materi dasar enzim - universitas brawijaya · 2019. 9. 5. · difinisi dan pengertian enzim adalah...

MATERI DASAR

ENZIM

OLEH

CHANIF MAHDI

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MIPA

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

2006

DIFINISI DAN PENGERTIAN

ENZIM ADALAH GOLONGAN SENYAWA ORGANIK, YANG

DIHASILKAN OLEH SEL- SEL ATAU JARINGAN HIDUP,

BERPERAN SEBAGAI KATALISATOR BERSIFAT SPESIFIK.

KATA ENZIM ATAU ENZYME BERASAL DARI BAHASA YUNANI,

YANG ARTINYA ADALAH “ DIDALAM SEL “.

NAMA LAIN DARI ENZIM ADALAH “FERMEN” ARTINYA ADALAH

RAGI.

ENZIM ADALAH KATALISATOR YANG BERSIFAT SPESIFIK.

ARTINYA ADALAH BAHWA ENZIM DAPAT BEKERJA SECARA

OPTIMAL PADA SUATU BAHAN ATAU SUBSTRAT TERTENTU

ENZIM ADALAH GOLONGAN PROTEIN GLOBULER, YANG BERSIFAT LARUT DALAM AIR.

SUMBER ENZIM ADALAH TANAMAN, HEWAN DAN MIKROORGANISME.

BEBERAPA ISTILAH YANG PERLU DIKETAHUI TENTANG ENZIM.

1. APOENZIM

ADALAH BAGIAN DARI ENZIM YANG

TERSUSUN DARI PROTEIN.

2. KOFAKTOR

ADALAH SENYAWA TAMBAHAN, BAIK BERUPA SENYAWA ORGANIK MAUPUN ANORGANIK, YANG DIBUTUHKAN OLEH ENZIM, SUPAYA BISA AKTIF.

3. AKTIVATOR

ADALAH KOFAKTOR SUATU ENZIM, BERUPA ION LOGAM ( Mg, Zn, Mn)

4. GUGUS PROSTETIK

KOFAKTOR YANG TERIKAT KUAT, PADA MOLEKUL ENZIM

5. KOENZIM KOFAKTOR ENZIM, BERUPA SENYAWA ORGANIK, BUKAN PROTEIN

6. ISOENZIM

BAGIAN DARI APOENZIM, YANG BERBEDA SUSUNAN ASAM- ASAM AMINONYA, PADA BAGIAN POLIPEPTIDANYA.

7. PROENZIM ATAU ZYMOGEN

ADALAH ENZIM DALAM KEADAAN TIDAK AKTIF

CONTOH : PEPSINOGEN ADALAH PEPSIN DALAM KEADAAN TIDAK AKTIF.

8. SUBSTRAT

TEMPAT ATAU MEDIA DIMANA ENZIM

BEKERJA

9. ACTIVE SITE ( SISI AKTIF)

BAGIAN DARI ENZIM YANG BERPERAN

PENTING DALAM MENGIKAT

SUBSTRAT

Enzymes

• Adalah suatu protein

• Berfungsi sebagai katalis

• Bersifat spesifik artinya adalah :

• Satu substrate per satu enzyme ( diberi nama sesuai dengan nama substrate)

• “ase” suffix glucase

ATPase

lipase

hydrolase

PENGGOLONGANENZIM

• ADA 6 KELAS/ GOLONGAM ENZIM BERDASARKAN IUB ( INTERNATIONAL UNION OF BIOCHEMISTRY)

– OKSIDOREDUKTASE

– TRANSFERASE

– HIDROLASE

– LIASE

– ISOMERASE

– LIGASE

Biokimia 51

Enzym butuh ATP untuk

nenurunkan Energy of Activasi

Temperature

• Setiap kenaikan suhu, akan diikuti kenaikan aktivitas enzim. Setiap kenaikan suhu 100 C ,kecepatan reaksi meningkat dua kali.

• Apabila kenaikan suhu terlalu tinggi maka enzim akan mengalami denaturasi, dimana enzim akan mengalami perubahan strukturnya sehingga mengalami kesulitan dalam mengikat substrat (s).

• Enzim tubuh manusia bekerja pada suhu 37oC

pH

• Setiap enzim mempunyai pH optimum

sendiri, untuk dapat bekerja secara

maksimum.

Terjadinya perubahan pH, dapat terjadi

perubahan kecepatan reaksi.

• Perubahan pH secara drastis ,dapat

menimbulkan terjadinya denaturasi, Krn

enzim mengalami perubahan struktur.

