ENZIM DAN BIOENERGITIKA. Oleh: Mohammad Hanafi Dan Trimartini FK UNAIR

ENZIM DAN BIOENERGITIKA

Oleh:

Mohammad Hanafi

Dan

Trimartini

FK UNAIR

PENDAHULUAN

• METABOLISME :

– KATABOLISME

MOLEKUL YG LEBIH BESAR Æ MOLEKUL YG LEBIH KECIL GLUKOSA Æ CO₂ + H₂O + ENERGI

– ANABOLISME = SINTESIS

MOLEKUL YG LEBIH KECIL Æ MOLEKUL YG LEBIH BESAR GLUKOSA Æ GLIKOGEN MAKANAN DICERNA dalam saluran pencernaan DIMETABOLISME dalam sel ENZIM

SEL JARINGAN ORGANISME tersusun dari molekul2

inti

Organisme sel molekul

enzim sitosol Golgi app. lisosom mitochondrion cytoskeleton ribosom Endoplasmik retikulum

• I. BIOKIMIA

SUSUNAN KIMIAWI

PROSES

2

_KIMIA

• ENZIM :

PROTEIN Æ BIOKATALISATOR

• ALUR METABOLIK

• A= substrat awal • P= produk akhir

• B,C,D,E,F,G= senyawa2 _{antara (intermediates)}

• E₁ searah

DALAM ORGANISME

virus, bakteri, tumbuhan, hewan, manusia

E. regulator

• LETAK ENZIM DALAM SEL

– BERKAITAN DGN FUNGSI ORGANEL Ybs. – E. MITOKONDRIAL Æ REAKSI PENGADAAN

ENERGI

Reaksi oksidasi Æ Energi

Rantai respirasi Æ dalam mitokondria

– E. RIBOSOMAL Æ SINTESIS PROTEIN

• KATALISATOR

Æ

mempercepat reaksi

– IKUT SERTA DALAM REAKSI KIMIA &

MEMPERCEPAT REAKSI KIMIA, TETAPI PD.

AKHIR REAKSI AKAN DIDAPAT KEMBALI SEPERTI SEMULA

– DIBUTUHKAN DLM. JUMLAH KECIL

+

CELAH AKTIF

•

KATALISATOR

INORGANIK

1. H

+

_{, OH}

-

_{, Pt}

2. E. aktivasi

↓

3.

4.

-ENZIM

1. PROTEIN

Æ

biokatalisator

2. E aktivasi

↓↓

3. BEREAKSI

SPESIFIK

4. TIDAK TAHAN

PANAS

Ea Ea' Ea'' Perjalanan reaksi E. level G E. bebas = kead. transisi tanpa katalisator dgn katalisator inorg dgn enzim ΔG = Perubahan E. bebas kead. awal kead. akhir

keadaan awal

Æ

pd suhu tertentu

Reaksi kimia : A

Æ

P

Lab kimia : dipanasi

di + katalisator

Sistem biologis :

- suhu konstan

- + Enzim

A+B

C+D

Δ

G = 0

→

seimbang

Δ

G < 0

→

Rx ke kanan bersifat eksergonik

•

Ea = ENERGI AKTIVASI

Æ

JUMLAH ENERGI YG DIPERLUKAN

UNTUK MEMBAWA SEMUA MOLEKUL

DLM. 1 MOLE SUATU BAHAN PD. SUATU

SUHU TERTENTU DR. KEADAAN AWAL

MENUJU KEADAAN TRANSISI

Æ

MENGATASI HAMBATAN ENERGI

•

ΔG : PERUBAHAN ENERGI BEBAS

10

ENZIM BEREAKSI SPESIFIK

artinya :

SUATU ENZIM HANYA DAPAT

BEREAKSI DGN. SUATU SUBSTRAT

TERTENTU atau PD. SEJUMLAH KECIL

SENYAWA SEJENIS

CONTOH :

