1. enzim 2014
DESCRIPTION
mata kuliah enzimTRANSCRIPT
2
PENDAHULUAN
Reaksi kimia dalam sel
membutuhkan katalisis spesifik
MAKANAN DICERNA dalam saluran pencernaan
DIMETABOLISME dalam sel
ENZIMSEL JARINGAN ORGANISME
tersusun dari molekul2
REAKSI KIMIA
EnzEnziim m 1)Merupakan molekul yang besar sebagai – protein (biokatalisator) yg lebih besar dari substrat
2) mempunyai Active site – daerah yang spesifik berinteraksi dg substrat.
KATALISATOR mempercepat reaksiIkut serta dalam reaksi kimia & mempercepat reaksi kimia, tetapi pada akhir reaksi akan didapat kembali seperti semulaDibutuhkan dalam jumlah kecil
Mechanisms of Catalysis
Metal Ion or =Organic Molecule
= OrganicCofactor
Polypeptide
KOFAKTOR BERUPASENYAWA ORGANIKNON PROTEIN YG.
SPESIFIK
BAGIAN PROTEIN dari ENZIMJK. SENDIRIAN TIDAK AKTIF
6
ALUR METABOLIK
A = substrat awal P = produk akhir B,C,D,E,F,G = senyawa2 antara
(intermediates) E1 searah
A BE1
CE2 D
E3E
E4 FE5
GE6
PE7
E. regulator
7
LETAK ENZIM DALAM SEL Berkaitan dengan fungsi organel yang bersangkutan E. Mitokondrial reaksi pengadaan energi
Reaksi oksidasi energiRantai respirasi dalam
mitokondria E. Ribosomal sintesis protein
Enz
yme
Loca
lizat
ion
Organization of Electron Transport Chain of Cellular Respiration: Substrate Enzyme Product Enzyme chains are co-localized
9
KATALISATOR INORGANIK
1. H+, OH-, Pt
2. E. aktivasi 3. -4. -
ENZIM
Bio katalisator
1. Protein biokatalisator
2. E aktivasi 3. Bereaksi spesifik4. Tidak tahan
panas
10
Ea
Ea'
Ea''
Perjalananreaksi
E.
leve
lG
E. bebas
kead. transisi
tanpa katalisator
dgn katalisator inorg
dgn enzim
G = PerubahanE. bebas
kead. awal
kead. akhir
C6H12O6 + O2
CO2 + H2O + E
Cat
alyz
ed R
eact
ion
At a given temperature catalyzed Rxns can run faster because less energy is required to achieve the transition state
16
Keadaan awal pd suhu tertentuReaksi kimia : A PA+B C+DΔG = 0 seimbangΔG < 0 Rx ke kanan bersifat
eksergonikΔG > 0 Rx ke kanan bersifat
endergonik
17
Ea = ENERGI AKTIVASIJumlah energi yg diperlukan untuk membawa
semua molekul dalam 1 mole suatu bahan pd suatu suhu tertentu dari keadaan awal menuju keadaan transisi
Mengatasi hambatan energiΔG : perubahan energi bebas
Tidak dipengaruhi katalisatorENZIM BEREAKSI SPESIFIK artinya :
Suatu enzim hanya dapat bereaksi dengan suatu substrat tertentu atau pada atau pada sejumlah kecil senyawa sejenis
Contoh : Laktosa glukosa + galaktosa Heksokinase :- Glukosa
- Heksosa lain: fruktosaDaya ikat (afinitasnya) beda lihat KM
Laktase
18
