Bab IEnzim dan Metabolisme

Metabolisme merupakan totalitas proses kimia di dalam tubuh. Metabolisme

meliputi segala aktivitas hidup yang bertujuan agar sel tersebut mampu untuk tetap

bertahan hidup, tumbuh, dan melakukan reproduksi. Semua sel penyusun tubuh

makhluk hidup memerlukan energi agar proses kehidupan dapat berlangsung. Sel-

sel menyimpan energi kimia dalam bentuk makanan kemudian mengubahnya

dalam bentuk energi lain pada proses metabolisme.

Proses metabolisme di dalam sel melibatkan aktivitas sejumlah besar katalis

biologik yang disebut enzim dan berlangsung melalui Respirasi (katabolisme) dan

sintesis (anabolisme).

Reaksi Katabolisme

Adalah reaksi yang sifatnya memecah ikatan kimia yang kompleks menjadi

ikatan kimia yang lebih sederhana. pada waktu ikatan putus dan molekul terpecah

terjadi pembebasan energi (reaksi exergonik). Contoh reaksi katabolisme adalah

proses respirasi (termasuk aerob dan anaerob)

Reaksi Anabolisme

Adalah reaksi pembentukkan, yaitu pembentukkan molekul sederhana menjadi

molekul kompleks. reaksi anabolisme merupakan reaksi sintesis karena adanya

transformasi energi yang disimpan dalam bentuk ikatan kimia, oleh sebab itu reaksi

anabolisme disebut juga reaksi yang membutuhkan energi (endergonik)

Contoh reaksi anabolisme adalah sintesis (termasuk fotosintesisi dan kemosintesis)

Molekul-molekul yang terkait dengan proses metabolisme

1. ATP

Merupakan molekul berenergi tinggi. Molekul ini merupakan ikatan

adenosin yang mengikat tiga gugusan pospat, dengan ikatan yang lemah / labil

sehingga mudah melepaskan ikatan pospatnya pada saat mengalami hidrolisis.

Reaksinya: ATP --> ADP --> AMP (reaksi tersebut meruapak reaksi bulak balik)

perubahan ATP menjadi ADP di ikuti dengan pembebasan energi sebesar 7,3

kalori/mol ATP.

2. Enzim

.. .Enzim merupakan senyawa organik jenis protein yang dihasilkan oleh sel dan

berperan sebagai katalisator (pemercepat suatu reaksi kimia) sehingga disebut

Biokatalisator.

....Reaksi metabolisme dalam sel sangat membutuhkan keberadaan enzim. Seluruh

reaksi kimia yang membangun proses metabolisme merupakan reaksi enzimatis.

Enzim mengatur kecepatan dan kekhususan ribuan reaksi kimia yang berlangsung

di dalam sel. Walaupun enzim di buat di dalam sel, tetapi untuk bertindak sebagai

katalis tidak harus selalu di dalam sel.

Komponen penyusun enzim

Berdasarkan senyawa pembentuknya yaitu protein enzim dibedakan atas 2 bagaian

yaitu:

a. enzim sederhana

...enzim dengan seluruh komponen penyusunnya adalah protein

b. Enzim kompleks / Enzim konjugasi / Haloenzim

...Enzim yang komponen penyusunnya tidak hanya terdiri atas protein

...Apoenzim merupakan bagian dari enzin konjugasi yang berupa protein

...prostetik merupakan bagian dari protein konjugasi yang bukan senyawa protein

...gugus prostetik yang terbuat dari senyawa logam disebut kofaktor

...Gugus prostetik yang terbuat dari bahan organik seperti vitamin disebut ko enzim

Komponen Enzim

Enzim merupakan protein, berdasarkan senyawa penyusunnya, enzim

dibedakan:

Enzim sederhana komponen utama penyusun tubuhnya adalah protein

Enzim konjugasi / halo enzim merupakan enzim yang tersusun atas senyawa

protein dan senyawa selain protein.

Bagian dari enzim konjugasi yang berupa protein disebut Apoenzim,

sedangkan bagian yang bukan protein disebut prostetik.

