ENZIM Enzim : adalah protein khusus yang mengkatalisis reaksi biokimia tertentu

(1)

ENZIM

Enzim :

adalah protein khusus yang mengkatalisis reaksi biokimia tertentu

Note : kini ditemukan beberapa molekul RNA yang memiliki sifat katalitik disebut ribozim

Keistimewaan enzim sebagai katalis

- Daya katalitik sangat tinggi (mempercepat reaksi 10⁸ – 10²⁰ kali) - Spesifitas terhadap substrat sangat tinggi

- Tidak membentuk produk samping

- Bekerja pada kondisi (suhu, pH) yang normal atau tidak ekstrim (“milk conditions”)

terikat pada satu atau lebih zat-zat yang bereaksi. Dengan demikian enzim menurunkan barier energi (jumlah energi aktivasi yang diperlukan) dari reaksi, sehingga reaksi dapat berlangsung dengan cepat

(2)

E + S

^K1

ES P + E

K2

K3

lok dan key

karena enzim bekerja sangat spesifik  substrat yang tidak sesuai tidak dikatalisis

protein katalis

Agen kimia yang mengubah kecepatan reaksi tanpa ikut dalam

reaksi dan tanpa berubah akibat reaksi tersebut, akan tetapi dibuat

tersedia berulangkali untuk

melakukan katalisis reaksi berikutnya enzim

Berdasarkan

pengaruhnya terhadap energi aktivasi yang dibutuhkan setiap reaksi

kimia Mampu melakukan

Energi yang dibutuhkan untuk memecah molekul senyawa reaktan (substrat) Menurunkan batasan

energi aktivasi yang dibutuhkan untuk

memulai reaksi Peranan

(3)

Energi bebas

Perkembangan reaksi Awal

Akhir

Dengan katalisis tanpa katalisis

Keterangan

Ea : energi aktivasi Ea

Ea

G

Reaksi katalitik yang dilakukan oleh enzim

(4)

Enzim tidak ikut bereaksi ?

Katalisis oleh enzim  2 mekanisme

1. Enzim  meningkatkan kemungkinan bertemunya molekul potensial yang akan bereaksi  karena enzim mempunyai afinitas yang tinggi terhadap substrat

2. Terjadinya ikatan sementara (non kovalen seperti ikatan hidrogen, ikatan ion) antara enzim dan substrat yang menyebabkan suatu redistribusi elektron dalam molekul substrat. Redistribusi

menyebabkan adanya tekanan pada ikatan kovalen spesifik dalam substrat  yang akhirnya mengakibatkan pemutusan ikatan.

Kegunaan enzim

• Proses kimia dan biokimia  manusia, hewan, tumbuh-tumbuhan, mikroorganisme

• Rekayasa genetik  enzim retriksi, ligase, DNA polimerase, RNAase, fosfatase

• Industri  sebagai katalis anorganik, obat-obatan (kedokteran), pengolahan makanan dan minuman, analisis kimia, bahan ditergen

(5)

Bagian-bagian enzim Enzim (protein)

+

kofaktor

Apoenzim (apoprotein) Kofaktor Koenzim

Gugus prostetik Holoenzim (holoprotein)

1. Apoenzim : bagian protein suatu enzim (memerlukan kofaktor untuk aktivasi)

2. Kofaktor : komponen (organik maupun anorganik) berberat molekul rendah, tahan panas, yang diperlukan untuk aktivasi enzim (meliputi koenzim dan gugus prostetik)

3. Koenzim : kofaktor organik yang diperlukan untuk kerja enzim (sering berupa vitamin)

4. Gugus prostetik : ion logam yang diperlukan untuk aktivitas enzim dan terikat kuat pada bagian protein suatu enzim

5. Holoenzim : enzim yang strukturnya sempurna (dengan koenzim atau ion logam) dan bersifat aktif

(6)

vitamin Bentuk koenzim (bentuk aktif))