Kekhususan enzim K. Absolut K. Relatif K. Optik maltase K. Gugus alkohol dehidrogenase
Dipengaruhi oleh: Ikatan E-S Sifat gugus katalitik Kofaktor
A + B C2 A + 2 B 2 C3 A + 3 B 3 CE / Kat tidak berhubungan secara stoikiometrik dengan reaktan / produk
E
active site
S
x
3x
2x
19
KELAS-KELAS ENZIM MENURUT IUBMB
ADA 6 KELAS (GOLONGAN) UTAMA :1. OKSIDOREDUKTASE :
MENGKATALISIS REAKSI OKSIDASI – REDUKSI.P.U. : ENZIM2 PD. PROSES OKSIDASI BIOLOGIS
PIRUVAT + NADH + H+ LAKTAT + NAD+
2. TRANSFERASE : MENGKATALISIS TRANSFER/PEMINDAHAN GUGUS
FUNGSIONAL (BUKAN HIDROGEN) ANTARA SEPASANG SUBSTRAT
S–G + S’ S’–G + S
-D-GLUKOSA+ATP -DGLUKOSA-6-P +ADP
3. HIDROLASE : MENGKATALISIS PEMBELAHAN HIDROLITIKContoh : Enzim - Amilase
- Lipase- Karboksi peptidase A
Reaksi:-D-GALAKTOSIDA + H2O = suatu alkohol + D-galaktosa
Laktat dehidrogenase
Mg++
HeksokinaseGlukokinase
20
KELAS-KELAS ENZIM MENURUT IUBMB
4. LIASE (LYASE) : MENGKATALISIS REAKSI PEMBENTUKAN ATAU PEMECAHAN
IKATAN RANGKAP DUA, ATAU PEMBELAHAN LAIN YG. MENYANGKUT PENYUSUNAN KEMBALI ELEKTRON
Contoh : ALDOLASE : KETOSA-I-P ALDOSA + DIHIDROKSI ASETON-P
FUMARASE : HO – CH – COOH H – C – COOH | ==== || + H2O CH2 – COOH HOOC – C – H
MALAT FUMARAT
PIRUVAT DEKARBOKSILASE : O O || ||– OOC – C – CH3 + H+ CO2 + H – C – CH3
PIRUVAT ASETALDEHID
21
KELAS-KELAS ENZIM MENURUT IUBMB
5. ISOMERASE : MENGKATALISIS PENYUSUNAN KEMBALI INTRAMOLEKULERAll Trans – retinin 11 – cis – retinin
6. LIGASE : MENGGABUNGKAN 2 MOLEKUL, DISERTAI PEMUTUSAN
IKATAN PIROFOSFAT PADA ATP ATAU SENYAWA SEJENISMis : ~ PIRUVAT KARBOKSILASE : O O || || – OOC – C – CH3
+ CO2 – OOC – C – CH2 – COO –
ATP ADP+PiPIRUVAT OKSALOASETAT
22
STRUKTUR PROTEIN
H O H O H O H | || | || | || |+H3N – C – C – N – C – C – N – C – C – – – N – C – C | | | | | | | R1 H R2 H R3 H R
IKATAN PEPTIDA
||
O
|O–
ujungkarboksil bebasujung
amino bebas
H |R – C – COOH | NH2
asam amino
»
• ASAM AMINO DALAM LARUTAN SELALU BERMUATAN• PROTEIN JUGA SELALU BERMUATAN
»aa1 aa2
aa3 aa4 aa5 aa6
COO–+H3N
RANTAI PEPTIDA 20 jenis a.a. dasar
23
STRUKTUR PRIMER PROTEIN :
URUTAN ASAM AMINO PD. RANTAI PEPTIDA DR. UJUNGAMINO BEBAS SAMPAI UJUNG KARBOKSIL BEBAS
(awal) (akhir)
URUTAN a.aJUMLAH a.a
letak ujung NH3+
letak ujung –COOH–
letak suatu a.a
H |R – C – COOH | NH3
+
H |R – C – COO–
| NH3
++H+
H |R – C – COO–
| NH2
+OH–
pH < iep iepmuatan=0
pH>ieppKa COOH < NH3
+
PD. TIAP JENIS RANTAI PROTEIN TIDAK SAMA (BERBEDA)
24
STRUKTUR SEKUNDER :
H H O | | ||– N – C – C – | CH2
| S | S | CH2