Struktur prostetik yang terbuat dari logam disebut kofaktor, sedangkan yang

terbuat dari bahan organik seperti protein disebut ko enzim.

Kerja Enzim

ada 2 teori yang mengungkapkan cara kerja enzim yaitu:

a. Teori kunci dan anak kunci (Lock and key)

Teori ini dikemukakan oleh Emil Fisher yang menyatakan kerja enzim seperti

kunci dan anak kunci, melalui hidrolisis senyawa gula dengan enzim invertase,

sebagai berikut:

1. Enzim memiliki sisi aktivasi, tempat melekat substrat

2. Hubungan antara enzim dan substrat terjadi pada sisi aktivasi

3. Hubungan antara enzim dan substrat membentuk ikatan yang lemah

4. Enzim + substrat --> Kompleks enzim substrat --> Hasil akhir + Enzim

b. teori kecocokan induksi (induced fit theory)

Bukti dari kristalografi sinar x, diketahui bahwa sisi aktif enzim bukan merupakan

bentuk yang kaku, tapi bentuk yang fleksibel

Ketika substrat memasuki sisi aktif enzim, bentuk sisi aktif akan termodifikasi

menyesuaikan bentuk substrat, sehingga terbentuk kompleks enzim substrat

ketika substrat terikat pada enzim, sisi aktif enzim mengalami beberapa perubahan

sehingga ikatan yang terbentuk antara enzim dan substrat menjadi menjadi lebih

kuat. Interaksi antara enzim dan substrat disebut Induced fit.

Jenis-jenis enzimThe International Union of Biochemistry menetap sebuah sistem enzim dan

diklasifikasikan : 6 kelas besar, beberapa Sub kelas dan Sub-sub kelas.

1. Oksido-reduktase yaitu enzim yang bekerja pada reaksi oksidasi dan reduksi,

substrat yang lain tereduksi dan yang lain teroksidasi. Misalnya alkohol :

oksidoreduktase NAD mengkatalisa oksidasi alkohol menjadi aldehid.

Enzim ini melepaskan 2 buah elektron seperti 2 buah hidrogen dari alkohol

untuk menghasilkan aldehid.

Subkelas oksidoreduktase:

a) Oksidase, memindahkan 2 elektron dari donor ke oksigen, biasanya

menyebabkan pembentukan peroksida hidrogen,

b) Oksigenase, mengkatalisa penggabungan kedua atom oksigen kedalam

suatu substrat tunggal.

c) Hidroksilase, menggabungkan sebuah atom molekul oksigen kedalam

substrat; oksigen yang kedua timbul seperti air.

d) Peroksidase, mempergunakan peroksida hidrogen selain dari oksigen

sebagai oksidan, peroksida NADH mengkatalisa reaksi.

e) Katalase, unik didalam peroksida hidrogen bekerja baik sebagai

donor maupun akseptor. Kakatalase berfungsi didalam sel untuk

mendetoksifikasikan peroksida hidrogen.

2. Transferase bekerja untuk memindahkan gugus kimia dari satu substrat ke

substrat yang lain. Enzim ini terlibat dalam memindahkan grup fungsional

antara donor dengan akseptor. Amino, ,acyl, fosfat, satu karbon dan grup

glikosil adalah salah satu dari 2 bagian sama besar yang ditransfer.

a. Aminotransferase (transaminase), mentransfer grup amino dari satu

asam amino ke akseptor asam keto, dengan menghasilkan pembentukan

asam amino yang baru dan asam keto yang baru.

b. Kinase, enzim yang memfosforilasi yaitu mengkatalisa pemindahan grup

fosforil dari ATP atau trifosfat nukleotida lainnya ke alkohol atau

akseptor grup amino, misalnya glukokinase.

c. Glukosiltransferase, mengkatalisa transfer residu gluykosil yang aktif ke

sebuah glikogen primer. Ikatan fosfosester didalam disfosfoglukosa

uridin adalah labil, yang menyebabkan glukosa berpindah ke glikogen

primer yang sedang berkembang.