Jenis reaksi (proses) yang dilangsungkan

Tiamin Riboflavin

Asam nikotinat Asam pantotenat Piridoksin

Biotin

Asam folat Vitamin B12 Asam askorbat Vitamin A

Vitamin D

Vitamin E Vitamin K

Tiamin pirofosfat FMN, FAD

NAD⁺ ,NADP⁺ Koenzim A

Piridoksal fosfat Biositin

Asam tetrahidrofolat

Doksiadenosil kobalamin Tidak diketahui

Retinal

1,25-dihidroksikole- kalsiferol

Tidak diketahui Tidak diketahui

Dekarboksilasi asam α-keto Reaksi redoks

Reaksi redoks

Transfer gugus asil Transfer gugus amino Transfer CO₂

Transfer gugus 1-karbon Pemindahan 1,2 hidrogen

Kofaktor pada reaksi hidroksilasi Siklus penglihatan

Regulasi metabolisme Ca²⁺

Perlindungan lipida membran Kofaktor pada reaksi karboksilasi

Vitamin, koenzim (bentuk aktif) dan fungsi enzim

(7)

Logam Enzim Fe²⁺ atau Fe³⁺

Cu²⁺

Zn²⁺

Mg²⁺

Mn²⁺

K⁺ Ni²⁺

Mo Se

Sitokrom oksidase Katalase

Peroksidase

Sitokrom oksidase DNA polimerase Karbonan anhidrase Alkohol dehidrogenase Heksokinase

Glukosa 6-fosfatase Arginase

Piruvat kinase Urease

Nitrat reduktase

Glutation perosidase

Gugus prostetik (unsur anorganik)

(8)

Menurut “Commission on enzymes of the international union of biochemistry” enzim dikelompokkan berdasarkan reaksi biokimia yang dikatalisis dengan nomor kode sebagai kunci

No Kelas Jenis reaksi yang dikatalisis

1 2 3 4 5

6

Oksidoreduktase Transferase

Hidrolase Liase

Isomerase

ligase

Pemindahan elektron

Pemindahan gugus fungsional

Reaksi hidrolisis (pemindahan gugus fungsional ke air) Penambahan gugus ikatan ganda dan sebaliknya

Pemindahan gugus di dalam molekul, menghasilkan bentuk isomer

Pembentukan ikatan C—C, C—S, C—O, C—N oleh

reaksi kondensasi yang terkait dengan penguraian ATP

Klasifikasi enzim  berdasarkan 1. Reaksi yang dikatalisis

2. Tempat bekerjanya 3. Biosintesisnya

4. Fungsinya

5. Komponen penyusunnya

(9)

Kelas 1 oksidoreduktase

Subkelas : 1. bekerja pada gugus CH—OH (substrat donor) 2. gugus aldehid

3. gugus CH—CH

4. gugus CH—NH (amina primer) 5. gugus CH—NH- (amina 2°) 6. g NADH/NADPH

7. dst

Sub subkelas : 1. NAD⁺ atau NADP⁺ sebagai penerima 2. sitokrom

3. oksigen

dst. Senyawa penerima lainnya contoh

(10)

Berdasarkan tempat bekerja

1. Endoenzim  menghidrolisis/memecah dari bagian tengah makromolekul

contoh α amilase  memecah ikatan glikosida α 1-4 endoglukosidase 2. Eksoenzim  menghidrolisis/memecah dari bagian ujung

makromolekul

contoh ß-amilase  memecah ikatan glikosida α 1-4 eksoglukosidase Berdasarkan biosintesisnya

1. Enzim konstitutif  enzim diproduksi setiap saat

contoh umumnya enzim yang berperan dalam metabolisme 2. Enzim induktif dikeluarkan apabila ada inducer

contoh enzim pencernaan (amilase, lipase, protease)

(11)