LAKTOSA

Æ

GLUKOSA +

GALAKTOSA

Laktase

Heksokinase : - GLUKOSA

- HEKSOSA LAIN: FRUKTOSA

DAYA IKAT (AFINITASNYA) BEDA

• KEKHUSUSAN ENZIM

– K. ABSOLUT

– K. RELATIF

– K. OPTIK Æ MALTASE Æ α

– K. GUGUS Æ ALKOHOL DEHIDROGENASE

• DIPENGARUHI OLEH:

– IKATAN E-S

– SIFAT GUGUS KATALITIK

– KOFAKTOR

•

• E / K TIDAK BERHUBUNGAN SECARA

E active site S

3C

3B

3A

2C

2B

2A

C

B

A

3x 2x x

⎯→

⎯

+

+

⎯

⎯→

⎯→

⎯

+

KLASIFIKASI & TATANAMA ENZIM

• NAMA ENZIM

– DULU Æ SEDERHANA Mis: EMULSIN, PTYALIN – ‘S’ + ASE

Mis: UREASE, LIPASE JENIS REAKSI + ASE

Mis: TRANSFERASE, DEHIDROGENASE ‘S’ + JENIS REAKSI + ASE

Mis: MALAT DEHIDROGENASE ‘S’ Jenis reaksi – TATANAMA ENZIM IUBMB:

1. REAKSI & ENZIMNYA DIBAGI DALAM 6 KELAS UTAMA 2. NAMA ENZIM T.D. 2 BAGIAN:

Bgn. 1 Æ NAMA SUBSTRAT Bgn. 2 Æ JENIS REAKSI + ASE

KLASIFIKASI & TATANAMA ENZIM (lanjutan)

Mis:

1.1.1.1 Alkohol : NAD Oksidoreduktase = alkohol dehidrogenase

3. INFORMASI TAMBAHAN DALAM ( )

Mis:

Æ 1.1.1.37 L-MALAT : NAD OKSIDOREDUKTASE (decarboxylating)

L-MALAT + NAD+ _{Æ PIRUVAT + CO}

2 + NADH + H+

Æ 1.1.1.37 L-MALAT : NAD OKSIDOREDUKTASE

NOMOR KODE SISTEMATIK

Mis :

EC.2.7.1.1

α

-D-GLUKOSA

Æ

α

-D-GLUKOSA 6-P

Glukokinase/Heksokinase

Transferase Transfer fosfat

Akseptor gugus alkohol

Enzim yg dimaksud Heksokinase

KELAS-KELAS ENZIM MENURUT IUBMB, ADA 6 KELAS (GOLONGAN) UTAMA:

1. OKSIDOREDUKTASE :

Æ MENGKATALISIS REAKSI OKSIDASI – REDUKSI.

P.U. : ENZIM2 _{PD. PROSES OKSIDASI BIOLOGIS}

Laktat dehidrogenase

PIRUVAT + NADH + H+ _{Æ LAKTAT + NAD}+

2. TRANSFERASE :

Æ MENGKATALISIS TRANSFER/PEMINDAHAN GUGUS

FUNGSIONAL (BUKAN HIDROGEN) ANTARA SEPASANG SUBSTRAT

S–G + S’ Æ S’–G + S

α-D-GLUKOSA+ATP Æ α-DGLUKOSA-6-P +ADP

3. HIDROLASE :

MENGKATALISIS PEMBELAHAN HIDROLITIK

Contoh : Enzim

- Amilase

- Lipase

- Karboksi peptidase A

β-D-GALAKTOSIDA + H2O Æ

4.

