enzim.metabolisme xenobiotik

ENZIM dan KOENZIM

dr. Nanik M

ENZIM

• Enzim : adalah biokatalisator, artinya suatu biomolekul (protein) yang dapat mempercepat

perubahan reaksi kimia tetapi zat itu sendiri tidak ikut bereaksi .

• Tanpa enzim tidak ada kehidupan• Setiap sel mempunyai perlengkapan enzim

sendiri untuk menjamin kelangsungan metabolisme

Karakteristik Enzim

• Sifat enzim : bekerja pada substrat , jenis

reaksi, suhu dan keasaman (pH) tertentu. Suatu

enzim tidak dapat bekerja pada substrat lain. • Enzim mempercepat reaksi kimia tetapi tidak

mempengaruhi keseimbangan akhir.• Enzim hanya diperlukan dalam jumlah kecil

untuk mengubah sejumlah besar molekul.

Istilah

• Untuk aktivitasnya enzim sering memerlukan adanya gugus non protein yaitu ko-faktor. Istilah gugus prostetik digunakan untuk ko-faktor yang terikat kuat oleh ikatan kovalen terhadap protein enzim, sedangkan koenzim untuk senyawa yang ikatannya kurang kuat terhadap enzim.

• Bagian protein dari enzim dinamakan apoenzim, sedangkan enzim yang lengkap dinamakan holoenzim (ko-faktor + apoenzim).

Klasifikasi Enzim

• Klasifikasi enzim terutama didasarkan atas jenis reaksi yang dikatalis.

Klasifikasi menurut versi Komisi Enzim dari Uni Biokimia International (Commision on Enzymes of the International Union of Biochemistry) : Setiap enzim terdiri atas kode yang terdiri atas empat angka. Angka pertama menunjukkan kelas utama dari enzim 6 kelas utama enzim

Kelas Subkelas Yang Penting

1. Oksidoreduktase Dehidrogenase, Oksidase, Peroksidase, Reduktase, Monooksigenase, Dioksigenase

2. Transferase C1-transferase, Glikosiltransferase, Aminotransferase, Fosfotransferase

3. Hidrolase Esterase, Glikosidase, Peptidase, Amidase

4. Liase C-C-Liase, C-O-Liase, C-N-Liase, C-S-Liase

5. Isomerase Epimerase, cis-trans-isomerase, Intramolekuer transferase

6. Ligase C-C-Ligase, C-O-Ligase, C-N-Ligase, C-S-Ligase

Klasifikasi Enzim

• Menurut IUB, 6 kelas utama enzim yaitu :1. Oksidoreduktase : mengkatalisis reaksi

reduksi oksidasi. Donor hidrogen atau donor elektron adalah salah satu substratnya.

2. Transferase : mengkatalisis pemindahan gugus-gugus dari satu molekul ke molekul lainnya.

3. Hidrolase : mengkatalisis hidrolisis berbagai ikatan /memindahkan gugus-gugus dengan akseptor suatu molekul H20.

4. Liase : disebut juga sintase; mengkatalisis pemecahan atau pembentukan ikatan kimia disertai pembentukan atau penghilangan ikatan rangkap.

5. Isomerase : menggeser posisi gugus-gugus di dalam satu molekul tanpa mengubah rumus kimia substrat.

6. Ligase (sintetase) : mengkatalisis penggabungan dua molekul secara ikatan kovalen.

+ +

= Ekuivalen pereduksi

1. Oksidoreduktase

Ared BredAoksBoks

+ +

A–B B–C C A

2. Transferase

+

A–B H2O A–H B–OH

+3. Hidrolase

+

A–B B A

4. Liase (‘sintase”)

5. Isomerase

A Iso-A

6. Ligase

(‘sintetase”)A

B

+ d d d d d

d

XI

XTP

X = A, G, U, C

A–B

XI

XDP

Penamaan Enzim

• Nama sistematik : menunjukkan kelompok dan sub kelompok.

• Contoh laktat : NAD oksidoreduktase, mempunyai nomor sistematik 1. 1. 1. 27. Angka pertama menunjukkan bahwa enzim itu termasuk kelompok satu yaitu oksidoreduktase. Angka kedua menunjukkan sub kelompok yaitu gugus kimia yang diubah –CHOH. Angka ketiga menunjukkan sub-sub kelompoknya yang menunjukkan bahwa NAD atau NADP sebagai hidrogen akseptor. Angka keempat menunjukkan enzim.

