Enzim

ETI YERIZELBAGIAN BIOKIMIA

FK-UNAND

Pokok Bahasan

• Definisi umum• Bagian penting dari enzim• Klasifikasi Enzim• Bagaimana enzim bekerja

– Hubungan enzim dng substrat– Hubungan enzim dng inhibitor

• Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim• Kinetika enzim

Definisi Umum

Dlm system biologi reaksi kimia selalu memerlukan katalis. Tanpa katalis sangat lama shg diperlukan Enzim yg berfungsi sbg biokatalisatorprotein yang berfungsi untuk mempercepat reaksi dengan jalan menurunkan tenaga aktivasi dan tidak mengubah kesetimbangan reaksi, serta bersifat sangat spesifik.

• Katalis yg paling efisien mampu mempercepat reaksi 1020 kali lbh cepat

• Enzim bersifat sangat spesifik, baik jenis reaksi maupun substratnya ,

Tripsin

Trombin

• Enzim tidak ikut bereaksi dgn substrat atau produknya

• Aktifitas dapat dikontrol sesuai dengan kebutuhan organisme itu sendiri Contoh : enzim yg mengkatalisis reaksi pertama pada suatu siklus biosintesis biasanya di hambat oleh produk akhirnya(feedback inhibition)

• bbrp enzim disintesis dlm btk tidak aktif. Dan akan diaktifkan oleh kondisi dan waktu yang sesuai (enzim allosterik) . prekursor yg tidak aktif disebut zymogen

Tiga sifat utama enzim :

• Kemampuan katalitiknya• Spesifisitas• Kemampuan untuk diatur (regulasi)

Bagian-bagian enzim

Kita mengenal istilah:

Holoenzim

Apoenzim/ apoprotein

Gugus prostetik

Koenzim

Kofaktor

Bagian-bagian enzim (lanjutan)

• Seperti halnya protein lain, enzim memiliki BM antara 12,000 – 1 juta kd

• Beberapa enzim tidak membutuhkan molekul kimiawi lain untuk aktifitasnya, beberapa membutuhkan kofaktor / koenzim

• Kofaktor ion-ion inorganik yg dibutuhkan enzim untuk melakukan fungsinya

• Koenzim molekul organik (komplek) yang dibutuhkan enziim untuk melakukan fungsinya

• Koenzim atau kofaktor yang terikat sangat kuat bahkan terikat dengan ikatan kovalen dengan enzim gugus prostetik

• Enzim aktif lengkap dengan semua komponennya holoenzim

• Bagian yang terdiri dari protein saja pada suatu enzim Apoenzim / apoprotein

• Fungsi koenzim adalah sebagai karier sementara dari gugus fungsional yg berperan dalam reaksi ensimatis tersebut.

Klasifikasi enzim• 1. Oksido reduktase Pemindahan elektron• 2.Transferase Pemindahan ggs fungsional

• 3.Hidrolase Reaksi hidrolisis(pemindahan• ggs fungsional ke air) • 4. Liase Pemindahan ggs ke ikatan • ganda• 5. Isomerase Pemindahan ggs di dalam mo• lekul menghasilkan isomer• 6. Ligase Pembentukan ikatan C-C, C-S• C-O dan C-N

Bagaimana enzim bekerja• Reaksi tanpa enzim:

– Lambat– Membutuhkan suhu yang tinggi – Tekanan yang tinggi

• Reaksi enzimatis– Enzim memberikan suatu lingkungan yg spesifik di

dalam sisi aktifnya, sehingga reaksi secara energetik dapat lebih mudah terjadi

• Perbedaan antara energi reaktan (fase awal) dgn energi produk (fase akhir) selisih energi bebas standar (ΔGº)

Agar reaksi berjalan spontan, bagaimanakah

nilai ΔGº

Enzim mempercepat reaksi tetapi tidak mengubah keseimbangan reaksi atau ΔGº

Kesetimbangan reaksi antara Reaktan dan produk mencerminkan perbedaan energi bebas pada fase awal

Kecepatan reaksi tergantung energi aktifasi ΔGº≠ suatu pasokan energi dibutuhkan untuk mengawali suatu reaksi