LIASE (LYASE) :

Æ MENGKATALISIS REAKSI PEMBENTUKAN ATAU

PEMECAHAN IKATAN RANGKAP DUA, ATAU PEMBELAHAN LAIN YG. MENYANGKUT

PENYUSUNAN KEMBALI ELEKTRON Contoh :

∼ ALDOLASE : KETOSA-I-P Æ ALDOSA + DIHIDROKSI ASETON-P ∼ FUMARASE : HO – CH – COOH H – C – COOH | = || + H₂O CH₂ – COOH HOOC – C – H MALAT FUMARAT ∼ PIRUVAT DEKARBOKSILASE : O O || || – _{OOC – C – CH} 3 + H+ CO2 + H – C – CH3

5. ISOMERASE :

Æ MENGKATALISIS PENYUSUNAN KEMBALI

INTRAMOLEKULER

All Trans – retinin 11 – cis – retinin

6. LIGASE :

Æ MENGGABUNGKAN 2 MOLEKUL, DISERTAI

PEMUTUSAN IKATAN PIROFOSFAT PD. ATP ATAU SENYAWA SEJENIS Mis : ~ PIRUVAT KARBOKSILASE : O O || || –_{OOC – C – CH} 3 + CO2 –OOC – C – CH2 – COO– ATP _ADP+Pi OKSALOASETAT

LIGAND

Æ

MOLEKUL KECIL YG BISA TERIKAT

PADA MOLEKUL BESAR

S=SUBSTRAT I=INHIBITOR A=AKTIVATOR E=ENZIM S I LIGAND A E A E E S

STRUKTUR PROTEIN

H O H O H O H | || | || | || | +_H 3N – C – C – N – C – C – N – C – C – – – N – C – C | | | | | | | R₁ H R₂ H R₃ H R IKATAN PEPTIDA || O | O– ujung karboksil bebas ujung amino bebas H | R – C – COOH | NH₂ asam amino »

• ASAM AMINO DALAM LARUTAN SELALU BERMUATAN • ∴ PROTEIN JUGA SELALU BERMUATAN

»

aa₁ aa₂ aa3 aa4 aa5 aa6

COO– +_H

STRUKTUR PRIMER PROTEIN :

• URUTAN ASAM AMINO PD. RANTAI PEPTIDA DR. UJUNG AMINO BEBAS SAMPAI UJUNG KARBOKSIL BEBAS

(awal) (akhir)

URUTAN a.a JUMLAH a.a

letak ujung NH₃+

letak ujung –COOH–

letak suatu a.a

PD. TIAP JENIS RANTAI PROTEIN TIDAK SAMA (BERBEDA)

H | R – C – COOH | NH₃+ H | R – C – COO– | NH₃+ +H+ H | R – C – COO– | NH₂ +OH–

STRUKTUR SEKUNDER :

H H O | | || – N – C – C – | CH₂ | S | S | CH₂ | – N – C – C – | | || H H O ikatan disulfida R | C – C – N – || | | O H H : : : : : : : : H H O | | || – N – C – C | R ikatan Hidrogen

* Lain2 _{: * LIPIT β = β - PLEATED}

* KUMPARAN ACAK = RANDOM COIL

Cys _Cys

STRUKTUR TERSIER :

E

celah aktif

Dari satu untai rantai polipeptida monomer

- Contoh : MIOGLOBIN (MYOGLOBINE) Æ MONOMER

- Struktur Tersier :

- IKATAN HIDROGEN

STRUKTUR KUARTERNER :

•

Æ

MONOMER PROTOMER • Æ DIMER • Æ TETRAMER • OLIGOMER POLIMER subunit subunit TERMASUK STRUKTUR KUARTERNER

T.D. SATU UNTAI RANTAI POLIPEPTIDA HANYA SAMPAI STRUKTUR TERSIER

STRUKTUR KUARTERNER :

• SATU MOLEKUL T.D. > 1 RANTAI PEPTIDA • T.D. 2 SUBUNIT ATAU LEBIH

Æ 1 SUBUNIT ~ 1 RANTAI PEPTIDA • DIIKAT OLEH :

– IKATAN HIDROGEN

– IKATAN ELEKTROSTATIK • KEGUNAAN :

– SUPAYA MOLEKULNYA LEBIH STABIL – UNTUK MENDAPAT FUNGSI TERTENTU ENZIM

IKATAN2 _YG

LEMAH

RANTAI POLIPEPTIDA

Æ

ADA YG SAMA SEMUA, ADA YG. BEDA

Hb :

