Katalisator dalam sel mahluk hidup

(1)

ENZIM

1

Dr. Refli., MSc

JURUSAN BIOLOGI

FAKULTAS SAINS DAN TEHNIK

UNIVERSITAS NUSA CENDANA

ENZIM

••

(2)

ENZIM

••

3

KEHADIRAN ENZIM

••

– –

•• !!""!!##

"

"_!!## _!!"#"#

••

– –

••

$

$ %%&&%%

' ' !!""

$

''

(3)

!"

#

!"

#

•• $$ %% &&

'' (( %%

•• )) **

–

– +,+, -- ..

–

– %%

/

!"

/

!"

Berdasarkan kesepakatan internasional (

Berdasarkan kesepakatan internasional (International Union International Union of Biochemistry

of Biochemistry), enzim dikelompokkan dengan nomor:), enzim dikelompokkan dengan nomor:

1.

1. OksidoreduktaseOksidoreduktase: berfungsi mengoksidasi / mereduksi substrat : berfungsi mengoksidasi / mereduksi substrat dengan memindahkan hidrogen atau elektron

dengan memindahkan hidrogen atau elektron

2.

2. TransferaseTransferase: memindahkan gugus tertentu dari molekul donor ke : memindahkan gugus tertentu dari molekul donor ke molekul akseptor

molekul akseptor

3.

3. HidrolaseHidrolase: memutus ikatan kovalen dalam substrat dengan : memutus ikatan kovalen dalam substrat dengan penambahan air

penambahan air

4.

4. LiaseLiase: berfungsi dalam penambahan gugus ke ikatan rangkap atau : berfungsi dalam penambahan gugus ke ikatan rangkap atau sebaliknya

sebaliknya

5.

5. IsomeraseIsomerase: berfungsi dalam pemindahan gugus dalam molekul itu : berfungsi dalam pemindahan gugus dalam molekul itu sendiri untuk menghasilkan isomernya

sendiri untuk menghasilkan isomernya

6.

(4)

STRUKTUR ENZIM

HOLOENZIM

APOENZIM

Bagian protein

KOFAKTOR

Bagian non protein

Ion

Ion--ion

ion

Koenzim

Gugus prostetis

Na+ ,Cu2₊

Fe2_{+, Mg}2_+,

Mn2_{+, Zn}2₊

Senyawa organik & Senyawa organik & Senyawa metal organik Senyawa metal organik

(FAD+, NAD+, NADP+. Vitamin, KoenzimA)

Gabungan antara salah Gabungan antara salah satu koenzim dengan satu koenzim dengan salah satu ion yang salah satu ion yang berikatan secara kuat berikatan secara kuat

dengan apoenzim dengan apoenzim

ENZIM

7

(

)

(5)

%

0

(6)

MEKANISME KERJA ENZIM

••

–

– 1 2 3 01 2 3 0 1 21 2 %% 0 0 44

1 2

1 2 $ %$ % 1$2 3 01$2 3 0 1 21 2

Subtrat Subtrat

Enzim Enzim +

+

Sisi aktif Sisi aktif

Kompleks Kompleks Enzim

Enzim--SubtratSubtrat ProdukProduk + +

Enzim Enzim

Sisi aktif

= bagian dari enzim dimana interaksi (ikatan kimia) = bagian dari enzim dimana interaksi (ikatan kimia) dengan subtrat terjadi

dengan subtrat terjadi 11

ENZIM; Kerja enzim

(7)

Model kerja enzim

•• **

++

## , +

, +

– – -

-*

*

+ +

# . ( /012

– – 33

subtrat Sisi aktif enzim

13

••

3

3 ••

44 –

–

ENZIM; mekanisme kerja

(8)

ENZIM; mekanisme kerja

••

– – 55

++

15

ENERGI BEBAS

((Δ

ΔG) = energi yang dilepaskan

G) = energi yang dilepaskan

selama reaksi (produk

reaktan

%

% 11 %% 22

5 & 6

7

7# $ %# $ % 88 77## % %

%

% 11 %%%% 22

5 & 6

7

7# $ %# $ % 99 77## % %

(9)

6 )

7*

% %

$ $

%

% %% $

$

17

7*

##

$

##

(10)

ENZIM; sifat-sifat enzim

••

–

– ((

(( 8

8

••

-

++ ##

– – 77

•• %%%%%%

•• 99

19

ENZIM; sifat-sifat enzim

•• --

%%

##

•• ..

++

•• -

-/ % 4+4$% ) % % % 3 #

!

