Enzim

Cakupan:

Definisi umum Bagian penting dari enzim Bagaimana enzim bekerja

Hubungan enzim ↔ substrat Hubungan enzim ↔ inhibitor

Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim

Kinetika enzim

Definisi UmumDlm sistem biologi reaksi kimia selalu memerlukan katalis. Tanpa katalis sangat lama → diperlukan Enzim yg berfungsi sbg biokatalisator

ENZIM = protein yang berfungsi untuk mempercepat reaksi dengan jalan menurunkan tenaga aktivasi dan tidak mengubah kesetimbangan reaksi, serta bersifat sangat spesifik.

Katalis yg paling efisien mampu mempercepat reaksi 1020 kali lbh cepat

Enzim bersifat sangat spesifik, baik jenis reaksi maupun substratnya ,

Tripsin

Trombin

Enzim tidak ikut bereaksi dgn substrat atau produknya

Aktifitas dapat dikontrol sesuai dengan kebutuhan organisme itu sendiri Contoh : enzim yg mengkatalisis reaksi pertama pada suatu siklus biosintesis biasanya di hambat oleh produk akhirnya(feedback inhibition)

Beberapa enzim disintesis dlm btk tidak aktif. Dan akan diaktifkan oleh kondisi dan waktu yang sesuai (enzim allosterik) . prekursor yg tidak aktif disebut zymogen

Tiga sifat utama enzim : Kemampuan katalitiknya Spesifisitas Kemampuan untuk diatur (regulasi)

Bagian-bagian enzim

Holoenzim

Apoenzim/ apoprotein

Gugus prostetik

Koenzim

Kofaktor

Bagian-bagian enzim (lanjutan)

Seperti halnya protein lain, enzim memiliki BM antara 12,000 – 1 juta kd

Beberapa enzim tidak membutuhkan molekul kimiawi lain untuk aktifitasnya, beberapa membutuhkan kofaktor / koenzim

Kofaktor ion-ion anorganik yg dibutuhkan enzim untuk melakukan fungsinya

Koenzim molekul organik (komplek) yang dibutuhkan enziim untuk melakukan fungsinya

Gugus prostetik = Koenzim atau kofaktor yang terikat sangat kuat bahkan terikat dengan ikatan kovalen dengan enzim

Holoenzim = Enzim aktif lengkap dengan semua komponennya

Apoenzim / apoprotein = Bagian yang terdiri dari protein saja pada suatu enzim

Fungsi koenzim adalah sebagai karier sementara dari gugus fungsional yg berperan dalam reaksi enzimatis

Klasifikasi enzim 1. Oksido reduktase Pemindahan elektron 2.Transferase Pemindahan ggs fungsional

3.Hidrolase Reaksi hidrolisis(pemindahan

ggs fungsional ke air) 4. Liase Pemindahan ggs ke ikatan

ganda 5. Isomerase Pemindahan ggs di dalam mo

lekul menghasilkan isomer 6. Ligase Pembentukan ikatan C-C, C-S

C-O dan C-N

Bagaimana enzim bekerja

Reaksi tanpa enzim: Lambat Membutuhkan suhu yang tinggi Tekanan yang tinggi

Reaksi enzimatis Enzim memberikan suatu lingkungan yg spesifik

di dalam sisi aktifnya, sehingga reaksi secara energetik dapat lebih mudah terjadi

Tubuh memerlukan Enzim Untuk Mempercepat Reaksi Metabolisme

Perbedaan antara energi reaktan (fase awal) dgn energi produk (fase akhir) selisih energi bebas standar (ΔGº)

Agar reaksi berjalan spontan, bagaimanakah

nilai ΔGº

Enzim mempercepat reaksi tetapi tidak mengubah keseimbangan reaksi atau ΔGº

Kesetimbangan reaksi antara Reaktan dan produk mencerminkan perbedaan energi bebas pada fase awal

Kecepatan reaksi tergantung energi aktifasi ΔGº≠ suatu pasokan energi dibutuhkan untuk mengawali suatu reaksi

Energi aktifasi untuk reaksi yg dikatalis dengan ensim lebih rendah dr reaksi tanpa ensim

Glukosa + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O ΔGº = -2880 kJ/mol