α

₂

β

₂

LDH

:

M

₄

H

₄

M

₃

H

M

₂

H

₂ ISOZIM MENGKATALISIS REAKSI YG SAMA gen rantai α ≠ β

~ ~ PH↑↑/PH↓↓, t°↑ Æ DENATURASI : DIMER : TETRAMER OLIGOMER POLIMER ~ T.D. BANYAK SUBUNIT

(BANYAK RANTAI POLIPEPTIDA)

4 RANTAI POLIPEPTIDA 4 SUBUNIT

STRUKTUR PROTEIN RUSAK, TP. TIDAK SAMPAI MERUSAK STRUKTUR PRIMER

~ IKATAN PEPTIDA IKATAN DISULFIDA

~ PROTEIN :

- ENZIM → FUNGSIONAL

IKATAN YG. KUAT, TIDAK RUSAK

CARA KERJA ENZIM

S

E

+

celah aktif = celah katalitik = celah pengikat substrat

Kompleks E - S

+

P E ~ E : ENZIM S : SUBSTRAT P : PRODUK

~ UKURAN MOLEKUL E : BESAR

UKURAN MOLEKUL S : KECIL

~ DALAM SISTEM BIOLOGIS :

KEKHUSUSAN ENZIM

• BILA ADA KESESUAIAN ANTARA

CELAH AKTIF DGN. SUBSTRAT PD.

STRUKTUR 3 DIMENSINYA

MAUPUN GUGUS REAKTIF YG.

DIMILIKI KEDUANYA.

~ GUGUS REAKTIF ASAM AMINO Æ GUGUS YG. PUNYA POTENSI UNTUK

BEREAKSI, TDP. PD. RANTAI ‘R’.

~

• GUGUS REAKTIF YG. BERPERAN LANGSUNG PD. PROSES KATALISIS ADALAH GUGUS REAKTIF PD. CELAH AKTIF

S E H R – C – COO– | NH₃+ SH | CH₂ | H₃+_{N – C – COO}– | H R Cysteine (Cys) C SISTEIN OH | CH₂ | H₃+_{N – C – COO}– | H R Serin (Ser) S

CELAH AKTIF (ACTIVE SITE)

• CELAH AKTIF TERBENTUK O. K. ADANYA STRUKTUR TERSIER

• PD. CELAH AKTIF DIDAPATKAN GUGUS2 _{REAKTIF DARI ASAM}2 _AMINO

YG. AKAN MELAKUKAN REAKSI KATALITIK.

ASAM2 _{AMINO TSB. MUNGKIN BERJAUHAN DLM. STRUKTUR}

PRIMERNYA, TTP. BERDEKATAN DLM. STRUKTUR TERSIERNYA. • GUGUS2 _{REAKTIF DI CELAH AKTIF :}

– GUGUS2 _{PENGIKAT S}

– GUGUS2 _KATALITIK

• CELAH KATALITIK

MEKANISME KATALISIS ENZIM

→ ACTIVE SITE (BENTUK CELAH) = CATALYTIC SITE

= SUBSTRATE BINDING SITE

↓ GUGUS2 _{PENGIKAT ‘S’} GUGUS2 _KATALITIK S MOLEKUL KECIL + MOLEKUL BESAR Kompleks ES E + P

ƒ TEORI KUNCI & ANAK KUNCI Æ FISHER

ƒ TEORI KESESUAIAN IMBAS (KOSHLAND INDUCE FIT THEORY)

PENGIKATAN S PERUBAHAN KONFIRMASI_{(SUSUNAN ATOM DLM RUANG)}

• BENTUK BERPASANGAN TERJADI SETELAH E MENGIKAT S

KOFAKTOR

• ENZIM :

– SEDERHANA Æ PROTEIN SAJA

– YG. LEBIH KOMPLEKS Æ PROTEIN + KOFAKTOR • KOFAKTOR :

– LOGAM

– SENYAWA ORGANIK NON PROTEIN YG. SPESIFIK (KOENZIM)

• IKATAN ENZIM – KOFAKTOR : – ADA YG. KUAT (KOVALEN) – ADA YG. LEMAH

• ENZIM YG. PERLU KOFAKTOR HARUS MENGIKAT KOFAKTORNYA TERLEBIH DAHULU SEBELUM

MELAKUKAN PROSES KATALISIS.