|– N – C – C – | | || H H O
ikatandisulfida
R | C – C – N – || | | O H H : : : : : : : : H H O | | ||– N – C – C | R
ikatan Hidrogen
* Lain2 : * LIPIT = - PLEATED * KUMPARAN ACAK = RANDOM COIL
Cys– SH
Cys– SH
* Helix
25
STRUKTUR TERSIER :
E
celahaktif
Dari satu untai rantai polipeptida monomer
- Contoh : MIOGLOBIN (MYOGLOBINE) MONOMER- Struktur Tersier :
• IKATAN HIDROGEN• GAYA2 VAN DER WAALS IKATAN2 YG. LEMAH
26
STRUKTUR KUARTERNER :
MONOMER
PROTOMER
DIMER
TETRAMER
OLIGOMER
POLIMER
subunit
subunit
TERMASUK STRUKTURKUARTERNER
T.D. SATU UNTAI RANTAI POLIPEPTIDA
HANYA SAMPAI STRUKTUR TERSIER
27
STRUKTUR KUARTERNER :
SATU MOLEKUL T.D. > 1 RANTAI PEPTIDA
T.D. 2 SUBUNIT ATAU LEBIH 1 SUBUNIT ~ 1 RANTAI PEPTIDA
DIIKAT OLEH : IKATAN HIDROGEN IKATAN ELEKTROSTATIK
KEGUNAAN : SUPAYA MOLEKULNYA LEBIH STABIL UNTUK MENDAPAT FUNGSI TERTENTU
ENZIM
IKATAN2 YGLEMAH
CELAH AKTIF(ACTIVE SITE)
28
~ PH/PH, t DENATURASI
POLIMER~ T.D. BANYAK SUBUNIT(BANYAK RANTAI POLIPEPTIDA)
~ : DIMER
: TETRAMER
OLIGOMER
4 RANTAI POLIPEPTIDA4 SUBUNIT
~ PROTEIN :- ENZIM FUNGSIONAL- KOLAGEN STRUKTURAL
~ IKATAN PEPTIDAIKATAN DISULFIDAIKATAN YG. KUAT, TIDAK RUSAK
STRUKTUR PROTEIN RUSAK, TP. TIDAK SAMPAI MERUSAK STRUKTUR PRIMER
ikt peptida
29
CARA KERJA ENZIM
SE
+
celah aktif = celah katalitik= celah pengikat substrat
KompleksE - S
+P
E
~
E : ENZIMS : SUBSTRATP : PRODUK
~ UKURAN MOLEKUL E : BESARUKURAN MOLEKUL S : KECIL
~ DALAM SISTEM BIOLOGIS : KADAR E << KADAR SUBSTRAT
~ IKATAN E–S IKATAN YG, LEMAH
30
KEKHUSUSAN ENZIM
BILA ADA KESESUAIAN ANTARA CELAH AKTIF DGN. SUBSTRAT PD. STRUKTUR 3 DIMENSINYA MAUPUN GUGUS REAKTIF YG. DIMILIKI KEDUANYA.
31
TEORI KUNCI & ANAK KUNCI FISHER
TEORI KESESUAIAN IMBAS (KOSHLAND)
PENGIKATAN S PERUBAHAN KONFORMASI(SUSUNAN ATOM DLM RUANG)
• BENTUK BERPASANGAN TERJADI SETELAH E MENGIKAT S
The Lock and Key Hypothesis
Enzyme may be used again
Enzyme-substrate complex
E
S
P
E
E
P
Reaction coordinate© 2007 Paul Billiet ODWS
FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KERJA ENZIM
KADAR ENZIMKADAR SUBSTRATpHSUHUEFEKTOR :
EFEKTOR POSITIF = AKTIVATOREFEKTOR NEGATIF = INHIBITOR
Substrate concentration: Non-enzymic reactions
The increase in velocity is proportional to the substrate concentration
Reaction velocity
Substrate concentration
© 2007 Paul Billiet ODWS
Substrate concentration: Enzymic reactions
Faster reaction but it reaches a saturation point when all the enzyme molecules are occupied.If you alter the concentration of the enzyme then Vmax will change too.
