Oleh : Muhammad Arif M. S.Pi.

ENZIM

Protein yang bertindak sebagai biokatalisator Komponen enzim Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim

Cara kerja enzim Sifat-sifat enzim

• Enzim adalah protein • Bekerja spesifik

• Berfungsi sebagai katalis

• Diperlukan dalam jumlah sedikit • Bekerja secara bolak-balik

• Dipengaruhi faktor lingkungan

Menurunkan energi aktivasi (energi yang diperlukan untuk reaksi)

Enzim merupakan katalis dalam sistem biologi/ Biokatalis. Katalis adalah molekul yang berfungsi mempercepat reaksi kimia.

Hampir semua enzim merupakan protein (yg sifatnya fungsional, bukan struktural), namun tidak semua protein bertindak sebagai enzim. Dua sifat penting enzim adalah memiliki daya katalitik yang sangat besar dan sangat spesifik

Enzim

Sebagai biokatalis enzim ikut bereaksi, struktur enzim tidak berubah baik sebelum dan sesudah reaksi dan pada akhir reaksi enzim didapatkembali dalam bentuk

Enzim

Protein Enzim protein sederhana Protein + Bukan Protein Protein = apoenzim Enzim Konjugasi Bukan protein = Gugus prostetik Organik = Koenzim Anorganik = kofaktor

Mekanisme pembentukan Kompleks enzim-substrat

1. Emil Fischer menganalogikan substrat dan sisi aktif sebagai

anak kunci dan kunci (lock and key)

2. Koshland (induced fit), kesesuaian bentuk awalnya belum ada. Pengikatan substrat menyebabkan perubahan konformasi enzim

Daya katalitik enzim, kemampuan enzim menempatkan substrat ke dalam kedudukan yang menguntungkan pada kompleks

enzim-substrat

Kompleks enzim-substrat

Situs/sisi aktif, yaitu tempat tertentu pada molekul enzim

untuk mengikat substrat

Mekanisme kerja enzim

 Menurunkan energi

aktivasi

 Energi aktivasi: jumlah

energi yang diperlukan untuk membawa semua molekul dalam satu mol

suatu bahan pada suatu suhu tertentu dari keadaan awal menuju

keadaan transisi

 Keadaan transisi, kemungkinan terbentuk dan

Sifat sifat enzim

 Enzim merupakan biokatalisator yang

mempercepat jalannya reaksi tampa ikut bereaksi

 Thermolabil. Mudah rusak bila dipanskan lebih

dari 60 C

 Merupakan senyawa protein, shingga sifat

protein masih melekat pada enzim

 Dibutuhkan dalam jumlah sedikit, sbg

biokatalisator , rekasinya menjadi sangat cepat dan berulang ulang

 Bekerja didalam sel (endoenzim) dan diluar sel

Lanjutan sifat-sifat enzim

 Umumnya enzim bekerja mengkatalis reaksi satu

arah, meskipun ada yang mengkatalis reaksi dua arah

 Bekerjanya spesifik, karena sisi aktif enzim

setangkup dengan permukaan subtrat tertentu

 Umumnya enzim tidak dapat bekerja tanpa

adanya suatu zat non protein tambahan yang disebut kofaktor.

 Enzim : Katalisator (Biokatalisator)

 Eksoenzim → bekerja di luar sel.  Endoenzim → bekerja di dalam sel  Holoenzim:

 Apoenzim (protein)

 Koenzim (BO dgn BM↓) spt Vitamin.

 Kofaktor (logam, spt : Mg2+, Mn2+, Fe2+, dll) → Koenzim anorganik

 Urease (thn 1926) : pertama kali diisolasi dlm

 Ciri-ciri yang menonjol :

1. Efisiensi katalistiknya tinggi

2. Derajat kekhususannya tinggi thd substrat

 Penamaan & Klasifikasi Enzim:

 ~ ase : untuk enzim tunggal

Klasifikasi enzim

Enzim diklasifikasikan berdasarkan tipe reaksi dan mekanisme reaksi yang dikatalisis

Semua enzim ini diidentifikasi dengan

menambahkan akhiran –ase pada nama

substansi atau substrat yang dihidrolisis Contoh:

•lipase menghidrolisis lipid •amilase menghidrolisis amilum

•protease menghidrolisis

protein.