Energi aktifasi untuk reaksi yg dikatalis dengan ensim lebih rendah dr reaksi tanpa ensim

Glukosa + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O ΔGº = -2880 kJ/mol

Enzim penting untuk menurunkan energi aktifasi untuk memulai suatu reaksi

Enzim mengikat substrat menciptakan jalan reaksi yg berbeda yg mempunyai fase transisi lebih rendah dbanding reaksi tanpa enzim

Inti dr reaksi katalisis ikatan yg spesifik pd fase transisi

• Substrat terikat interaksi nonkovalen

E + S ↔ ES ↔ EP ↔ E + P

• Kekuatan enzim dlm mengkatalisis suatu reaksi kemampuan enzim membawa substrat bersama-sama pd orientasi yang tepat untuk terjadinya suatu reaksi

• Substrat terikat pd sisi aktif yi cekukan pd protein yg berisi asam amino yg penting untuk tjdnya suatu reaksi kimia

Karakteristik sisi aktif enzim • merupakan bagian kecil dari enzim (Mengapa enzim

harus memiliki ukuran besar?)• sisi aktif merupakan suatu cekukan yang bersifat 3

dimensi. memberikan linkungan mikro yg sesuai utk terjadinya suatu reaksi kimia

• substrat terikat pada sisi aktif dengan interaksi / ikatan yang lemah.

• Spesifitas enzim dipengaruhi oleh asam amino yg menyusun sisi aktif suatu enzim

Gambar sisi aktif ensim dan asam amino yang terlibat

• Sisi aktif mempunyai 2 bagian yg penting:– Bagian yang mengenal substrat dan kemudian

mengikatnya– Bagian yang mengkatalisis reaksi, setelah substrat

diikat oleh enzim

• Asam amino yang membentuk kedua bagian tersebut tidak harus berdekatan dalam urutan secara linear, tetapi dalam konformasi 3D mereka berdekatan

Teori untuk menjelaskan kerja enzim:• Lock and Key analogy

Enzim memiliki struktur sisi spesifik yang cocok dengan substrat.Mampu menerangkan spesifitas ensim ttp tidak dapat menerangkan stabilitas fase transisi ensim

• Induced Fit theorymempertimbangkan fleksibilitas protein, sehingga pengikatan suatu substrat pada enzim menyebabkan sisi aktif mengubah konformasinya sehingga cocok dgn substratnya. dpt menerangkan fase transisi ES komplek

Lock and key model

Induced Fit model

Faktor-faktor yg mempengaruhi kerja enzim

• pH setiap enzim mempunyai pH optimum utk bekerja.

contoh : pepsin pH 2, amylase pH 7.0• Temperatur setiap kenaikan suhu 10˚C (sampai

40˚C), kecepatan reaksi naik 2 x lipatnya dan reaksi terhambat dan berhenti pada 60˚C. Mengapa?

• [S] dan atau [E]

Kinetika Reaksi Enzimatis

E + S ES E + PK1 K2

K-1

K1 : kecepatan konstan pembentukan ES komplekK2 : kecepatan konstan konfersi ES komplek ke PK-1 : kecepatan konstan pemecahan ES komplek ke E bebasEnzim sangat efisien dalam mengkatalis suatu reaksi, steady state (keseimbangan reaksi) segera dapat tercapai apabila : Kecepatan pembentukan ES komplek sama dengan kecepatan pemecahannya

K-1 + K2 = Km konstanta Michaelis K2 Vmax [S]V = Persamaan Michaelis-Menten Km + [S]

• Ketika kondisi diatur sehingga [S] = Km maka

Vmax [S]

V = dan V = Vmax / 2• [S] + [S]

Lineweaver-Burk double reciprocal plot

Y = m x + b

Penghambatan Reaksi Enzimatis

• Kerja enzim dapat dihambat secara reversible atau irreversible • Irreversible pembentukan atau pemecahan ikatan kovalen dalam

enzim• Reversible suatu senyawa dapat terikat dan kemudian dpt lepas

kembali

Reversible inhibitor ini dpt dibagi :– competitive– non-competitive– un-competitive

penghambatan competitive

• inhibitor bersaing dgn substrat untuk terikat pd sisi aktif

• Biasanya inhibitor berupa senyawa yg menyerupai substratnya, & mengikat enzim membentuk komplek EI

