ENZIMSlamet PriyantoFakultas BiologiUNSOED

ENZIM

Enzim biomolekul protein kompleks yang berfungsi mempercepat reaksi (biokatalis)

Enzim memiliki fungsi katalitik yang luar biasa di dalam sel karena:

(1) spesifisitasnya sangat tinggi terhadap substratnya (2) berfungsi di dalam larutan encer pada

suhu dan pH normal.

Semua enzim murni berstruktur protein aktivitas

katalitiknya tergantung pada integritas

strukturnya sebagai protein enzim memiliki fungsi

katalitik tergantung pada keutuhan struktur primer,

sekunder dan tersier protein

Konformasi protein enzim dipertahankan oleh ikatan disulfida dan oleh gaya non kovalen seperti gaya Van der Waals, ikatan hidrogen, gaya elektrostatik, dan interaksi hidrofobik

SPESIFITAS ENZIM TERHADAP SUBSTRAT

1. SPESIFITAS SECARA ABSOLUT (beberapa enzim memiliki spesifisitas yg hampir absolut bg substrat tertentu dan tidak akan bekerja terhadap molekul yg amat serupa)COO-

C H Fumarat (ikatan ganda trans)

C

COO-

H

+

COO-

C HL-Aspartat

CH2

COO-

H3N

NH4+

aspartase

+

COO-

C H Maleat (ikatan ganda sis)

C

COO-

COO-

C NH3+

D-AspartatCH2

COO-

H

H

O

Sisi katalistik

Sisi pengarah

CCH

R

+ X

Molekul khimotripsin

O

CCH

R

+ X

Gugus hidrofobik pengarah

Ikatan asil yang rapuh

Molekul substrat

CH2CHC NHCHCOO-Peptida

NH3

+R

CH2CHC OCH3 Ester

NH3

+

CH2CHC NH2 Amida

NH3

+

O

O

O

Enzim ini bekerja pd berbagai senyawa yg memiliki ciri struktural yg Enzim ini bekerja pd berbagai senyawa yg memiliki ciri struktural yg samasama

khimotripsin : enzim yg menghidrolisa ikatan peptida dan peptida khimotripsin : enzim yg menghidrolisa ikatan peptida dan peptida sederhana, ttp hanya memotong ikatan peptida dg ggs karbonil yg sederhana, ttp hanya memotong ikatan peptida dg ggs karbonil yg berasal dr asam amino yg memiliki cincin aromatik yaitu residu berasal dr asam amino yg memiliki cincin aromatik yaitu residu triptofan, tirosin & phenilalanintriptofan, tirosin & phenilalanin

ENZIM ( protein konyugasi ) : ENZIM ( protein konyugasi ) : asam amino + bukan asam asam amino + bukan asam aminoamino

Protein konyugasi terdiri dari :Protein konyugasi terdiri dari :1.1. Protein = apoenzim Protein = apoenzim (tersusun dr residu2 asam amino) dan (tersusun dr residu2 asam amino) dan

mengandung sisi aktif / sisi katalitikmengandung sisi aktif / sisi katalitik 2. Non protein2. Non protein (gugus prostetik) (gugus prostetik) Organik (koenzim)Organik (koenzim) : vitamin2 yg larut dalam air kecuali vit C : vitamin2 yg larut dalam air kecuali vit C Fungsi; Fungsi; a. mengenal substrat a. mengenal substrat b. sebagai akseptor dan karier (pembawa) gugus yg dilepaskan b. sebagai akseptor dan karier (pembawa) gugus yg dilepaskan

oleh enzimoleh enzim

AH2 + NAD+ AH2 + NAD+ A + NADH + H+ dikatalis oleh dehidrogenase (DH) A + NADH + H+ dikatalis oleh dehidrogenase (DH)Selanjutnya NADH akan membawa H+ (eguivalen hidrogen / ekuivalen Selanjutnya NADH akan membawa H+ (eguivalen hidrogen / ekuivalen

pereduksi) ke aseptor berikutnya.pereduksi) ke aseptor berikutnya. anorganik (Kofaktor)anorganik (Kofaktor) : Ion2 logam. : Ion2 logam. Fungsinya: Fungsinya: a. mempertahankan konformasi protein enzima. mempertahankan konformasi protein enzim b. terlibat dl proses katalitikb. terlibat dl proses katalitikHaloenzimHaloenzim : struktur sempurna enzim (apoenzim + koenzim/kofaktor) : struktur sempurna enzim (apoenzim + koenzim/kofaktor)