3. Isomerase bekerja mengubah bentuk kimia tanpa menambah atau

mengurangi unsur atau katalisis reaksi isomerasi. Enzim Isomerase, enzim

dari kelompok yang sangat heterogen mengkatalisa isomerase beberapa

jenis. Diantaranya cis-trans, keto-enol dan interkonversi (perubahan bentuk)

aldose-ketose.

Isomerase yang mengkatalisa pembalikan karbon Asimetrik terjadi

pada epimerase atau recemase. Mutase melibatkan transfer intramolekul

pada suatu kelompok seperti fosforil.Transfer tidak perlu

langsung, tapi dapat melibatkan suatu enzim fosforilated sebagai perantara.

4. Hidrolase bekerja pada reaksi yang menggunakan air oleh suatu substrat.

5. Ligase bekerja pada reaksi penggabungan dua senyawa atau lebih dengan

bantuan ATP atau sumber energi lainnya. enzim ini terlibat dalam reaksi

sintesa dimana 2 molekul tergabung pada pengeluaran sebuah ATP “Ikatan

fosfat energi tinggi” kegunaan sintetase tersedia untuk grup khusus enzim.

Pembentukan acyl amino tRNA bekerja coenzim A, glutamin dan tambahan

CO2 menjadi piruvat, adalah reaksi yang dikalisa oleh enzim ligase. Contoh,

piruvat karboksilase.

6. Liase bekerja pada reaksi eliminasi sebuah gugus dari substrat sehingga

terbentuk ikatan peptide. Enzim Liase, adalah enzim yang menambah atau

menghilangkan unsur air, amonia atau CO2.

a. Dekarboksilase menghilangkan unsur CO2 dari asam keto alfa, beta atau

asam amino.

b. Dehidratase menghilangkan unsur H2O dalam sebuah reaksi dehidrasi.

Dehidratase sitrat mengubah sitrat menjadi cis-akoninat.

Sifat Enzim

1. Sebagai Biokatalisator

Enzim adalah senyawa organik, yaitu senyawa protein yang dihasilkan oleh

sitoplasma sel dan berperan sebagai katalisator, yang disebut biokatalisator

Katalisator adalah zat yang dapat mempercepat atau memperlambat reaksi kimia

,tetapi zat itu sendiri tidak ikut dalam reaksi.

Enzim mempengaruhi kecepatan reaksi, tetapi tidak terpengaruh atau

dipengaruhi oleh reaksi tersebut.

Enzim mengatur kecepatan dan kekhususan ribuan reaksi kimia yang

berlangsung dalam sel, dan bertindak tidak harus selalu dalam sel.

2. Enzim menurunkan energi aktivasi

Enzim mengkatalis reaksi dengan meningkatkan kecepatan reaksi, dengan cara

menurunkan energi aktivasi (energi yang diperlukan untuk memulai suatu

reaksi)

3. Enzim merupakan protein

Enzim merupakan protein, sehingga sifat-sifat enzim sama dengan protein, yaitu

dipengaruhi oleh suhu dan pH.

Pada suhu rendah dan tinggi enzim akan mengalami kerusakan koagulasi

(penggumpalan), yang akhirnya akan terdenaturasi enzim akan terdenaturasi.

4. Enzim bekerja spesifik

Enzim bekerja spesifik satu enzim hanya khusus untuk satu substrat. Contoh

enzim maltase hanya dapat memecah maltosa menjadi glukosa

Aktifitas enzim

Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim

1. Suhu

Reaksi yang dikatalisis oleh enzim akan meningkat seiring dengan kenaikan

suhu 0 - 35 derajad celcius. Secara umum kenaikan 10 derajad celcius maka

kecepatan reaksi menjadi dua kali lipatnya dalam batas suhu yang wajar. Suhu ideal

kerja enzim adalah 30 – 40 oC, dengan suhu optimum 36 oC. Dibawah atau diatas

suhu tersebut kerja enzim lemah bahkan mengalami kerusakan. Enzim akan

menggumpal (denaturasi) dan hilang kemampuan katalisisnya jika dipanaskan.