FAKTOR KONSENTRASI

• Konsentrasi Substrat

– Makin tinggi konsentrasi substrat, maka

semakin tinggi terjadinya tumbukan antara

molekul substrat dan enzim, dengan

demikian akan semakin tinggi produk yang

dihasilkan per unit waktu.

Enzyme Concentration

• Enzymes dapat bekerja 100%, apabila

sisi aktifnya penuh dengan substrat .

Peningkatan konsentrasi substrate,

akan meningkatkan kecepatan reaksi.

Konsentrasi substrat tetap, tetapi

konsentrasi enzim meningkat?????

Silahkan cek di laboratorium

Substrates: adalah sebagai

reaktan metabolisme

Model ikatan enzim dan

Substrat

Model Key and Lock

Essential of Enzyme Kinetics

E S + P +

Steady State Theory

In steady state, the production and consumption of

the transition state proceed at the same rate. So the

concentration of transition state keeps a constant.

S E E

Juang RH (2004) BCbasics

Induced Fit Model of

Enzymes

Enzyme-Substrate Complexes

• The “active site” atau sisi aktif adalah sebagai tempat dimana substrates and enzyme bersatu.

Enzyme Cofactors

• Cofactors: ions anorganik atau molekul organik

bukan protein (coenzymes) yang dibutuhkan

oleh beberapa enzymes supaya dapat

berfungsi sebagai katalis.

Coenzymes

Vitamins

Metals

Memilih suatu kofaktor

• Vit. A

• Vit. B

• Biotin

• Vit. C

• Niacin

• Vit. D

• Calcium

• Magnesium

• Zinc

• Iron

• Potassium

• Sodium

• Iodine

Print a brief description include:

• Function

• Image from google

• Symptoms of deficiency

• Food source

• Mechanism

Enzyme Kinetics

vo= Vmax [S]

Km + [S]

Km Vmax &

E1 E2 E3

1st order

zero order

Competitive

Non-competitive

Uncompetitive

Direct plot

Double reciprocal

Bi-substrate reaction also follows M-M equation, but one of the substrate should be saturated when estimate the other

Affinity with

substrate

Maximum

velocity Inh

ibitio

n

Activity

Observe vo change under various [S], resulted plots yield Vmax and Km

k3 [Et]

kcat

Turn over number

kcat / Km

Activity Unit

1 mmole min

Specific Activity

unit mg

Significance

Juang RH (2004) BCbasics

Enzyme Stabilizes Transition State

S

P

ES

EST

EP

ST

Reaction direction

Energy change

Energ

y req

uired

(no

catalysis)

En

ergy

decreases (u

nd

er catalysis)

What’s the difference? T = Transition state

Adapted from Alberts et al (2002) Molecular Biology of the Cell (4e) p.166

Incre

ase

Su

bstra

te C

on

ce

ntra

tion

2 1 3 4 5 6 7 8 0

0 2 4 6 8

Substrate (mmole)

Pro

duct

80

60

40

20

0

S

+

E

↓

P

(in a fixed period of time)

Juang RH (2004) BCbasics

An Example for Enzyme Kinetics (Invertase)

Vmax

Km S

vo

1/S

1 vo

Double reciprocal Direct plot

1) Use predefined amount of Enzyme → E

2) Add substrate in various concentrations → S (x 軸)

3) Measure Product in fixed Time (P/t)→ vo (y 軸)

4) (x, y) plot get hyperbolic curve, estimate → Vmax

5) When y = 1/2 Vmax calculate x ([S]) → Km

1

Vmax

- 1

Km

1/2

Ju

an

g R

H (

20

04

) B

Cba

sic

s

A Real Example for Enzyme Kinetics D

ata

no

1

2

3

4

0.25

0.50

1.0

2.0

0.42

0.72

0.80

0.92

Absorbance v (mmole/min) [S]

0.21

0.36

0.40

0.46

(1) The product was measured by spectroscopy at 600 nm for 0.05 per mmole

(2) Reaction time was 10 min

Velocity Substrate Product Double reciprocal

1/S 1/v

4

2

1

0.5

2.08

1.56

1.35

1.16

→

→

→

→

1.0

0.5

0

v

Direct

plo

t

Do

ub

le r

ecip

rocal

2.0

1.0

0

1/v

-4 -2 0 2 4 1/[S]

0 1 2 [S]

1.0

-3.8

Ju

an

g R

H (

20

04

) B

Cba

sic

s

Significance of Enzyme Kinetics

vo = Vmax [S]

Km + [S]

Obtain Vmax and Km

[S] = Low → High [S] = Fixed concentration

zero order

1st order

E3

E2

E1

Pro

portio

nal to

en

zym

e con

centratio

n v0 = Vmax × K = k3 [Et] × K

Juang RH (2004) BCbasics

Km = [S]

Km + [S] = 2 [S]

Vmax

2 =

Vmax [S]

Km + [S]

Km: Affinity with Substrate

If vo = Vmax

2

S2 S1 S3

S1 S2 S3

Vmax

1/2

When using different substrate

Affinity changes Km

vo = Vmax [S]

Km + [S]

Ju

an

g R

H (

20

04

) B

Cba

sic

s

Dengan syarat apabila S = KM, maka;

V(S) V (S) V (S)

V = ---------- = ---------- = -------- = ½ V

KM+ S S + S 2 S

Jadi pada saat (S) = KM , maka kecepatan reaksinya = ½ V Mak.