KOFAKTOR LOGAM

• ~ IKATAN KUAT / KOVALEN : METALLO-ENZIM ~ IKATAN YG. LEMAH

• FUNGSI :

1. IKUT LANGSUNG PD. PROSES KATALISIS ~ GUGUS KATALITIK

1. STABILISATOR TEMPAT KATALISIS

2. IKATAN DGN. ‘S’ DAN ‘E’ (MENDEKATKAN ‘S’ DAN ‘E’) • E – S – L • L – E – S • E – L – S – Zn++ _{Æ KARBOKSIPEPTIDASE} – Mg++_{Æ HEKSOKINASE} – Fe++ _{/ Fe}+++ _{Æ SISTEM SITOKROM} ƒ E L | S | |

KOENZIM

KOFAKTOR BERUPA SENYAWA ORGANIK

NON PROTEIN YG. SPESIFIK

BGN PROTEIN _{KATALITIK AKTIF}

„ KOENZIM + APOENZIM HOLOENZIM

„ APOENZIM : - BAGIAN PROTEIN DR. ENZIM

- JK. SENDIRIAN Æ TIDAK AKTIF

„ IKATAN :

„ KUAT / KOVALEN : GUGUS PROSTETIK

H₂O₂ + H₂O₂ 2H₂O + O₂

„ KATALASE : GUGUS PROSTETIKNYA SUATU HEME

„ SELAMA E BEKERJA, HEME MENGALAMI OKSIDASI DAN REDUKSI

Katalase

„ LEMAH : KO-SUBSTRAT

PIRUVAT + NADH + H+ _{ÅÆ LAKTAT + NAD}+

Laktat Dehidrogenase S Ko-substrat

- MENGHUBUNGKAN 2 MACAM REAKSI DGN. 2 MACAM ENZIM Pd GLIKOLISIS : S + NAD+ _{P + NADH + H}+ Gliseraldehid 3-P _{1,3-Bisfosfogliserat} + Pi KE R.R. (O₂) Bila O₂ \ / anaerob :

PIRUVAT + NADH + H+ _{LAKTAT + NAD}+

FUNGSI KOENZIM

Æ PERANTARA PEMBAWA GUGUS, ATOM TERTENTU ATAU

ELEKTRON CONTOH: – NAD+ – NADP+ – FMN – FAD – KoQ – ELEKTRON : HEME

– GUGUS LAIN : ATP → FOSFAT

PIRIDOKSAL FOSFAT → –NH₂

‘ VITAMIN B TERMASUK KOENZIM

– TPP Æ THIAMIN – NAD Æ NIASIN – NADP Æ NIASIN ATOM H R.R S → NAD+ _{→ FAD} ↓ KoQ ↓ Sistem sitokrom ↓ ½ O₂

PROENZIM=ZYMOGEN

• ENZIM YG. DISEKRESI DALAM BENTUK YG. BELUM AKTIF

• TUJUAN :

– MELINDUNGI ORGAN TUBUH

– MENYEDIAKAN BAHAN SETENGAH JADI • CONTOH : PEPSINOGEN

• UNTUK MENGAKTIFKAN DIGUNAKAN ENZIM PROTEOLITIK ATAU H+ PEPSINOGEN PEPSIN H+ _{/ PEPSIN} PEPSINOGEN PEPSIN H+ _{/ Enzim proteolitik}

ISOZIM

• MENGKATALISIS REAKSI YG. SAMA

• CONTOH : LAKTAT DEHIDROGENASE (LDH)

• T.D. 4 RANTAI POLIPEPTIDA

• 2 JENIS RANTAI :