(11)

ENZIM; faktor yang mempengaruhi

kerja enzim

3

7 :

21

ENZIM; faktor yang mempengaruhi

kerja enzim

•

–

– 77 00

– –

##

– – 33

•• ;;

:; :;,,_-

-•• -- DD

<, <,,,_-

(12)

ENZIM; faktor yang mempengaruhi

kerja enzim

• =

– 7 =

–

– 3

(

• • 3

23

ENZIM; faktor yang mempengaruhi

kerja enzim

• %

–

5

5 ++

–

44

((

++

<< ++

++

= ># = >#

(13)

ENZIM; faktor yang mempengaruhi

kerja enzim

••

%

0

0 –

–

5

5 ++

–

44

((

++

<<

25

Feedback Inhibition

•• 66 ++

•• 33

8

##

•• 66

##

– –

((

(14)

ENZIM; faktor yang mempengaruhi

kerja enzim

• :

;

8

Jenis

Kompetitif

Unkompetitif

Nonkompetitif

?

27

ENZIM; Penghambatan kerja enzim

• :

"

#

$

–

:

(15)

ENZIM; Penghambatan kerja enzim

••

" #

$

" #

$

–

– :: :#:# 33 3#3#

– – 44

– – @@

++ ++

3 3

– –

29

ENZIM; Penghambatan kerja enzim

••

;

" #

$

" #

$

–

– :: :#:#

– –

++

+ 3

– –

(16)

ENZIM; Penghambatan kerja enzim

••

" #

$

" #

$

– – 55

–

– .. %%

•• 55 33

•• 55

31

(17)

Contoh

•

7 >

%

<

• (

+

•

7 #<

• =

(

+

•

8 Contoh inhibitor

Skenario yang mirip terjadi pada bayi yang terserang penyakit manosidosis.

Pada penyakit ini, enzim mannosidase berkurang karena tidak ada penyembuhan untuk penyakit ini.

diturunkan dari orang tua karier

probabilitasnya 25 % bila kedua orang tuanya karier

dikenal dengan nama Tay Sachs Disease,

(18)

Racun, pestisida, obat adalah inhibitor enzim

0& + + +

+ +

-&

7*

? 3 # 3 - 8 * *

/001#< 5 +

& % #

A

$

? 5 )

+ +

-Racun

, pestisida, obat adalah inhibitor enzim

%

$

%

+

(19)

3 .

:

-COOH H₂

N--SONH₂ H₂

N-Prekursor asam_folat _{tetrahidrofolik}Asam

Sulfanilamide Sulfa drug (anti-inflammation) Para-aminobenzoic acid (PABA)

Bacteria butuh PABA untuk biosintesis asma folat

Obat Sulfa strukturnya mirip PABA dan menghambat pertumbuhan bakteri Domagk (1939)

HIV protease vs Aspartyl protease

7 +

↓

HIV protease

(homodimer)

:=

%

7:.3

3 +

Asp

subunit 2

↑

Aspartyl protease (monomer)

subunit 1

Asp

domain 1

domain 2

(20)

consequences of various specific enzyme failures.

Phenylketonuria (PKU)

• >

#<

•

+ +

(

• - + + #(

(21)

••

##

••

5 +

%%5

5 /0/B#

/0/B#

••

3

3 5 +

5 +

%%5

5 –

–

V

V : kecepatan: kecepatan [S]

[S] : konsentrasi substrat : konsentrasi substrat Vmax

Vmax : kecepatan maksimum: kecepatan maksimum Km

Km : konstanta Michaelis: konstanta Michaelis--Menten

Menten

E + S

(22)

5 +

%%5

5 ••

= C =

>

AA

••

5

5 #

#

< 5

(

< 5

(

••

*

••

.

V V

[S] [S]

Km Km Vmax

Vmax

½ Vmax ½ Vmax

Km

Km11 KmKm22

Dengan aktivator Dengan aktivator Normal

Normal

(23)

•• ?% 5?% 5 44

1. Kecepatan pembentukan ESKecepatan pembentukan ES = k

= k₁₁([Et] ([Et] –– [ES]) [S][ES]) [S] (c)(c)

k

k₁₁: konstanta kecepatan reaksi : konstanta kecepatan reaksi (a)(a)

2.

(24)

3.

3. Steady StateSteady State

ES tetap kecepatan pembentukan ES = kecepatan pemecahan ES tetap kecepatan pembentukan ES = kecepatan pemecahan

k

k₁₁([Et] ([Et] –– [ES]) [S] = k[ES]) [S] = k_--1₁[ES] + k[ES] + k₂₂[ES][ES] (d)(d)

4.