√

√ √

Pemakaian penamaan tersebut tidak memadai karena banyak enzim mengkatalisis substrat yang sama tetapi dengan reaksi yang berbeda

√

Contoh:

• enzim yang megkatalisis reaksi reduksi terhadap

fungsi alkohol gula

• enzim yang mengkatalisis reaksi oksidasi pada

substrat yang sama.

Sistem penamaan enzim sekarang tetap

menggunakan –ase, namun ditambahkan pada

jenis reaksi yang dikatalisisnya

√ √

• Nama enzim terdiri atas 2 bagian, pertama

menunjukkan substrat dan kedua ditambah dengan -ase yang menunjukkan tipe reaksi yang

dikatalisis

Contoh: heksosa isomerase (subsrat: heksosa dengan reaksi isomerase).

Contoh:

• enzim dehidrogenase mengkatalisis reaksi

pengeluaran hidrogen

• enzim transferase mengkatalisis pemindahan

gugus tertentu.

√

√ International Union of Biochemistry (IUB) telah

mengadopsi sistem penamaan yang kompleks tetapi tidak meragukan berdasarkan

mekanisme reaksi

• Reaksi dan enzim yang mengkatalisis, membentuk 6 kelas, masing-masing mempunyai 4-13 subkelas

Klas Tipe reaksi

Oksidoreduktase enzim yang mengkatalis reaksi oksidasi-reduksi (memsahkan dan menambahkan elektron atau hidrogen

Transferase (Kinase)

memindahkan gugus senyawa kimia

Hidrolase

(protease, lipase, amilase)

Enzim yang mengkatalis reaksi hidrolisis (memutuskan ikatan kimia dengan penambahan air)

Ligase (fumarase)

Mengkatalis reaksi pengabungan dua senyawa yang disertai perurairan molekul ATP (membentuk ikatan rangkap)

Isomerase (epimerase)

mengkatalisir perubahan isomer

Polimerase

Faktor-faktor yang mempengaruhi

kerja enzim

 Konsentrasi enzim  Suhu

 Aktivator dan inhibitor  pH

Yang Mempengaruhi Aktivitas Enzim

1. Konsentrasi Enzim A k ti v ita s En zi m (A .E)

 Seperti halnya protein lainnya, enzim memiliki bobot

molekul diantara 12.000 hingga lebih dari 1 milyar.

 Beberapa enzim lain membutuhkan komponen kimia

tambahan untuk dapat beraktivitas yang disebut

Kofaktor – satu atau lebih ion anorganik, seperti Fe2+_,

Mg2+_{, Mn}2+_{, atau Zn}2+_{, atau organik komplek atau}

molekul metaloorganik yang disebut Koenzim

 Suatu koenzim atau ion metal yang terikat sangat kuat

melalui ikatan kovalen disebut gugus prostetik.

 Holoenzim merupakan enzim yang lengkap, enzim yang

secara katalitik berikatan dengan koenzim dan/ atau ion metal. Bagian protein dari enzim disebut apoprotein

Beberapa elemen anorganik sebagai kofaktor enzim

Cu2+ _{Sitokrom oksidase}

Fe2+ _atau

Fe3+ _{Sitokrom oksidase, katalase, peroksidase}

K+ _{Piruvat kinase}

Mg2+ _{Heksokinase, Glukosa 6-fosfatase,}

piruvat kinase

Mn2+ _{Arginase, ribonukleotida reduktase}

Mo _{Dinitrogenase} Ni2+ _Urease

Se _{Glutation peroksidase}

Zn2+ _{Karbonik anhidrase, alkohol}

dehidrogenase, karboksipeptidase A dan B

Beberapa koenzim sebagai pembawa atom spesifik atau gugus fungsi Koenzim Gugus fungsi _{yang ditransfer} Prekursor yang ditambah_{dalam manusia}

Biositin CO₂ Biotin

Koenzim A Gugus asil Asam pantotenat & molekul lain

5'-deoksiadenosil-kobalamin (koenzim B12)

Atom H & gugus

alkil Vitamin B12 Flavin Adenin

Dinukleotida Lipoat Elektron-elektron & gugus asil Riboflavin (vitamin B2) tidak dibutuhkan dalam makanan

Nikotinamida Adenin

Dinukleotida ion hidrida (:H-) Asam nikotinat (niacin) Piridoksal fosfat gugus amino Piridoksin (Vitamin B6) Tetrahidrofolat gugus satu karbon Folat