Lanjutan Penamaan Enzim

• Nama trivial : lebih pendek dan lebih mudah dibanding nama sistematik, biasanya nama substrat ditambah akhiran –ase.

• Contoh : tripsin, pepsin, maltase.

Aplikasi Klinik Enzim

• Enzim sebagai reagen : penentuan konstituen darah seperti glukosa, urea, asam urat dan trigliserida

• Enzim sebagai reagen pemberi label : tes morfin dalam urine

• Enzim immobilized (diagnosa dan terapi)

Jenis Enzim Organ atau Penyakit

Yg sering diuji :Asam fosfataseAlkali fosfataseAmilaseSGOTSGPTLaktat dehidrogenaseKreatin kinaseLipase

Ca prostat metastaseHati, penyakit tulangPenyakit pankreasHati, penyakit jantungHati, penyakit jantungHati, jantung, eritrositJantung, otot, otakPankreatitis akut

Jenis Enzim Organ atau Penyakit

Yg jarang diuji :SeruloplasminAldolaseTripsinGlukosa 6-fosfat dehid.γ-glutamil transpeptidaseElastaseLipoprotein lipasePlasmin

Penyakit wilson (hati)Otot, jantungPankreas, ususSel darah merah (gen)Penyakit hatiPenyakit kolagenHiperlipoproteinemiaPenyakit pembekuan darah

Fungsi dan Cara Kerja Enzim

• Suatu enzim dapat mempercepat reaksi 108 – 1012 kali lebih cepat

A. Enzim menurunkan energi aktivasi suatu reaksi kimia

Reaksi kimia : - Reaksi kimia yg membutuhkan energi (endergonik) - Reaksi kimia yg mengeluarkan/menghasilkan e energi (eksergonik)

Fungsi dan Cara Kerja Enzim

B. Mempercepat reaksi pada suhu dan tekanan yang optimal tanpa mengubah besarnya tetapan keseimbangannya

C. Mengendalikan reaksi : tanpa enzim tidak ada reaksi biokimia lebih lanjut

Aktivitas enzim (mol/detik = Katal)

Hasil Metabolisme (mol/det) tanpa enzim

Hasil Metabolisme (mol/det) enzim

Aktivitas Biokatalisator

(108 – 1012 kali)

Komplex Enzim-Substrat

• Kekhasan suatu enzim : hanya bekerja pada satu reaksi saja

• Suatu enzim mempunyai ukuran yg lebih besar daripada substrat

• Tempat/bagian enzim yg mengadakan hubungan/kontak dgn substrat disebut active site komplex enzim-substrat

Mekanisme Kerja Enzim

• Sisi aktif enzim (active site) adalah bagian dari

molekul enzim tempat berikatannya substrat,

untuk membentuk kompleks enzim substrat,

dan selanjutnya terjadi proses katalisis oleh

enzim membentuk produk akhir.

• Kemudian enzim menjadi bebas untuk

selanjutnya bereaksi kembali dengan substrat

Persamaan Michaelis- Menten

• Hipotesis : dalam reaksi enzim, terjadi kompleks enzim-substrat lebih dahulu, kemudian menghasilkan hasil reaksi dan enzim kembali

• Percobaan hidrolisis sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa oleh enzim

• Dilakukan oleh Leonor Michaelis dan Maude Menten (1913)

Kece

pata

n re

aksi

Konsentrasi sukrosa

Kinetika Enzim

• Menurut teori kinetika/benturan (Collision theory) : untuk dapat bereaksi suatu molekul harus :

1. Saling berbenturan2. Mempunyai cukup energi untuk melawan

barrier energy

x0

y

x0

y

x0

y

A B C

Y = jumlah molekul

X = energi kinetik

= energi rintangan

Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Kerja Enzim

1. Konsentrasi enzim2. Konsentrasi substrat3. Suhu4. Pengaruh pH5. Pengaruh inhibitor

Konsentrasi Enzim

• Pada suatu konsentrasi substrat tertentu, kecepatan reaksi bertambah dengan bertambahnya konsentrasi enzim

0,001 0,002 0,003

3

6

9

12

15

18

21

Konsentrasi enzim

Aktiv

itas

enzi

m

Konsentrasi Substrat

• Dengan konsentrasi enzim yang tetap, maka pertambahan konsentrasi substrat akan menaikkan kecepatan reaksi karena bertambahnya kompleks enzim substrat.