4. Pemisahan konstanta kecepatanPemisahan konstanta kecepatan -- Sebelah kiri persamaan Sebelah kiri persamaan (d)(d)dikalikandikalikan

k

k₁₁[Et] [S] [Et] [S] –– kk₁₁[ES] [S][ES] [S]

-- Sebelah kanan disederhanakanSebelah kanan disederhanakan

(k

(k_--1₁+ k+ k₂₂) [ES]) [ES]

Jadi,

Jadi, kk₁₁[Et] [S] [Et] [S] –– kk₁₁[ES] [S] = (k[ES] [S] = (k_--1₁+ k+ k₂₂) [ES]) [ES]

k

k₁₁[ES] [S] dipindahkan[ES] [S] dipindahkan

(25)

E6

Km : konstanta Michaelis: konstanta Michaelis--MentenMenten

= K

Vmax : kecepatan dimana semua enzim dalam bentuk ES: kecepatan dimana semua enzim dalam bentuk ES

Masukkan persamaan

Masukkan persamaan (f)(f)didapatdidapat

(26)

Sewaktu

Lineweaver--Burk membuat plot linier dengan

Burk membuat plot linier dengan

seperkecepatan vs seperkonsentrasi substrat,

sehingga :

(27)

Slope =

The three most common straight

The three most common straight--line

line

form

::

••

Lineweaver

Lineweaver--Burk

Burk

••

Eadie

Eadie--Hofstee

Hofstee

••

Hanes

Hanes--Woolf

Woolf

(28)

••

=

>

Dengan

Dengan Inhibitor

Vmax tetap Vmax tetap Km naik Km naik

Km

(29)

1 Dengan Dengan Inhibitor Vmax turun Vmax turun Km turun Km turun Vmax

INHIBITOR UNKOMPETITIF INHIBITOR UNKOMPETITIF

1 Dengan

Dengan Inhibitor

Vmax turun Vmax turun Km tetap Km tetap

Vmax

(30)

••

3

Jumlah

Jumlah Sel

Arginin ditambahkan Arginin ditambahkan

Enzim yang terlibat dalam Enzim yang terlibat dalam sintesis arginin

sintesis arginin

R Jumlah

Jumlah Sel

Laktosa Laktosa ditambahkan ditambahkan

β

β--galaktosidasegalaktosidase

ENZYME REPRESSION

(31)

••

6

•• -

(32)

•• Misalnya dalam sintesis argininMisalnya dalam sintesis arginin

•• Penambahan arginin akan menghentikan sintesis Penambahan arginin akan menghentikan sintesis

enzim pembentuk arginin enzim pembentuk arginin

•• Arginin bertindak sebagai Arginin bertindak sebagai corepressorcorepressor

•• CorepressorCorepressorakan berikatan dengan protein akan berikatan dengan protein repressorrepressor

dalam sel dalam sel

•• Pengikatan menyebabkan konfigurasi protein Pengikatan menyebabkan konfigurasi protein repressor

repressorberubah berubah mampu mengikatkan diri pada mampu mengikatkan diri pada daerah operator pada DNA (daerah sintesis mRNA daerah operator pada DNA (daerah sintesis mRNA dimulai)

dimulai) sintesis mRNA tidak terjadisintesis mRNA tidak terjadi

Promoter

Promoter OperatorOperator

RNA

Transcription occurs Transcription occurs

Transcription blocked Transcription blocked (a)

RNA RNA polymerase

polymerase RepressorRepressor

Gene 1

(33)

•• Terjadi sintesis enzim kalau ada substrat (misalnya Terjadi sintesis enzim kalau ada substrat (misalnya ––

galaktosidase)

galaktosidase) disintesis kalau ada laktosa dalam disintesis kalau ada laktosa dalam medium

medium

•• Substansi yang memulai induksi enzim disebut Substansi yang memulai induksi enzim disebut inducerinducer

•• JikaJikainducer inducer ditambahkan menyebabkan enzim disintesisditambahkan menyebabkan enzim disintesis

•• Sintesis enzim dengan jalan pembentukan mRNA yang Sintesis enzim dengan jalan pembentukan mRNA yang

mengkode pembentukan enzim tersebut mengkode pembentukan enzim tersebut

•• Protein Protein repressorrepressorspesifik aktif dengan tidak adanya spesifik aktif dengan tidak adanya

inducer

inducer memblokir dengan sempurna sintesis mRNAmemblokir dengan sempurna sintesis mRNA

•• Penambahan Penambahan inducerinducermenyebabkan menyebabkan inducerinducermengikatkan mengikatkan

diri pada

diri pada repressorrepressor repressorrepressortidak aktif tidak aktif penghambatan sintesis mRNA teratasi

penghambatan sintesis mRNA teratasi sintesis mRNA sintesis mRNA berlangsung, jadi sintesis enzim juga berlangsung berlangsung, jadi sintesis enzim juga berlangsung

NEGATIVE CONTROL NEGATIVE CONTROL

Promoter

RNA RNA polymerase

polymerase RepressorRepressor

Inducer Inducer

Transcription blocked Transcription blocked (a)

RNA

(34)

POSITIVE CONTROL POSITIVE CONTROL

Promoter

Promoter OperatorOperator Gene 1Gene 1 Gene 2Gene 2 Gene 3Gene 3

Transcription occurs Transcription occurs

CAP CAP

cAMP

cAMP ATPATP

+ +

Action of cyclic AMP in promoting Action of cyclic AMP in promoting mRNA synthesis