2. Logam berat

Logam berat seperti Ag, Zn, Cu, Pb dan Cd, menyebabkan enzim menjadi

tidak aktif.

3. Logam

Aktivitas enzim meningkat jika bereaksi dengan ion logam jenis Mg, Mn,

Ca, dan Fe.

4. pH

Enzim bekerja pada pH tertentu, enzim hanya dapat bekerja pada pH yang

ideal. Enzim Ptialin hanya dapat bekerja pada pH netral, enzim pepsin bekerja pada

pH asam sedangkan enzim tripsin bekerja pada pH basa.

Bagan kerja enzim dan pengaruhnya terhadap pH.

5. Konsentrasi

Semakin tinggi konsentrasi enzim maka kerja waktu yang dibutuhkan untuk

suatu reaksi semakin cepat, sedangkan kecepatan reaksi dalam keadaan konstan

Semakin tinggi konsentrasi substrat, semakin cepat kerja enzim, tapi jika kerja

enzim telah mencapai titik maksimal, maka kerja enzim berikutnya akan konstans.

6. Faktor dalam (faktor internal)

Vitamin dan hormon berpengaruh terhadap aktivitas kerja enzim. Hormon

tiroksin merupakan hormon yang mempengaruhi proses metabolisme tubuh.

semakin tinggi konsentrasi hormon tiroksi yang dihasilkan oleh kelenjar tiroid,

makan semakin cepat proses metabolisme dalam tubuh, demikian sebaliknya.

Vitamin dalam tubuh berfungsi sebagai alat pengaturan seluruh proses fisiologi

dalam tubuh.

7. Keberadaan Aktivator dan inhibitor

Aktivator merupakan molekul yang mempermudah ikatan enzim antara

enzim dengan dan substrat.

Inhibitor merupakan molekul yang menghambat ikatan antara enzim dengan

substrat. Ada dua macam inhibitor yaitu:

a. Inhibitor kompetitif

adalah inhibitor yang kerjanya bersaing dengan substrat untuk mendapatkan

sisi aktif enzim (aktif site).

b. Inhibitor non kompetitif

Adalah inhibitor yang melekat pada tempat selain sisi aktif sehingga bentuk

enzim berubah dan substrat tidak dapat melekat pada enzim

ANALISA ENZIM

Dalam serum darah ukuran aktifitas enzim spesifik biasanya untuk keperluan

mengidentifikasi penyakit. Enzim secara normal terkonsentrasi didalam sel dan

jaringan dimana mereka membentuk fungsi katalitiknya. Lebih dari 50 enzim telah

ditemukan dalam serum manusia pada praktek klinis rutin, yang paling umum

diantaranya:

Amilase: enzim yang mencerna tepung, terutama berasal dari kelenjar ludah

dan pan-kreas; aktifitas serum biasnya naik pada tahap awal imflamasi

pankreas yang akut, pada gang-guan duktus pankreatik dan pada penyakit

gon-dok.

Lipase: enzim yang mencerna lemak mulai dida-lam pankreas dan

memperlihatkan variasi klinis yang sama seperti amilase pada penyakit yang

melibatkan pankreas.

Alkalin fosfat: ditemukan pada kebanyakan jaringan tubuh, khususnya pada

sumsum tulang (bone marrow) dan liver. Dan memperlihatkan nilai yang

tinggi didalam serum pada kondisi penyakit radang tulang, osteomalacia

(melemahkan tulang), hepatitis dan gangguan penyakit kuning.

Fosfatase asam: ditemukan dalam jaringan tu-buh tetapi biasanya tidak

dalam konsentrasi ting-gi pada kelenjar prostat dewasa; enzim ini dilepaskan

kedalam sirkulasi pada kanker prostat metastatik

Peptidase: sekelompok protein enzim pencer- na ditemukan dalam

konsentrasi yang lebih besar pada serum yang terkait dengan ganggu-an

jaringan begitu banyak; seperti shock, demam, luka traumatik dan pada

anemia yang disebabkan oleh kerapuhan sel-sel darah merah

Transaminase: yaitu transaminase glutamik-aspartik dan glutamik-alanin,

enzim yang ditemukan pada kebanyakan jaringan tubuh. Enzim ini

meningkat besar didalam serum pada penyakit liver, seperti hepatitis, hati dan

infraksi miokardium.