• Pada kondisi jenuh (semua bagian aktif enzim telah dipenuhi substrat) maka pertambahan konsentrasi substrat tidak menyebabkan peningkatan kecepatan reaksi.

(S) S + E E S E + P

Rendah

Hampir jenuh

Jenuh

Berlebih

+ +

+

+

+

+

+

+

Suhu• Sesuai teori benturan, dengan bertambahnya suhu

maka pergerakan molekul akan meningkat frekuensi benturan akan semakin banyak sehingga kecepatan reaksi akan bertambah

• Pada suhu optimal, enzim akan menurunkan energi barier

• Setiap kenaikan suhu 10 0 C, kecepatan enzim akan menjadi dua kali lipat, sampai batas suhu tertentu.

• Karena enzim adalah suatu protein maka kenaikan suhu dapat mengakibatkan denaturasi enzim (bagian aktif enzim akan terganggu)

to C

V

37o C

Suhu optimum

Pengaruh pH

• Enzim dapat berbentuk ion positif, ion negatif atau ion bermuatan ganda (zwitter ion); dengan demikian perubahan pH akan berpengaruh terhadap efektivitas active site

• pH rendah atau tinggi juga dapat menyebabkan denaturasi enzim

• Aktivitas optimal enzim terletak pada pH 5 – 9, kecuali enzim pepsin (pH ± 1,0)

pH

V

5-9

pH optimum

Pengaruh Inhibitor

• Molekul atau ion yg menghambat ikatan kompleks enzim-substrat disebut inhibitor

• Terdiri dari 2 jenis inhibitor :1. Inhibitor reversibel2. Inhibitor ireversibel

Inhibitor reversibel• Dibagi lagi menjadi1. Kompetitif inhibitor : bersaing dengan substrat

terhadap active site enzimContoh : Malonat (I) dan suksinat (S) bersaing memperebutkan enzim

suksinat dehidrogenase

Inhibitor reversibel2. Non kompetitif inhibitor : - Inhibitor bergabung dengan enzim pada suatu bagian

enzim diluar bagian aktif- Baik kompleks EI maupun ESI bersifat inaktif

Contoh :- Ion-ion logam berat (Cu2+, Hg2+, Ag+)

berhubungan dgn gugus –SH sehingga aktivitas katalitiknya hilang.

- Ion CN- menghambat enzim yg menggunakan ion Fe2+ atau Fe3+ ferrosianida dan ferrisianida

- Etilen diamida tetra asetat (EDTA) mengikat ion bervalensi 2 (Mg2+) enzim yg menggunakannya sbg aktivator dihambat)

Inhibitor Ireversibel

• Inhibitor bereaksi dengan bagian tertentu enzim yg mengakibatkan berubahnya bentuk/struktur enzim enzim tidak bisa mengikat substrat

• Contoh : iodoarsenik, iodoasetamida, diisopropilfosfofluuoridat (SSP), reagen2 pengoksidasi

• Inhibitor enzim ireversibel yang beracun, contohnya, sianida , akan bergabung dengan tembaga dan besi pada tapak aktif enzim sitokrom c oksidase & memblok pernafasan sel.

• Oleh karena inhibitor menghambat fungsi enzim, inhibitor sering digunakan sebagai obat. Misal Aspirin menghambat enzim COX-1 dan COX-2 yang memproduksi pembawa pesan peradangan prostaglandin, sehingga Aspirin dapat menekan peradangan dan rasa sakit.

REGULASI & AKTIVITAS ENZIM

• Enzim bekerja dengan regulasi tertentu. • Regulasi enzim dilakukan dengan dua cara : (1) Mekanisme umpan balik /induksi-inhibisi: produk akhir lintasan metabolisme seringkali

merupakan inhibitor enzim pertama yang terlibat dalam lintasan metabolisme.

(2) Pengendalian genetik melalui sintesis protein dalam sel

KOENZIM

• Koenzim adalah senyawa organik berbobot molekul rendah, stabil terhadap panas, mudah terdisosiasi dan dapat dipisahkan dari enzim dengan cara dialisis.

• Untuk berfungsi sebagai katalis, sejumlah besar enzim membutuhkan komponen lain kofaktor

KO-ENZIM

• Ko-enzim identik dengan VITAMIN.• Sebagai Ko-faktor ada unsur yang dapat

diperoleh/disusun dari dalam tubuh• Tetapi tak sedikit yang tidak dapat disusun

tubuh hewan/manusia sehingga perlu intake dari luar berupa vitamin.

