-
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.