Enzim restriksi = endonuklease restriksi suatu protein yang dihasilkan oleh

bakteri yang memotong DNA pada tempat spesifik sepanjang molekul. Di

dalam sel bakteri, enzim restriksi memotong DNAasing. Enzim restriksi

dipisahkan dari sel bakteri dan digunakan di laboratorium untuk mengontrol

fragmen DNA, seperti fragmen yang mengandung gen. Dengan demikian enzim

merupakan alat yang sangat dibutuhkan dalam teknologi rekombinan

DNA atau teknik mesin genetik.

Kegunaan Enzim lainnya :

Enzim memiliki aplikasi industri dan medis yang berharga.

Ragi, anggur, adonan asam roti, pembekuan keju dan pembuatan bir.

Kegunaan enzim dalam medicine diantaranya membunuh mikroorganisme

yang menyebabkan penyakit, meningkatkan penyembuhan luka dan

mendiagnosa penyakit tertentu.

Sistem Pencernaan pada Manusia

Pencernaan Kimiawi

Pencernaan makanan secara kimiawi terjadi dengan bantuan zat kimia tertentu.

Enzim pencernaan merupakan zat kimia yang berfungsi memecahkan molekul bahan

makanan yang kompleks dan besar menjadi molekul yang lebih sederhana dan kecil.

Molekul yang sederhana ini memungkinkan darah dan cairan getah bening (limfe)

mengangkut ke seluruh sel yang membutuhkan.

Secara umum enzim memiliki sifat : bekerja pada substrat tertentu, memerlukan suhu

tertentu dan keasaman (pH) tertentu pula. Suatu enzim tidak dapat bekerja pada

substrat lain. Molekul enzim juga akan rusak oleh suhu yang terlalu rendah atau terlalu

tinggi. Demikian pula enzim yang bekerja pada keadaan asam tidak akan bekerja pada

suasana basa dan sebaliknya. Macam-macam enzim pencernaan yaitu :

1. Enzim ptialin

Enzim ptialin terdapat di dalam air ludah, dihasilkan oleh kelenjar ludah. Fungsi enzim

ptialin untuk mengubah amilum (zat tepung) menjadi glukosa.

 

2. Enzim amilase

Enzim amilase dihasilkan oleh kelenjar ludah (parotis) di mulut dan kelenjar pankreas.

Kerja enzim amilase yaitu :

Amilum sering dikenal dengan sebutan zat tepung atau pati. Amilum merupakan

karbohidrat atau sakarida yang memiliki molekul kompleks. Enzim amilase memecah

molekul amilum ini menjadi sakarida dengan molekul yang lebih sederhana yaitu

maltosa.

 

3. Enzim maltase

Enzim maltase terdapat di usus dua belas jari, berfungsi memecah molekul maltosa

menjadi molekul glukosa. Glukosa merupakan sakarida sederhana (monosakarida).

Molekul glukosa berukuran kecil dan lebih ringan dari pada maltosa, sehingga darah

dapat mengangkut glukosa untuk dibawa ke seluruh sel yang membutuhkan.

 

4. Enzim pepsin

Enzim pepsin dihasilkan oleh kelenjar di lambung berupa pepsinogen. Selanjutnya

pepsinogen bereaksi dengan asam lambung menjadi pepsin. Cara kerja enzim pepsin

yaitu :

Enzim pepsin memecah molekul protein yang kompleks menjadi molekul yang lebih

sederhana yaitu pepton. Molekul pepton perlu dipecah lagi agar dapat diangkut oleh

darah.

5. Enzim tripsin

Enzim tripsin dihasilkan oleh kelenjar pancreas dan dialirkan ke dalam usus dua belas

jari   (duodenum). Cara kerja enzim tripsin yaitu :

Asam amino memiliki molekul yang lebih sederhana jika dibanding molekul pepton.