Enzim yg membutuhkan koenzim termasuk :1. Oksidoreduktase (kelas 1)2. Transferase (kelas 2)3. Isomerase ( kelas 5)4. Ligase (kelas 6)

Jenis enzim yg tdk memerlukan koenzim :5. Hidrolase (kelas 3)6. Liase (kelas 4)

Kofaktor

Kofaktor terdiri dari :1. Gugus prostetik : bagian kofaktor yg terikat kuat

pada enzim. Misalnya FAD terikat kuat pada enzim suksinat dehidrogenase

2. Koenzim : NAD, NADP, Asam tetra hidrofosfat, Tiamin pirofosfat, ATP

3. Aktivator : umumnya merupakan ion-ion logam yg dapat terikat atau mudah terlepas dari enzim misalnya Cu2+, Mn2+, Zn2+, K+, Mg2+

Koenzim Sebagai Reagensia Pemindah Gugus

• Suatu reaksi biokimia untuk memindahkan gugus :

D–G + A A–G + DDimana :G : gugus fungsionalD : donorA : akseptor

1. Koenzim sebagai akseptor akhir

• Misalnya pada reaksi dehidrogenasi

D–G CoE

D CoE–G

OH

CH

H3CO-

C

O

O

C

H3CO-

C

O

NAD+ NADH+ + H+

L - laktat Piruvat

Enzim laktat dehidrogenase

2. Koenzim sebagai pembawa gugus antara

►Misalnya pada reaksi transaminasi yg melibatkan koenzim piridoksalfosfat

D–G CoE

D CoE–G

A–G

A

Penggolongan Koenzim• Diklasifikasikan menurut gugus yg pemindahannya

dipermudah oleh koenzim tersebut yaitu :1. Koenzim pemindah gugus :

- gula fosfat- Koenzim A- Tiamin difosfat (TPP)- Piridoksal fosfat- Tetrahidrofolat (FH4)- Biotin- Koenzim kobamida (B12)

2. Untuk pemindahan hidrogen (Koenzim redoks)- NAD+, NADP+

- FMN, FAD- Asam lipoat- Koenzim Q/Ubikinon- Gugus hem

NO KO-ENZIM VITAMIN FUNGSI

1. Nikotinamida Adenin Dinukleotida (NAD) Asam Nikotinat (NIASIN)

Redoks

2. Nikotinamida Adenin Dinukleotida Phosphat (NADP)

Asam Nikotinat (NIASIN)

Redoks

3. Flavin Adenin Dinukleotida (FAD) Riboflavin Redoks

4. Flavin Mononukleotida (FMN) Riboflavin Redoks

5. Tiamin Pirofosfat (TPP) Tiamin Oksidatif dekarboksilasi

6. Piridoksal fosfat Piridoksin (vit.B6) Transaminasi dan rasemase

7. Koenzim A Asam Pantotenat Transfer gugus asil

8. Biotin biotin Transfer CO2

9. Koenzim B12 Kobalamin (vit.B12) Transfer gugus fungsional

METABOLISME XENOBIOTIK

• Xenobiotik (xenos = asing) senyawa asing yang terdapat di dalam tubuh . Contoh : obat-obatan, karsinogen kimiawi, polutan, bhn addiktif dan insektisida tertentu.

> 200.000 jenis• Masuk ke dalam tubuh metabolisme (terutama di hepar)

METABOLISME XENOBIOTIKMetabolisme xenobiotik 2 fase : - Fase I : hidroksilasimengubah xenobiotik aktif menjadi inaktif

sitokrom P450.- Fase II : konjugasi mereaksikan xenobiotik inaktif dengan zat kimia tertentu dalam tubuh menjadi zat larut air ekskresi lewat empedu dan urin.