Enzim Protein

Kemampuan untuk katalisis sangat berkaitan dengan struktur molekul protein

Struktur tersier/kuarterner

berubah Aktivitas enzim

hilang

Faktor lingkungan seperti pH dan suhu

(12)

enzim

Sisi aktif

Substrat Ex. sukrosa ikatan

H₂O

Substrat mengikat

enzim, menjadi komplek enzim-substrat

Ikatan dari substrat dan enzim menyebabkan ikatan sukrosa terlepas menjadi glukosa fruktusa

Produk dilepas dan enzim bebas

mengikat substrat yang lainnya

glukosa

fruktosa

(13)

Sisi aktif

Dibentuk oleh sejumlah residu asam amino yang cabang sampingnya mempunyai 2 peranan :

1. Untuk menarik dan mengorientasikan substrat dengan cara yang khas pada sisi aktif tersebut (asam amino demikian disebut

residu kontrol, serta menyebabkan kespesifikan substrat)

2. Ikut serta dalam pembentukan ikatan sementara dengan molekul substrat, ikatan yang membuat substrat bermuatan, memasukkan tekanan dalam ikatan tertentu dan memulai terjadinya perubahan katalitik (asam amino tersebut disebut residu katalitik)

Residu kontrol Residu katalitik

+

Sisi aktif

(14)

Faktor-faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim 1. Suhu dan pH

0 10 20 30 40 50

Laju reaksi (IU/menit)

0 3 6 9 12

Suhu pH

(15)

Suhu dan pH faktor penting  aktivitas enzim (karena protein).

Aktivitas enzim meningkat sejalan dengan peningkatan suhu lingkungan karena tumbukan antara substrat dengan sisi aktif meningkat seiring dengan meningkatnya pergerakan molekul.

Kemampuan kerja enzim akan menurun di atas suhu tertentu, karena panas menganggu ikatan hidrogen, ion dan berbagai ikatan yang menstabilkan bentuk aktif enzim sehingga enzim (merupakan protein) mengalami proses denaturasi. Setiap enzim mempunyai suhu dan pH optimum  kecepatan reaksi mencapai titik tertinggi, jumlah molekul yang berikatan dengan sisi aktif mencapai titik tertinggi tanpa terjadi proses denaturasi protein enzim

(16)

2. Konsentrasi enzim dan substrat

Konsentrasi substrat Konsentrasi enzim

(17)

3. Konsentrasi inhibitor

Inhibitor kompetitif

Inhibitor non kompetitif Inhibitor kompetitif :

Senyawa kimia yang tidak terlalu memiliki kemampuan mengubah bentuk molekulnya sehingga menyerupai substrat dan bersaing dengan substrat untuk berikatan pada sisi aktif enzim

Proses penghambatan ini dapat diatasi dengan meningkatkan konsentrasi substrat

Contoh : kerja enzim dehidrogenase suksinat dihambat oleh anion suksinat, oksaloasetat

Inhibitor non kompetitif :

Senyawa kimia yang tidak bersaing dengan substrat untuk

berikatan pada sisi aktif enzim melainkan berikatan dengan enzim dan mengubah bentuk molekul enzimnya. Kondisi ini

menyebabkan terjadi perubahan sisi aktif sehingga enzim tidak dapat menggunakan sisi aktifnya untuk berikatan dengan substrat Contoh : enzim dehidratase _L-treonin oleh _L-isoleusin

(18)

4. Modulator (aktivator/represor)

yang berperan sebagai modulator (pengatur) seperti : - Ion atau molekul yang membantu kerja enzim atau

disebut juga kofaktor

- Enzim regulatori (enzim pengatur)

yaitu enzim pemacu yang menentukan kecepatan keseluruhan urutan reaksi, karena enzim ini

mengkatalisis tahap yang paling lambat atau tahap penentu kecepatan. Disamping mempunyai fungsi katalitik enzim ini juga mampu meningkatkan atau

menurunkan aktivitas katalitik sebagai respon terhadap isyarat tertentu

5. Waktu

Tergantung kebutuhan berapa lama enzim mengkatalisis substrat  untuk katalisis partial/sempurna

Enzim alosterik (pengatur bukan kovalen)

Enzim pengatur kovalen