP) Piruvat kinase Pep Karboksilase Ribosa difosfat Karboksilase PEP karboksilase PEP sintase Enolase Fosfoglukomutase Pirofosfosfatase Anorganik Histidin deaminase D-Xilosa isomerase Aldolase Karboksipeptidase β-Metilaspartase DNA-polimerase Nuklease stafilokok Sitras liase Dopamin hidroksi Lasesilae Glutamin sitetase +UDPG pirofosforilase + Triptofan Rna sitetase (S=Ppi)

+Valin RNA sintetase (S=Ppi)

S

M

Enz

Perhatikan bahwa Mn membentuk suatu kompleks jembatan logam siklik dengan satu kinase (privat kinase) dan suatu kompleks jembatan substrat dengan yang lainya (kreatin kinase). Hasilnya, piruvat dan kreatin, membentuk suatu kompleks jembatan enzim dengan hbunganya dengan logam. Juga perhatikan

bahwa, bila ADP kompleks abortif diganti oleh ATP, suatu reaksi akan terjadi. Data jenis ini dipakai untuk memberi kesan sifat kompleks yang aktif, dan katalitik.

D. Komplekd-jembatan-enzim (M-Enz-S):

Secara perbandingan sedikit diketahui tentang peranan logam pada kompleks jembatan-enzim. Mereka diduga melakukan peranan struktural, mungkin mempertahankan konformasi aktif (misalnya, glutamin sintetase). Peranan ion logam tidak perlu dibatasi pada stabilisasi, karena logam dapat juga membentuk jembatan logam dengan substrat. Ini terjadi dengan piruvat kinase.

M

Piruvat kinase

ATP

Kreatin

Selain peranan strukturalnya, ion logam pada piruvat kinase tampak mengikat satu substrat (ATP) pada tempat dan mengaktifkannya.

E. Kompleks jembatan-substrat (Enz-S-M)

Pembentukan ternary kompleks jembatan substrat nukleosida trifosfat dengan enzim, logam, dan substrat nampaknya duhubungkan dengan penggantian air oleh ATP lingkaran koordinasi logam.

ATP4- _{+ M(H}

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

Substrat kemudian berikatan dengan enzim membentuk kompleks ternary : ATP + M(H2O)32+ + Enz Enz- ATP- M(H2O)32+

Sementara reaksi enzim pertama denagn ATP dan selanjutnya dengan logam dapat lebih cepat, ini tidak di[pikirkan dapat terjadi dalam keadaan fisiologis karena konsentrasi enzim intrasel umumnya jauh dibawah konsentrasi ATP atau ion logam.

Fungsi ion logam pada reaksi fosfotransferase pembentukan suatu kompleks lifosfat-adenin yang kaku dari konformasi yang sesuai dalam kompleks kwaterner yang aktif. F. Kompleks jembatan-logam :

S

M

Enz

Enz-M-S or

Kristalografi sinar-X dan data rangkaian peptida telah menetapkan bahwa residu histidil adalah yang mengatur pengikatan logam pada active site banyak protein (misalnya, karboksipeptidase A, sitokrom c, rubredoksin, metmioglobin, dan methemoglobin). Akan tetapi, sedikit diketahui mengenai mekanisme pembentukan kompleks binary (2 komponen) Enz-M, kecuali bahwa langkah pembatasan kecepatan (=rate limiting step0 pada banyak kasus adalah penyingkiran air dari lingkungan koordinasi ion logam. Untuk banyak peptidase pengaktifan oleh ion logam adalah proses yang lambata yang memerlukan beberapa jam uintuk

penyelesaianya. Karena Mn dapat bergerak dari satu residu asam amino ke residu asam amino lainya dalam mikrodetik, kecepatan pengikatan logam diperkirakan sangat cepat. Reaksi yang lambat mungkin adalah rangkaian penyusunan binary Enz-M ke konformasi yang aktif, yaitu: Pengikatan logam.

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

Penyusunan kembali menjadi konformasi aktif (Enz) :

cepat

S

M

Enz

Enz-M + S

Enz-M-S or

G. Peranan ion logam pada katalisis

Ion logam dapat berpartisipasi dalam salah satu dari 4 mekanisme yang dipakai enzim untuk mempercepat kecepatan reaksi kimia :

1. katalisis asam-asam umum, 2. katalisis kovalen,

3. Mendekatkan pereaksi, dan

4. Mengadakan tekanan pada enzim atau substrat.

Ion logam, seperti proton, adalah asam Lewis atau elektrotil dan oleh karena itu dapat menerima bagian alam pasangan elektron yang membentuk ikatan sigma. Ion logam juga dapat dianggap “super acids” karena mereka terdapat pada larutan yang netral, sering mempunyai muatan posotif yang lebih besar dari pada satu, dan dapat membentuk ikatan pi. Selain (dan tidak sperti proton) itu, logam dapat berperan sebagai cetakan 3-dimensi untuk orientasi dan ikatan gugus basa yang terdapat pada enzim atau substrat.