Reaksi Fase I• Reaksi utama yang terjadi : hidroksilasi

Enzim : monooksigenase sitokrom P450 Fungsi Sitokrom P450 adalah sebagai katalisator perubahan Hidrogen (H) pada xenobiotik menjadi gugus Hidroksil (OH)

• Reaksi :

P450(r) P450(o) RH + O2 R-OH + H2O

• Hidroksilasi umumnya dapat menghentikan kerja obat (tidak selalu)

• Reaksi lain yang dikatalisa enzim ini : deaminasi, dehalogenasi, desulfurasi, epoksidasi, peroksigenasi, reduksi

• Reaksi lain pada fase I (beda enzim) : hidrolisis (esterase)

Sitokrom P450 (CYP)• Berperan pada fase I metabolisme berbagai

xenobiotik (>50 % obat menurunkan, meningkatkan, tidak berpengaruh pada aktivitas obat)

• Juga berperan pada metabolisme senyawa endogen (mis. Steroid)

• Merupakan hemoprotein• Memiliki spesifitas substrat luas bereaksi

pada berbagai macam senyawa

• Katalisator “serbaguna” 60 tipe reaksi• Prinsip reaksi : Mengkatalisa pengikatan satu

atom O pada substrat, sedang atom O yg lain direduksi menjadi H2O

• Produk : lebih larut air mudah diekskresi.• Dapat ditemukan di berbagai jaringan,

terutama liver (retikulum endoplasasma halus, mitokondria)

• Kadang dapat menghasilkan produk karsinogenik

• Memiliki massa : 55 kDa.• Dapat diinduksi interaksi obat.• Dapat dihambat oleh obat tertentu / metabolitnya

interaksi obat. Mis : CYP2C9 berperan pd metabolisme Warfarin (antikoagulan), produksi CYP2C9 dapat ditingkatkan oleh Phenobarbital; Konsumsi ethanol CYP2E1↑ komponen asap rokok & beberapa macam pelarut karsinogenik.

• Memiliki polimorfisme genetik metabolisme obat atipikal.

• Bila ada kerusakan jaringan hepar (mis. Sirosis) mempengaruhi aktivitas enzim metabolisme obat terganggu

Reaksi Fase II• Terjadi konversi produk fase I (oleh enzim

spesifik) metabolit polar.• Proses :

– Konjugasi (asam glukoronat, sulfat, asetat, glutation, asam amino tertentu)

– Asetilasi dan Metilasi • Hasil : metabolit yang lebih larut air

ekskresi di urin atau empedu

5 tipe reaksi fase II :• 1. Glukoronidasi: proses menkonjugasi xenobiotik

dengan asam glukorunat, dengan enzim glukuronil transferase (retikulum endoplasma dan sitosol)

• Donor glukoronid (terikat pada gugus oksigen, nitogen atau sulfat pada substrat) : UDP-glucuronic acid

• Xenobiotik yang mengalami glukorunidasi (substrat) adalah: asetilaminofluoren (karsinogenik), anilin, asam benzoat, meprobamat, fenol dan senyawa steroid

Glukoronidasi

2. Sulfasi : proses konjugasi xenobiotik dengan asam sulfat

• Donor sulfat : adenosine 3’-fosfat-5’ fosfosulfat (PAPS)• Substrat : alkohol, arylamin, fenol

3. Konjugasi dengan glutation– Glutation : tripeptida (asam glutamat, sistein,

glisin GSH )– Substrat : xenobiotik elektrofilik (karsinogen tertentu)– Reaksi : R + GSH R-S-G– Enzim : glutation S-transferase– Terdapat banyak pada hepar (sitosol)– Pasca konjugasi substrat terkonjugasi mengalami

metabolisme lebih lanjut (pembuangan gugus glisinil dan glutamil dan penambahan gugus asetil pada gugus sisteinil) Asam merkapturat ekskresi

Konjugasi dengan glutation

–Fungsi lain glutation :• Berperan pada dekomposisi H2O2

(produk reaksi oleh glutation peroksidase)

• Sebagai reduktan intrasesuler• Sebagai pengangkut beberapa asam

amino melintasi membran pada ginjal

4. Asetilasi – Reaksi : X + asetil KoA asetil-X + KoA– Enzim : asetiltransferase (sitosol pada sel

liver, terutama)– Substrat : isoniazid

5. Metilasi – Enzim : metiltransferase– Donor metil : S-adenosilmetionin

• Aktifitas enzim yang terlibat pada metabolisme xenobiotik dipengaruhi oleh :– Usia– Jenis kelamin– Faktor lain

• Metabolisme xenobiotik kadang disebut proses detoksifikasi, tetapi istilah ini tidak semuanya benar, sebab tidak semua xenobiotik bersifat toksik

• Respon metabolisme xenobiotik mencakup efek farmakologik, toksik, imunologik dan karsinogenik

SELAMAT BELAJARTERIMA KASIH