ƒ

M & H : SUSUNAN ASAM AMINO BERBEDA

ƒ

DISTRIBUSI ISOZIM DLM. JARINGAN BERVARIASI

H M

ƒ

ISOZIM LDH ADA 5 :

5 4 3 2 1 A B C Jant N Hati + – A B C 5 4 3 2 1 Katoda (-) Anoda(+) I₅: M₄ I₁=H₄ A – Infark miokard B – N C – penyakit hati Elektroforesis Selulosa asetat pH 8,6 LDH

PENGUKURAN KADAR ENZIM DLM. PLASMA

ENZIM PLASMA FUNGSIONAL (YG. BERFUNGSI DLM. • M • PLASMA) IS. : ¾ ENZ.2 _PROSES PEMBEKUAN DARAH ¾ LIPOPROTEIN LIPASE KADAR ↓ : ¾ GANGGUAN PROSES SINTESIS DI HATI ¾ ↓/ (-) : KELAINAN GENETIK

ENZIM PLASMA NON FUNGSIONAL

(YG. BERFUNGSI DI JARINGAN LAIN, TIDAK DLM. PLASMA) • N : PERGANTIAN SEL (SEL

MATI DIGANTI SEL BARU) • DIFFUSI PASIF

• ↑ : SEL MATI ↑

– RADANG – Ca

– TRAUMA

ƒ

GEN : SUATU SEGMEN DNA YG. BERISI

INFORMASI/KODE GENETIK

DARI SUSUNAN ASAM AMINO,

SUATU RANTAI POLIPEPTIDA/PROTEIN DAPAT DIPAKAI SEPAKAI ACUAN

UNTUK TRANSKRIPSI

(

→

mRNA) yang selanjutnya ditranslasi

Pankreas : amilase, lipase

Tulang : fosfatase alkali

Prostat : fosfatase asam

Hepar : SGOT SGPT LDH

Otot : SGOT CPK (Creatine phospho kinase)

LDH

PEMERIKSAAN ENZIM PD. PENYAKIT GENETIK :

PEMERIKSAAN [E] Æ DALAM SERUM

CREATIN KINASE ↑↑

SEL OTOT RUSAK GEN DISTROFIN CACAT

„ DMD = DUCHENNE MUSCULAR DISTROPHY

BMD = BECKER M. DISTROPHY

„ DEFISIENSI FENILALANIN HIDROKSILASE

FENIL KETON URIA

DISTROFIN CACAT

KELAINAN GENETIK : DEFISIENSI G6PD

• PD. ORANG NORMAL ENZIM G6PD >> TDP. PD : KELENJAR ADRENALIS, JARINGAN LEMAK,

ERITROSIT & KELENJAR MAMMAE (LAKTASI) DLM. SERUM SEDIKIT SEKALI

• DEFISIENSI G6PD : ERITROSIT MUDAH HEMOLISIS BILA TERPAPAR BAHAN OKSIDAN (Mis :

PRIMAQUIN)

• PEMERIKSAAN KADAR G6PD : DLM. ERITROSIT Æ

DEFISIENSI G6PD Æ KADAR G6PD DLM. DARAH ↓.

– G6PD Æ NADPH (HMP SHUNT) Æ GSH Æ

CACAT ENZIMATIK GENETIK

• A B C D E P KELAINAN GENETIK ? ∼ PREMARITAL COUNSELLING ∼ PRENATAL COUNSELLING ∼ HAMIL Æ amniosintesis dsb

∼ NEONATUS Æ SCREENING TEST (UJI SARING)

PERAWATAN KHUSUS

DIET KHUSUS mis : FENIL KETONURIA

• FENIL KETON URIA : DEFISIENSI ENZ. FENILALANIN HIDROKSILASE

↓

PENUMPUKAN METABOLIT (↑)

↓

KERUSAKAN SEL2 _SARAF

↓

MENTAL RETARDASI

BILA GEN ENZ. 4 CACAT Æ [ENZ. 4] < Æ PENUMPUKAN METABOLIT D,C,B,A ↑