ENZIM KATALASEPaper ini diajukan sebagai salah satu tugas mata kuliah Enzimologi

Oleh :

A. Ainun Muflika (20512043)

Cut Yuliana (20512058)

KELOMPOK KEAHLIAN BIOKIMIA

PROGRAM MAGISTER JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2012

A. Penamaan dan Struktur Enzim

Enzim katalase (EC.1.11.1.6) merupakan enzim kelas oksidoreduktase. Enzim katalase

sering juga disebut enzim equilase; caperase; optidase; catalase-peroxidase; CAT. Reaksi yang

dikatalisis oleh enzim ini adalah dekomposisi hidrogen peroksida menjadi hirogen dan oksigen

dengan persamaan reaksi :

Reaksi umum : 2H2O2 katalase 2H2O+ O2

CAT + H2O2 (CAT-H2O2) (Complex I)

(CAT-H2O2)+ H2O2 CAT + H2O + O2 (Catalytic activity)

CAT + H2O2+ AH2 CAT + H2O+ A (Peroxidative activity)

Struktur enzim katalase berupa tetramer dari empat rantai peptide dengan disusun lebih

dari 500 asam amino. Terdapat empat porifirin heme dalam enzim ini dalam reaksinya dengan

hidrogen peroksida. Residu asam amino yang terdapat dalam enzim ini diantaranya adalah His,

Ser, Asn, dan Tyr.

Gambar 1. Struktur Enzim Katalase

B. Isolasi Enzim Katalase

Katalase ditemukan oleh Louis Jacques Thénard pada tahun 1811, dimana dia

menemukan suatu zat yang tidak dikenal. Pada tahun 1900 , Oscar Loew menemukan zat

tersebut dalam tumbuhan dan hewan dan menamainya katalase. Enzim katalase dikristalisasi

oleh James B. Summer pada tahun 1937 dari hati sapi.

Semua mamalia di hatinya terdapat enzim katalase dalam jumlah yang berbeda

tergantung dari metabolisme mamalia tersebut. Selain itu katalase juga terdapat di dalam

peroksisom tumbuhan dan katalase juga terdapat pada semua bakteri aerob dan jamur.

Salah satu jenis jamur adalah Neurospora crassa. CAT 1 merupakan enzim yang diisolasi

dari jenis jamur tersebut dengan menggunakan teknik kromatografi. CAT 1 adalah jenis

homotetramer, glukosilasi dan katalase yang besar. CAT 1 enzim yang efisien yang tidak

terinhibisi oleh konsentrasi molar pada H2O2. Dalam sebuah zymogram terdapat 5 aktivitas pita

terdiri dari CAT 1a enzim yang tidak teroksidasi, CAT 1e enzim yang teroksidasi penuh

sedangkan CAT 1b – CAT 1d enzim dalam bentuk intermediet. Tingkat keasaman pada CAT 1a

lebih rendah (PI 5,45) daripada CAT 1e (PI 5,25).

C. Kinetika Enzim Katalase

Enzim katalase umumnya optimum pada pH 6.8-7, suhu optimum enzim ini berbeda-

beda tergantung dari mana organisme katalase tersebut. Pada tubuh manusia, katalase optimum

pada suhu 370C, sedangkan pada bateri hipertermofilik katalase optimum di suhu 900. Katalase

adalah enzim yang memiliki kcat yang paling besar, sehingga dalam waktu 1 detik katalase dapat

mengubah jutaan molekul hidrogen peroksida.

Konstanta kinetik pada aktivitas enzim CAT 1a dan CAT 1e dilakukan pada suhu 22oC

dengan menentukan kecepatan teramati pada pelepasan gas O2 dengan menggunakan metode

Elektroda Clark.

Gambar 2. Grafik plot aktivitas enzim CAT 1a dan CAT 1e terhadap H2O2

Aktivitas enzim CAT 1a dan CAT 1e diuji pangaruhnya terhadap pH yaitu pada rentang pH

3-8 ditunjukkan pada gambar 3. Berdasarkan grafik tersebut terlihat bahwa aktivitas enzim CAT

1e lebih rendah daripada CAT 1a. akan tetapi aktivitas CAT 1e dan CAT 1a stabil pada pH 7,8.