Denaturasi & Renaturasi

Denaturasi terjadi karena:

Pemanasan, perubahan pH (asam/basa), konsentrasi garam tinggi → fungsi enzim berkurang/hilang

aktivitasnya

Denaturasi reversibel (protein dapat kembali membentu folding yang tepat dan mempunyai aktivitas biologi, disebu

renaturasi)

→

Denaturasi irreversibel (protein/albumin putih telur bila dipanaskan)

Istilah-istilah dalam mempelajari enzim

1.Pusat aktif, bagian enzim yang berperan dalam pengikatan substrat

2.Sisi aktif, gugus/atom pada polipeptida yang langsung terlibat dalam reaksi katalitik

5.Sisi pengikatan substrat, bagian enzim yang berperan dalam pengikatan substrat melalui ikatan kovalen

3.Bagian katalitik, bagian apoenzim yang berperan dalam melakukan reaksi katalitik

4.Bagian pengendali, bagian apoenzim yang mengendalikan reaksi katalitik

Aktivitas enzim diatur 2 cara :

a. Melalui mekanisme katalitik itu sendiri b. Melalui penggandengan dgn proses lain

1. Ada Hambatan Arus balik 2. Ada Aktivasi prekursor

3. Ada pengendalian berkaitan dgn energi 1. Pengendalian Katalis secara langsung

A B C X Y Z 2. Aktivitas Prekursor Produ k akhir 1. Hambatan Arus Balik 3. Pengendalian yg berkaitan dg energi (spt. ATP) Substrat

a. Respirasi Sintesis m-RNA b. Induksi Sintesis m-RNA

c. Pengendalian Positif Sintesis Enzim

2. Pengendalian Genetis (Gambar Tabel 13 – 10 hal. 244)

METABOLISME

KATABOLISME/Disimilasi

_ANABOLISME

Bertujuan untuk pembongkaran atau penguraian suatu molekul

Bertujuan untuk penyusunan atau sintesis suatu molekul

Respirasi Respirasi Aerob Respirasi Anaerob Fotosintesis / asimilasi

Respirasi aerob

C₆H₁₂O₆ + 6O₂  6CO₂ + 6H₂O + 36 ATP

Tiga tahap

Glikolisis

Sistem transpor elektron Siklus / daur Krebs

Respirasi

anaerob

(

fermentasi

)

Fermentasi alkohol

Fermentasi asam laktat

 Rangkaian reaksi yang menguraikan satu

molekul glukosa menjadi dua molekul asam piruvat.

 Glikolisis terdiri dari 10 tahap masing-masing

dikatalis oleh enzim.

 Dari 10 tahap tersebut dapat dikelompokkan

menjadi 2 fase yaitu:

Fase persiapan (1 sampai 5) glukosa diubah

menjadi 2 senyawa 3 karbon.

Fase oksidasi (6 sampai 10) senyawa tiga karbon

diubah menjadi asam piruvat.

Piruvat mengalami dekarboksilasi oksidatif

menjadi Asetil CoA merupakan penghubung antara Glikolisis dengan siklus Krebs.

Glukos a Fruktosa -1,6dipospat (6 atom C) Glukosa-6 pospat ATP ADP Enzim heksosinase & Mg2+ 3-pospo-gliseraldehid (3 atom C) Dihidroksiaseton-pospat Enzim aldolase Enzim pospotrio saisomerase 1,3-dipospo-gliseraldehid H₃PO₄ Asam 1,3 dipospogliserat NAD NADH2 dehidrogenase Asam 3 pospogliserat Transposporilase pospogliserat & Mg2+ Asam 2 pospogliserat Pospoglisero mutase Asam 2 pospoenol piruvat Enzim enolase & Mg2+ H2O Asam Piruvat Transposporilase pospopiruvat & Mg2+_{, K}+ ATP ADP ADP ATP aerob anaerob

Asam Piruvat CH3.CO.COO

H

Respirasi aerob

CO2 + H2O + energi

Respirasi anaerob

Bakteri asam susu

asam susu + NAD + energi (CH3.CHOH.COOH)

Asetaldehida CH3.CHO + CO2

Dehidrogenase + NAD.H2

Etanol + NAD + energi (CH3.CH2.OH)

Asam cuka + energi

Bakteri asam cuka Karboxilase piruvat

 Gugus berkarbon 2 acetil – CoA memasuki

siklus.