Ion logam juga dapat menerima elektron melalui ikatan sigma atau pi untuk mengaktifkan elektrofil atau nukleofil (katalis asam-basa umum). Denagan memberikan elektron, logam dapat mengaktifkan nukleofil atau berperan sebagai nukleofil itu sendiri. Lingkaran koordinasi logam dapat mempersatukan enzim dan substrat (pendekatan) atau membentuk distorasi yang menghasilakan chelate pada enzim atau substrat (tekanan0. suatu ion logam uga dapat “menyelubungi’ nukleofil dan karena itu mencegah reaksi sampingan yang sebaliknya mungkin timbul. Akhirnya, pengaturan stereokimia dicapai oleh kemampuan lingkaran koordinasi logam untuk beerperan sebagai cetakan 3-dimensi untuk mengikat gugus-gugus reaktif pada orientsi sterik yang sfesisik.

Daftar. Contoh-contoh peranan ion logam pada mekanisme kerja enzim

ENZIM Peranan kerja enzim

Histidin deaminase

Kinase, liase, piruvat dekarboksilase Anhidrase karbonat

Enzim kobamida

Piruvat karboksilase, Karboksi peptidase, alkohol dehidrogenase

Protein besi nonhem

Piruvat kinase, piruvat karboksilase Fosfotransferase, D-xilosa isomerase, hemoprotein.

Menutupi nukleofil Mengaktifkan elektrofil Mengaktifkan nukleofil

Logam berperan sebagai nukleofil Menarik elektron π

Donor elektron π

Ion logam berkumpul dan mencari ikatan

Pengaruh tekanan VII. Rangkuman

Enzim merupakan katalisator protein yang mengatur kecepatan berlangsungnya berbagai proses fisiologis. Sebagai katalisator, enzim ikut serta dalam reaksi dan kembali ke keadaan semula bila reeaksi telah selesai.

Enzim bekerja mengkatalisis reaksi yang spesifik yaitu suatu enzim hanya dapat mengatalisa beberapa reaksi, malahan seringkali hanya satu reaksi saja. Ini merupakan salah satu sifat penting enzim. Kespesifikan enzim dapat dibedakan dalam kespesifikan Optik dan kespesifikan Gugus.

Temperatur, pH, konsentrasi substrat, konsentrasi enzim, inhibitor mengubah kecepatan reaksi yang dikatalisis enzim dengan implikasi yang penting bagi kesehatan dan penyakit.

Fungsi klasifikasi enzim adalah untuk menekan hubungan dan persamaan dengan cara yang tepat dan singkat. Sistem IUB (Internasional Union of Biochemistry) untuk klasifikasi enzim menggolongkan enzim dalam enam kelas utama yaitu kelas Oksidoreduktase, Transferase, Hidrolase, Liase, Isomerase, Ligase yang masing-masing kelas mempunyai 4 hingga 13 subkelas.

Banyak enzim memerlukan molekul koenzim untuk dapat berfungsi sebagai katalisator. Enzim kelas 1,2,5,6 sistem IUB memerlkan molekul koenzim yang umumnya merupakan derivat vitamin B dan juga derivat nukleotida AMP.

Mekanisme kerja enzim digunakan untuk mempercepat kecepatan reaksi melalui 3 contoh yang akan diberikan : katalis asam dan basa pada umumnya, katalis oleh ion-ion logam, dan katalis oleh enzim yang mengandung piridoksal fosfat

DAFTAR KEPUSTAKAAN

- Champe P C PhD , Harvey R A PhD. Lippincott’s Illustrated Reviews: Biochemistry 2nd _{.1994 : 47-60}

- Lehninger A, Nelson D , Cox M M .Principles of Biochemistry 2nd _{1993 :}

198-236

- Murray R K, et al. Harper’s Biochemistry 25th _{ed. Appleton & Lange. America}

2000 : 67-113

- Stryer L .1995. Biochemistry 4th _{: 181-237}

- Penuntun Praktikum Biokimia 1976. Edisi 4. Biokimia FK-UI. Jakarta ;. 98-112

- BIOKIMIA” Eksperimen Laboratorium”. Penerbit Widya Medika. 2000. Bagian Biokimia FK-UI. Jakarta; 50-65.