Karena membuat grafik dengan garis lengkung sangat sulit, maka

tuan

Line Veaver Burk, membuat modifikasi terhadap persamaan michelis Menten

sebagai berikut :

V (S) 1 KM + S KM S

V = -------------- = Maka ------ = ------------ = ----------- + -------

KM + S V V (S) V (S) V

KM 1 1 1 KM 1

1/V = -------- x …….. + ---------- = ---- + ---------- x -------

VM S V v VM S

Persamaan di atas Identik dengan garis regresi Y = a + bX

• T = Waktu inkubasi dalam menit Dari persamaan Michelis Menten dapat pula diturunkan dalam bentuk persamaan Hanes, sebagai berikut :

• S KM 1

• ---- = ------ + ---- x (S) Identik dengan Y = a + bX

• V VM V

• Y

• S

• ---- Slope/ 1/VM

• V

• KM/VM

• X

• (S

•

•

• Unit Aktivitas Enzim

• Satu unit aktivitas adalah banyaknya enzim yang dapat menyebabkan transformasi satu micromole (µMole) atau 10-6M substrat permenit pada suhu tertentu ( Unit/per mL larutan enzim)

• C H

• Rumus aktivitas enzim =-------------------- x ------

• BM Produk x t E

• Keterangan :

• C = konsentrasi produk (µg/mL) atau mg/ L

• H = Volume total larutan

• E = Volume enzim ( ml)

MENGUKUR AKTIVITAS ENZIM

Untuk dapat mengukur aktivitas enzim, paling tidak harus

memiliki kurve sandar melalui titik (0,0) dengan persamaan

garis regresi Y = aX

Konsentrasi

(ppm)

Absorbansi

I II III

Rataan

0

4

8

12

16

20

0

0,1042

0, 1893

0,2663

0,3549

0,4071

0

0,1041

0,1892

0,2664

0,3548

0,4070

0

0,1043

0,1894

0,2662

0,3550

0,4072

0

0,1042

0,1893

0,2663

0,3549

0,4071

Tabel . Analasis Data Regresi

Konsentrasi

(X)

Absorbsi

(Y)

X2

Y2

XY

0

4

8

12

16

20

0

0,1042

0,1893

0,2663

0,3549

0,4071

0

16

64

144

256

400

0

0,0109

0,0358

0,0709

0,1260

0,1657

0

0,4168

1,5144

3,1956

5,6784

8,1420

∑ 60 1,3218 880 0,4093 18,9472

X- 10 0,2203

Persamaan Garis Regresi :

∑ xy

Y = aX dimana a = -------------

∑ x2

(∑X)2

∑ x2 = ∑ X2 - ------- = 880 - (6)n/ 6 =

n

= 880 – 3600/6 = 880- 600 = 280

∑ xy = ∑ XY - (∑X)(∑Y)/n = 18,9472 – (60) (1,3218)/ 6 =

= 18,472 - 13,20 = 5,74

Persamaan Garis Regresi :

∑ xy 5,74

a = -------- = ------- = 0,0205

∑ x2 280

Maka Persamaan garis regresinya adalah Y = 0,0205 X

Menetapkan konsentrasi dan aktivitas enzim

Menetapkan konsentrasi (C) zat X dari larutan yang tidak diketahui konsentrasinya dengan menggunakan persamaan garis regresi Y = aX, dalam hal ini adalah dengan persamaan garis regresi Y = 0,0205X

Contoh soal :

Apabila diketahui dalam suatu percobaan di laboratorium sbb: besarnya angka absorbansi suatu larutan enzim = 0,2218. Besarnya volume larutan + enzim = 10 mL. Volume enzim = 0,80 mL. Waktu inkubasi 20 menit.

a. Hitung konsentrasi (C) zat X

b. Hitung besarnya aktivitas enzim maltase tersebut.

Penyelesaian Soal

• Jawab :

• Peneyelesaian soal 1 :

• Y = 0,0205 X maka 0,2218 = 0,0205 X

• Maka X = konsentrasi glukose = 0,2218/0,0205 =

• 10,8195 µg/mL.