Molekul asam amino inilah yang diangkut darah dan dibawa ke seluruh sel yang

membutuhkan. Selanjutnya sel akan merakit kembali asam amino-asam amino

membentuk protein untuk berbagai kebutuhan sel.

6. Enzim renin

Enzim renin dihasilkan oleh kelenjar di dinding lambung. Fungsi enzim renin untuk

mengendapkan kasein dari air susu. Kasein merupakan protein susu, sering disebut

keju. Setelah kasein diendapkan dari air susu maka zat dalam air susu dapat dicerna.

7. Asam khlorida (HCl)

Asam khlorida (HCl) sering dikenal dengan sebutan asam lambung, dihasilkan oleh

kelenjar didalam dinding lambung. Asam khlorida berfungsi untuk membunuh

mikroorganisme tertentu yang masuk bersama-sama makanan. Produksi asam khlorida

yang tidak stabil dan cenderung berlebih, dapat menyebabkan radang lambung yang

sering disebut penyakit ”mag”.

8. Cairan empedu

Cairan empedu dihasilkan oleh hati dan ditampung dalam kantong empedu. Empedu

mengandung zat warna bilirubin dan biliverdin yang menyebabkan kotoran sisa

pencernaan berwarna kekuningan. Empedu berasal dari rombakan sel darah merah

(erithrosit) yang tua atau telah rusak dan tidak digunakan untuk membentuk sel darah

merah yang baru. Fungsi empedu yaitu memecah molekul lemak menjadi butiran-

butiran yang lebih halus sehingga membentuk suatu emulsi. Lemak yang sudah

berwujud emulsi ini selanjutnya akan dicerna menjadi molekul-molekul yang lebih

sederhana lagi.

9. Enzim lipase

Enzim lipase dihasilkan oleh kelenjar pankreas dan kemudian dialirkan ke dalam usus

dua belas jari (duodenum). Enzim lipase juga dihasilkan oleh lambung, tetapi jumlahnya

sangat sedikit. Cara kerja enzim lipase yaitu :

Lipid (seperti lemak dan minyak) merupakan senyawa dengan molekul kompleks yang

berukuran besar. Molekul lipid tidak dapat diangkut oleh cairan getah bening, sehingga

perlu dipecah lebih dahulu menjadi molekul yang lebih kecil. Enzim lipase memecah

molekul lipid menjadi asam lemak dan gliserol yang memiliki molekul lebih sederhana

dan lebih kecil. Asam lemak dan gliserol tidak larut dalam air, maka pengangkutannya

dilakukan oleh cairan getah bening (limfe). Enzim pencernaan bekerja untuk

mempercepat reaksi pada pencernaan makanan, tetapi enzim pencernaan tidak ikut

diproses. Berikut gambaran cara enzim bekerja :

1. Enzim ptialin/amilase=untuk mengubah amilum/karbohidrat menjadi maltose atau

polisakarida –disakarida.

2. Enzim pepsinogen(enzim yang belum aktif)di aktifkan oleh HC menjadi enzim

pepsin fungsi pepsin=merubah protein menjadi pepton atau polipeptida-dipeptida

3. Enzim maltase=merubah maltosa menjadi glukosa+glukosa atau disakarida-

monosakarida

4. Enzim lipase=merubah lemak menjadi asam lemak dan gliserol

5. Enzim tripsinogen(enzim yang belum aktif)diaktifkan oleh enterokinase menjadi

tripsin fungsi tripsin=merubah pepton menjadi asam aminoatau dipeptida-peptida

6. Enzim renin=merubah kaseinogen menjadi kasein

7. Enzim laktase=merubah laktosa menjadi galaktosa+fruktosa

8. Enzim sukrase=merubah sukrosa menjadi glukosa+fruktosa

9. Enzim nuklease=merubah asam nukleat menjadi nukleotida

10. Enzim erepsinogen(enzim yang belum aktif)diaktifkan oleh enterokinase menjadi

erepsin fungsi erepsin=merubah pepton menjadi asam amino atau dipeptida-

peptida