 Terdiri dari beberapa tahap( 9 rangkaian

reaksi).

 Masing-masing dikatalisis oleh enzim-enzim

khusus.

 ATP yang secara langsung dihasilkan adalah 2

ATP.

 Di hasilkan 2 molekul CO_2.  8 elektron dilepaskan.

Tahapan siklus Krebs Bab 2 Metabolisme Respirasi aerob NAD+H+ FAD FADH₂ NADH +H+ NAD+ NAD+ NAD+ NADH +H+ GTP GDP + P ADP ATP Asam malat H₂O

 Terjadi di bagian membran dalam mitokondria.  Hidrogen dari siklus krebs diubah menjadi

proton dan elektron.

 O₂ berperan sebagai aseptor

(penerima) elektron yang terakhir.

 Setelah menerima elektron O₂ akan menerima (

H+ _{) menjadi H}

2O.

 Glikolisis energi yang dihasilkan = 2 ATP.

 Siklus krebs energi yang dihasilkan = 2 ATP.

 Transfer elektron energi yang dihasilkan =32

ATP.

 Total energi yang dihasilkan adalah = 36

Sistem transpor elektron

Bab 2 Metabolisme

Rangkuman reaksi aerob.

Fermentasi alkohol

C₆H₁₂O₆  2CO₂ + 2C₂H₅OH + 2 ATP

Fermentasi asam laktat

C₆H₁₂O₆  2CO₂ + 2 asam laktat + 2 ATP

Fotosintesis

Fotosintesis

Kelompok Bakteri dgn Produknya dari Proses Disimilasi Glukosa

Tabel 14-3. bakteri dikelompokkan menurut produk-produk dari disimilasi glukose

Kelompok dg contoh beberapa Genus

Produk-Produk yg Dihasilkan Bakteri Asam Laktat:

Streptococcus Lactobacillus Leuconostoc

Hanya asam laktat atau asam laktat bersama dgn asam asetat, asam format, d etil alkohol; Spesies yg menghasilkan hanya asam laktat adalah homofermentatif, dan yg menghasilkan asam laktat bersama senyawa-senyawa lain adalah heterofermentatif.

Bakteri Asam Propionat : Propionibacterium

Veillonella

Asam propionat bersama dgn asam asetat & karbon dioksida.

Bakteri coli-aerogenes tifoid : Escherichia

Enterobacter Salmonella

Asam format, asam asetat, asam laktat, asam suksinat, etil alkohol, karbon diokside, hidrogen, 2,3-butilen glikol (dihasilkan dlm berbagai

kombinasi & jumlah bergantung pd genus & spesies.

Kelompok dg contoh beberapa Genus

Produk-Produk yg Dihasilkan

Bakteri Aseton butil alkohol: Clostridium

Eubacterium Bacillus

Asam butirat, butil alkohol, aseton, isopropil alkohol, asam asetat, asam format, etil alkohol, hidrogen, dan karbon diokside (dihasilkan dlm berbagai kombinasi & jumlah bergantung pd spesies).

Bakteri Asam asetat : Acetobacter

Industrial Enzyme Market

Annual Sales: $ 1.6 billion

Food and starch processing: 45 %

Detergents: 34 %

Textiles: 11 %

Leather: 3 %

Pulp and paper: 1.2 %

 Protease: protease netral dari Aspergillus dan

Alkali dari Bacillus

 Deterjen biologi: subtilisin dari Bacillus licheniformis

dan B. subtilis

 Penjernihan wine

 Pengolahan kulit

 Pembuatan keju

 Lipase terutama dari Bacillus, Aspergillus, Rhizopus, dan Rhodotorula

 Deterjen biologis

 Pengolahan kulit – penghilangan lemak

 Produksi senyawa flavor

 Sumber: Aspergillus dan Bacillus

 Untuk pengolahan pati menjadi sirup gula  Modifikasi tepung dalam pembuatan roti  Hidrolisis pati pada industri wine

 Detergen biologis  Manufaktur tekstil

 Bacillus polymyxa, Streptomyces, Rhizopus

 Untuk produksi sirup maltosa

 Industri beer: meningkatkan gula yg dapat

difermentasi.

 Amiloglukosidase: A. niger, R. niveus

 Produksi sirup glukosa  Roti,

 Beer, wine  Juice buah