• Penyelesaian soal 2 :

• C H

• Rumus aktivitas enzim = ----- x ------ =

• BM x t E

• 10,8195 10 108,195

• = ------------- x ------ = --------- = 3,75 x 10_2 unit

• 180 x 20 0,80 3600 x 0,80

LATIHAN SOAL

1. JELASKAN APA YANG DIMAKSUD DENGAN ENZIM

2. JELASKAN MENGAPA DALAM PERCOBAAN ENZIM

PERLU MEMPERHATIKAN FAKTOR pH.

3. TULISLAH RUMUS MENGHITUNG AKTIVITAS

ENZIM. JELASKAN MASING- MASING SIMBOL

DALAM RUMUS TERSEBUT.

4. TULISLAH DUA RUMUS PENTING DALAM

MENGHITUNG KM DAN V MAK. GAMBARKAN

MODEL GAMBAR PERSAMAAN GARISNYA.

CATATAN PENTING TENTANG Km

Nilai Km dapat memberikan informasi tentang afinitas

enzim terhadap substrat. Enzim dengan afinitas yang

tinggi untuk substrat dengan harga Km yang rendah.

Sebaliknya enzim dengan dengan afinitas yang rendah

untuk substrat dengan Km yang yang tinggi. Nilai Km

bervariasi antara 10-2 sampai 10 -7 M (tergantung

konsentrasi substrat yang diukur).

Km = Mrpk banyaknya substrat yang menghasilkan

kecepatan reaksi ½ V Max.

Km = adalah konsentrasi substrat yang diperlukan untuk

menghasilkan ½ laju V max.

Maka jika Km besar berarti enzim tdk efektif.

Pemberian Nama dan kode enzim

Untuk mempermudah pemberian nama enzim,

digunakan kode dengan menggunakan nomor angka

secara sistimatik dengan aturan yang di dibuat oleh

komisi enzim( Enzyme commision) atau EC.

Menurut aturan EC, enzim diberi kode angka dengan

yang terdiri dari 4 digit :

1. Angka pertama menunjukkan kelas/ gol enzim

2. angka kedua menunjukkan sub kelas

3. Angka ketiga menunjukkan sub sub kelasnya

4. Menunjukkan nama spesifik dari enzim

Sebagai contoh enzim dengan kode EC 2.7.1.1.

adalah enzim kelas 2 , yaitu transferase, yang

mentransfer sub kelas 7 (fosfat) kepada sub sub kelas 1

(alkohol) sebagai aceptornya.

Contoh 2 : Enzim Askorbic oksido reduktase ,

mempunya kode EC. 1. 10. 3.3.

Keterangan pengaruh pH

Perubahan pH sangat berpengaruh terhadap kerja

enzim, karena enzim adalah protein. Karena adanya

perubahan pH , akan terjadi perubahan struktur intra

molekuler sebagai akibat adanya perubahan ikatan –

ikatan kimia : Ikatan hidrogen , hidropob bonding.

Apabila perubahan terlalu besar (asam/basa) dapat

terjadi denaturasi, sehingga enzim kehilangan

aktivitasnya. Perubahan struktur enzim sebelum terjadi

denaturasi, dikenal sebagai perubahan konformasi.

Perubahan konformasi sangat diperlukan dalam proses

pembentukan senyawa komplek (enzim substrat

komplek). Supaya aktivitas enzim maksimum diperlukan

perubahan konformasi yang sesuai, shg memberikan

aktivitas yang optimal, pada pH optimal.

Mekanisme Reaksi enzim thdp pH

Untuk substrat yang dapat mengadakan ionisasi,

pengaruh perubahan pH terhadap pembentukan enzim

substrat komplek lebih mudah dijelaskan.

Contoh :

Enzim yang bermuatan negatif bereaksi dengan substrat

yang bermuatan positif :

E- + SH + E- SH

Makin rendah pH larutan , muatan (–) enzim makin kecil,

bisa- bisa sampai nol . Apabila pH larutan = Titik

isoelektriknya bahkan berbalik muatannya menjadi

positif dimana pH larutan > titik isoelektriknya, maka

enzim tidak bisa mengikat subtrat lagi.

Sebaliknya apabila pH larutan tinggi , meskipun muatan

enzim makin besar muatan negatifnya (-) , tetapi

substratnya akan kehilangan muatan positifnya, karena

H+ nya terambil oleh OH - larutan :

SH + S + H +

Maka dengan demikian tidak terbentuk E- S komplek.

E- S komplek hanya akan terbentuk apabila E dan S

berlawanan muatan.