Reaction velocity
Substrate concentration
Vmax
© 2007 Paul Billiet ODWS
The effect of pH
Optimum pH values
Enzyme activity Trypsin
Pepsin
pH1 3 5 7 9 11
© 2007 Paul Billiet ODWS
pH OPTIMUM UMUMNYA BERKISAR ANTARA pH 5 – 9 (BERBENTUK GENTA)PERKECUALIAN: MISALNYA PEPSIN pH OPTIMUMNYA 1-2
Ak
rivi
tas
E (
%)
100
pH < pH opt pH>
The effect of pH
Extreme pH levels will produce denaturation
The structure of the enzyme is changed
The active site is distorted and the substrate molecules will no longer fit in it
At pH values slightly different from the enzyme’s optimum value, small changes in the charges of the enzyme and it’s substrate molecules will occur
This change in ionisation will affect the binding of the substrate with the active site.
© 2007 Paul Billiet ODWS
The effect of temperature
Q10 (the temperature coefficient) = the increase in reaction rate with a 10°C rise in temperature.For chemical reactions the Q10 = 2 to 3(the rate of the reaction doubles or triples with every 10°C rise in temperature)Enzyme-controlled reactions follow this rule as they are chemical reactionsBUT at high temperatures proteins denatureThe optimum temperature for an enzyme controlled reaction will be a balance between the Q10 and denaturation.
© 2007 Paul Billiet ODWS
PENGARUH SUHU PD AKTIVITAS ENZIM
SUHU ENERGI KINETIK REAKSI LEBIH CEPAT
ENZIM ADALAH PROTEIN MAKIN MUDAH DENATURASI
t
o
o
P
50o C
60o C
40o C
80o C
t1 t2
The effect of temperature
Temperature / °C
Enzyme activity
0 10
20
30
40
50
Q10 Denaturation
© 2007 Paul Billiet ODWS
The effect of temperature
For most enzymes the optimum temperature is about 30°C
Many are a lot lower, cold water fish will die at 30°C because their enzymes denature
A few bacteria have enzymes that can withstand very high temperatures up to 100°C
Most enzymes however are fully denatured at 70°C
© 2007 Paul Billiet ODWS
Inhibitors
Inhibitors are chemicals that reduce the rate of enzymic reactions.
The are usually specific and they work at low concentrations.
They block the enzyme but they do not usually destroy it.
Many drugs and poisons are inhibitors of enzymes in the nervous system.
© 2007 Paul Billiet ODWS
STRUKTUR INHIBITOR KOMPETITIF
INHIBITOR KOMPETITIF YANG KLASIK
STRUKTUR I MIRIP S I ANALOG S.
I BEREBUT DANGAN S UNTUK MENEMPATI
CELAH AKTIF ENZIM
I
S
E
I
The effect of enzyme inhibition
Irreversible inhibitors: Combine with the functional groups of the amino acids in the active site, irreversibly.
Examples: nerve gases and pesticides, containing organophosphorus, combine with serine residues in the enzyme acetylcholine esterase.
© 2007 Paul Billiet ODWS
The effect of enzyme inhibition
Reversible inhibitors: These can be washed out of the solution of enzyme by dialysis.
There are two categories.
© 2007 Paul Billiet ODWS
The effect of enzyme inhibition
2. Non-competitive: These are not influenced by the concentration of the substrate. It inhibits by binding irreversibly to the enzyme but not at the active site.
Examples • Cyanide combines with the Iron in the enzymes
cytochrome oxidase.• Heavy metals, Ag or Hg, combine with –SH groups.
These can be removed by using a chelating agent such as EDTA.
© 2007 Paul Billiet ODWS