• krn terikat scr reversible penghambatan nya bias, yaitu ketika ditambah substrat maka penghambatan berkurang

penghambatan non-competitive

• inhibitor terikat pada sisi lain dari enzim (bkn sisi aktif)

• jadi tidak memblok pembtkan enzim-substrat komplek

• Enzim mjd tidak aktif ketika inhibitor terikat walau enzim mengikat substrat

• Inhibitor mengurangi konsentrasi enzim yg aktif, sehingga mempengaruhi Vmax –nya

Penghambatan un-competitive

• Terikat pd sisi selain sisi aktif enzim

• Berbeda dgn non-competitive inhibitor ini hanya terikat pd ES komplek

• Sehingga tidak terikat pd enzim bebas

• Vmax berubah, dan Km juga berubah

Enzim allosterik

• Enzim allosterik mengalami perubahan konformasi sebagai respon terhadap pengikatan modulator efektor

• Allosterik enzim biasanya lebih komplek dari non allosterik enzim, memiliki sub unit lebih dari satu

• Memiliki satu atau lebih sisi allosterik / regulator untuk mengikat modulator.

• Seperti halnya substrat, setiap regulator memiliki sisi pengikatan yang berbeda

• Untuk enzim homotropik sisi aktif dan sisi regulator sama

• specific activity is the amount of product formed by an enzyme in a given amount of time under given conditions per milligram of enzyme.

• The rate of a reaction is the concentration of substrate disappearing (or product produced) per unit time (mol L − 1s − 1)

• The enzyme activity is the moles converted per unit time (rate × reaction volume). Enzyme activity is a measure of quantity of enzyme present. The SI unit is the katal, 1 katal = 1 mol s-1, but this is an excessively large unit. A more practical value is 1 enzyme unit (EU) = 1 μmol min-1 (μ = micro, x 10-6).

• The specific activity is the moles converted per unit time per unit mass of enzyme (enzyme activity / actual mass of enzyme present). The SI units are katal kg-1, but more practical units are μmol mg-1 min-1. Specific activity is a measure of enzyme efficiency, usually constant for a pure enzyme.

• If the specific activity of 100% pure enzyme is known, then an impure sample will have a lower specific activity, allowing purity to be calculated.

• The % purity is 100% × (specific activity of enzyme sample / specific activity of pure enzyme). The impure sample has lower specific activity because some of the mass is not actually enzyme.

Peranan Enzim

• 1. Penyelidikan reaksi-reaksi metabolik dan pengaturannya• 2. Sebagai katalisator dalam industri yg mensintesis hormon/antibiotik• 3. Membantu dlm menegakkan diagnosa krn kadar enzim pd keadaan patologik tertentu dpt mengalami perub yg nyata dlm darah ataupun jaringan, penyakit genetik (endonuklease retriksi)*. 4. Dalam pengolahan pangan, pertanian, peternakan dan pd akv. Sehari-hari dirumah

Pembagian Enzim berdasarkan lokasinya• Enzim plasma fungsional: Enzim atau proenzim tertentu terdapat sepanjang waktu dlm

sirkulasi individu normal, substrat juga terdapat dlm sirkulasi dan melakukan fungsi fisiologis dlm darah

Contoh: Lipoprotein lipase, pseudokolinesterse, proenzim bekuan darah dan lisis bekuan darah

umumnya disintesis dlm hati, konsentrasi dlm darah sama atau lebih tinggi dibandingkan dlm jaringan

• Enzim plasma non fungsional:• Tidak melakukan fungsi fisiologis dlm darah• Substrat sering tdk ada dlm plasma• Konsentrasi dlm darah individu normal berjutakali lebih rendah

dibanding dlm jaringan

LOKASI ENZIM

• Dalam sel hati: Enzim-enzim glikolisis terletak dlm sitoplasma• Enzim-enzim siklus asam sitrat terdapat dalam

mitokondria• Dalam sel pankreas, lambung dan saliva• Isozim : enzim yg mengkatalisa rx yg sama• Tetapi sufat fisika dan kimia protein menunjukkan

perbedaan yg bermakna