Enzim penting untuk menurunkan energi aktifasi untuk memulai suatu reaksi

Enzim mengikat substrat menciptakan jalan reaksi yg berbeda yg mempunyai fase transisi lebih rendah dbanding reaksi tanpa enzim

Inti dr reaksi katalisis ikatan yg spesifik pd fase transisi

Substrat terikat interaksi nonkovalen

E + S ↔ ES ↔ EP ↔ E + P

Kekuatan enzim dlm mengkatalisis suatu reaksi kemampuan enzim membawa substrat bersama-sama pd orientasi yang tepat untuk terjadinya suatu reaksi

Substrat terikat pd sisi aktif yi cekukan pd protein yg berisi asam amino yg penting untuk terjadinya suatu reaksi kimia

Karakteristik sisi aktif enzim

merupakan bagian kecil dari enzim (Mengapa enzim harus memiliki ukuran besar?)

sisi aktif merupakan suatu cekukan yang bersifat 3 dimensi. memberikan linkungan mikro yg sesuai utk terjadinya suatu reaksi kimia

substrat terikat pada sisi aktif dengan interaksi / ikatan yang lemah.

Spesifitas enzim dipengaruhi oleh asam amino yg menyusun sisi aktif suatu enzim

Gambar sisi aktif ensim dan asam amino yang terlibat

Sisi aktif mempunyai 2 bagian yg penting: Bagian yang mengenal substrat dan kemudian

mengikatnya Bagian yang mengkatalisis reaksi, setelah

substrat diikat oleh enzim

Asam amino yang membentuk kedua bagian tersebut tidak harus berdekatan dalam urutan secara linear, tetapi dalam konformasi 3D mereka berdekatan

Teori untuk menjelaskan kerja enzim:

Lock and Key analogyEnzim memiliki struktur sisi spesifik yang cocok dengan substrat.Mampu menerangkan spesifitas ensim ttp tidak dapat menerangkan stabilitas fase transisi ensim

Induced Fit theorymempertimbangkan fleksibilitas protein, sehingga pengikatan suatu substrat pada enzim menyebabkan sisi aktif mengubah konformasinya sehingga cocok dgn substratnya. dpt menerangkan fase transisi ES komplek

Lock and key model

Induced Fit model

Faktor-faktor yg mempengaruhi kerja enzim pH setiap enzim mempunyai pH optimum utk

bekerja.

contoh : pepsin pH 2, amylase pH 7.0 Temperatur setiap kenaikan suhu 10˚C

(sampai 40˚C), kecepatan reaksi naik 2 x lipatnya dan reaksi terhambat dan berhenti pada 60˚C. Mengapa?

[S] dan atau [E]

Kinetika Reaksi Enzimatis

E + S ES E + PK1 K2

K-1

K1 : konstanta pembentukan ES komplekK2 : konstanta konfersi ES komplek ke PK-1 : konstanta konstan pemecahan ES komplek ke E bebasEnzim sangat efisien dalam mengkatalis suatu reaksi, steady state (keseimbangan reaksi) segera dapat tercapai apabila : Kecepatan pembentukan ES komplek sama dengan kecepatan pemecahannya

K-1 + K2

= Km konstanta Michaelis K2 Vmax [S]

V = Persamaan Michaelis-Menten Km + [S]

Ketika kondisi diatur sehingga [S] = Km maka

Vmax [S]

V = dan V = Vmax / 2 [S] + [S]

Lineweaver-Burk double reciprocal plot

Y = m x + b

Penghambatan Reaksi Enzimatis

Kerja enzim dapat dihambat secara reversible atau irreversible

Irreversible pembentukan atau pemecahan ikatan kovalen dalam enzim

Reversible suatu senyawa dapat terikat dan kemudian dpt lepas kembali

Reversible inhibitor ini dpt dibagi : competitive non-competitive un-competitive

penghambatan competitive

inhibitor bersaing dgn substrat untuk terikat pd sisi aktif

Biasanya inhibitor berupa senyawa yg menyerupai substratnya, & mengikat enzim membentuk komplek EI

krn terikat scr reversible penghambatan nya bias, yaitu ketika ditambah substrat maka penghambatan berkurang