Gambar 3. Grafik plot aktivitas enzim CAT 1a dan CAT 1e terhadap pH

Aktivitas enzim CAT 1a dan CAT 1e diuji dengan menggunakan inhibitor dimana

Inhibibitor yang digunakan yaitu KCN dengan konsentrasi yang berbeda-beda dengan rentang

0,4-1mM dapat dilihat pada gambar 4. Berdasarkan grafik tersebut dapat dilihat perbedaan

sensitifitas enzim CAT 1a dan CAT 1e, dimana CAT 1e lebih sensitif terhadap inhibitor KCN

daripada CAT 1a.

Gambar 4. Grafik plot aktivitas enzim CAT 1a dan CAT 1e terhadap KCN

D. Aplikasi Enzim Katalase

Enzim katalase dapat digunakan dalam industri keju untuk menghilangkan hidrogen

peroksida dari susu. Hidrogen peroksida digunakan sebagai pengganti pasteurisasi dalam

pembuatan keju tertentu. Hidrogen peroksida merupakan pengoksidasi kuat yang bersifat racun

terhadap sel. Katalase digunakan untuk menghilangkan sisa hidrogen peroksida.

Hidrogen peroksida digunakan dalam pembuatan kain sebagai zat pengelantang atau

bleacing agent. Akan tetapi hidrogen peroksida sangat berbahaya bagi tubuh sehingga harus

dihilangkan dari kain. Oleh karena itu, dalam industri kain katalase digunakan untuk

menghilangkan hidrogen peroksida dari kain.

Dalam tubuh manusia, katalase berperan sebagai antidioksidan. Enzim katalase memecah

superoxide, hidrogen peroksida dan hirdroksil radikal dalam tubuh. Kekurangan enzim katalase

dapat mengakibatkan penyakit diabetes. Hal ini dapat dimanfaatkan sebagai pendeteksi penyakit

diabetes.

E. Modifikasi Enzim Katalase

Enzim katalase dapat dimodifikasi sesuai dengan tujuan dilakukan modifikasi. Modifikasi

bisa dilakukan dengan radiasi, mutasi, kombinasi dengan suatu zat dan modifikasi inhibisi.

Modifikasi gen katalase dapat dimanfaatkan sebagai memprediksi Colorectal Cancer (CRC).

Terdapat korelasi positif antara aktivitas katalase dengan katalase termodifikasi (CAT-21A).

Dimana aktivitas CAT-21A yang rendah menunjukkan resiko CRC yang lebih besar.

Modifikasi inhibisi homocystein pada pemecahan hydrogen peroksida oleh katalase

dapat digunakan untuk mencegah penyakit Alzeimer. Modifikasi katalase dengan Kondroitin

Sulfat dengan menggunakan metode ikatan benzokuinon menghasilkan bienzim kunjugasi

dengan superoksida dismutase. Bienzim ini efisien jika digunakan dalam penelitian invivo.

Modifikasi katalase dengan menggunakan enzim katalase dapat dimobilisasi dengan

suatu membran nanofibrous yang termodifikasi oleh BSA dan kolagen. Hasil yang didapatkan

antara keduanya berbeda yaitu modifikasi nanofibrous dengan BSA dapat temperatur pada

enzim katalase menjadi tidak stabil sedangkan modifikasi nanofibrous dengan menggunakan

kolagen dapat temperatur pada enzim katalase menjadi stabil.

Gambar 5. Pengaruh membrane nanofiber termodifikasi terhadap kestabilan thermal katalase

DAFTAR PUSTAKA

Diaz, A, et.al. 2005. Functional and structural analysis of catalase oxidized by singlet oxygen. Journal biochemistry vol 87 : 205–214. Meksiko.

Kangralkal, et.al. 2010. Oxidative stress and diabeters: a review. International Journal of Pharmatical Applications. Vol 1,:38-45. India

Chang Dong et.al. 2012. Association of Catalase Genotype with Oxidative Stress in Predication of Colorectal Cancer : Modification by Epidemiological Factors. Biomed Eviron Sci. 25(2):156-162. China

Maksimenko, et.al. 1997. Modification of Catalase by Chodroitin Sulfate. CRS. Rusia

Worthinghon Biochemical Corporation . 2009. “Catalase”. Worthinghon Enzyme Manual. Mexico

Loewen,P. 1996. Probing the Structure of Catalase HPII of Eschericha coli-a review. Gene Elsevier : 39-44. Canada