penghambatan non-competitive

inhibitor terikat pada sisi lain dari enzim (bkn sisi aktif)

jadi tidak memblok pembtkan enzim-substrat komplek

Enzim mjd tidak aktif ketika inhibitor terikat walau enzim mengikat substrat

Inhibitor mengurangi konsentrasi enzim yg aktif, sehingga mempengaruhi Vmax –nya

Penghambatan un-competitive

Terikat pd sisi selain sisi aktif enzim

Berbeda dgn non-competitive inhibitor ini hanya terikat pd ES komplek

Sehingga tidak terikat pd enzim bebas

Vmax berubah, dan Km juga berubah

Enzim allosterik Enzim allosterik mengalami perubahan konformasi sebagai

respon terhadap pengikatan modulator efektor

Enzim Allosterik biasanya lebih komplek dari enzim nonalostrerik, enzim allosterik , memiliki sub unit lebih dari satu

Memiliki satu atau lebih sisi allosterik / regulator untuk mengikat modulator.

Seperti halnya substrat, setiap regulator memiliki sisi pengikatan yang berbeda

Untuk enzim homotropik sisi aktif dan sisi regulator sama

Aktivitas spesifik = jumlah produk yang dihasilkan oleh suatu enzim pada waktu dan kondisi tertentu per milligram enzim

Kecepatan reaksi = konsentrasi hilangnya substrat (atau produk yg dihasilkan) per unit waktu (mol L − 1s − 1)

Aktivitas enzim = mol yg dirubah per unit waktu (kecepatan x volume reaksi)

Aktivitas enzim merupakan pengukuran jumlah enzim yang ada

Unit SI = katal, 1 katal = 1 mol s-1 ↔ unit yg sangat besar 1 unit enzim = 1 enzyme unit (EU) = 1 μmol min-1 (μ =

micro, x 10-6).

Aktivitas spesifik = mol yang dirubah per unit waktu massa enzim ( akrivitas enzim/massa aktual enzim yg ada). Unit SI = katal kg-1,→ unit yg lebih praktis = μmol mg-1 min-1

Aktivitas spesifik = ukuran efisiensi enzim, biasanya konstan untuk enzim murni

Jika aktivitas spesifik 100 % enzim murni diketahui, kemurnian dapat dihitung

Jika % kemurnian adalah 100 % (aktivitas spesifik sampel enzim/aktivitas spesifik enzim murni). Sampel yang tidak murni memiliki aktifitas spesifik yg lebih rendah ↔ beberapa kandungannya bukan merupakan enzim /pengotoran

Peranan Enzim

1. Penyelidikan reaksi-reaksi metabolik dan pengaturannya 2. Sebagai katalisator dalam industri yg mensintesis hormon/antibiotik 3. Membantu dlm menegakkan diagnosa krn kadar enzim pd keadaan patologik tertentu dpt mengalami perub yg nyata dlm darah ataupun jaringan, penyakit genetik (endonuklease retriksi)*. 4. Dalam pengolahan pangan, pertanian, peternakan dan pd akv. Sehari-hari dirumah

Pembagian Enzim berdasarkan lokasinya Enzim plasma fungsional: Enzim atau proenzim tertentu terdapat

sepanjang waktu dlm sirkulasi individu normal, substrat juga terdapat dlm sirkulasi dan melakukan fungsi fisiologis dlm darah

Contoh: Lipoprotein lipase, pseudokolinesterse, proenzim bekuan darah dan lisis bekuan darah

umumnya disintesis dlm hati, konsentrasi dlm darah sama atau lebih tinggi dibandingkan dlm jaringan

Enzim plasma non fungsional: Tidak melakukan fungsi fisiologis dlm

darah Substrat sering tdk ada dlm plasma Konsentrasi dlm darah individu normal

berjutakali lebih rendah dibanding dlm jaringan

LOKASI ENZIM

Dalam sel hati:

Enzim-enzim glikolisis→ sitoplasma Enzim-enzim siklus asam sitrat → mitokondria,

sel pankreas, lambung dan saliva Isozim : enzim yg mengkatalisa reaksi yg sama

tetapi sifat fisika dan kimia protein menunjukkan perbedaan yg bermakna