Apakah yang dimaksud sisi aktif Apakah yang dimaksud sisi aktif

Karakteristik sisi aktif enzim

• merupakan bagian kecil dari enzim • 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

Gugus kimia yang terlibat dalam pengikatan substrat

Asam amino pada sisi aktif Gugus reaktif

serin H

E-C-OH

H

Aspartat O

E-CH2-C-OH

Sistein E-CH2-SH

Beberapa ion logam yang berperan dalam aktivitas enzim

Beberapa Enzim Mengandung atau memerlukan Unsur Anorganik Esensial sebagai Kofaktor

Fe2+ atau Fe3+ Oksidase sitokhromPeroksidase

Cu2+ Oksidase sitokhrom

Zn2+ Polimerase DNADehidrogenase alkohol

Mg2+ Heksokinase

Mn2+ Arginase

Peranan logam dalam fungsi katalitik enzim

Kompleks enzim-substratKompleks Enz-substrat

Enzim-kofaktor

substrat

kofaktorapoenzim

Produk +

enzim

PENGGOLONGAN ENZIMPENGGOLONGAN ENZIMKlasifikasi secara sederhana adalah substrat + aseKlasifikasi secara sederhana adalah substrat + ase

Karbohidrase, protease, lipase.Karbohidrase, protease, lipase.

Dg ditemukannya beberapa enzim seperti:Dg ditemukannya beberapa enzim seperti: Pepsin Pepsin pepsis (pencernaan) + in pepsis (pencernaan) + in Ptialin (amilase air liur) Ptialin (amilase air liur) ptualon (liur) ptualon (liur) tripsintripsin : ikatan peptida dgn gugus karboksil yg ada residu lisin atau arginin : ikatan peptida dgn gugus karboksil yg ada residu lisin atau arginin

thrupsin (melunakan) thrupsin (melunakan) Papain: protease dari getah pepaya (Carica papaya)Papain: protease dari getah pepaya (Carica papaya) Bromelin: protease dari nanas (Ananas comucus) Bromelin: protease dari nanas (Ananas comucus) termasuk golongan termasuk golongan

Bromeliaceae)Bromeliaceae) Emulsin : enzim yang mampu memecah glikosida pada senyawa amigdalinEmulsin : enzim yang mampu memecah glikosida pada senyawa amigdalin

Klasifikasi sederhana tdk sesuai lagi.Klasifikasi sederhana tdk sesuai lagi.

Penamaan enzim ada 2 bagian: Penamaan enzim ada 2 bagian:

nama pertama : menunjukkan substratnama pertama : menunjukkan substrat

Nama tertakhir : Nama tertakhir : nama reaksinya dengan penambahan kata “ase”nama reaksinya dengan penambahan kata “ase”

Klasifikasi menurut CIUB (Commisi International Union of Biochemistry) berdasarkan reaksi yg dikatalisis

Masing enzim mempunyai kode sistematika yaitu EC: A.B.C.DDigit 1 (A) : kelas utama enzimDigit 2 (B) : sub kelasDigit 3 (C) : sub sub kelasDigit 4 (D): nomor enzim yg bersangkutan pd sub-sub kelas

Contoh: ATP + D-glukosa ADP + D-glukosa 6P ENZIMNYA????

Nomor golongan : E. C. 2. 7. 1. 1

DUA MODEL INTERAKSI ENZIM SUBSTRAT

A .MODEL LOCK AND KEY ( Emil Fisher ) SISI AKTIF ENZIM BEBAS SEJODOH

DENGAN BENTUK SUBSTRAT

B. MODEL INDUCED FIT (D. KOSHLAND)

Model kesesuaian terinduksi pada interaksi ES.Enzim berubah bentuk ketika mengikat subtrat. Situs aktif yang baru mengambil bentuk yang sejodoh dengan substrat hanya sesudah substrat diikat

Bagaimana enzim Bagaimana enzim bekerjabekerja

Satu substrat Contoh E + S ES P + E ENZIM DUA SUBSTRAT

1. REAKSI BERGANTI TUNGGAL

A + B C + D kedua substrat A & B terikat pd enzim dlm urutan yg khusus atau secara acak

A

B A

A

E

E

E

E

E

E

BA

BA

+ C + D

Sisi aktif

2. REAKSI BERGANTI GANDA (Reaksi pingpong)

A X + B A + B X

AX

B X

AX

E

E

E

E

BX

X

E

E

A

BX

Kinetika reaksiKinetika reaksi

Reaksi tanpa enzim:Reaksi tanpa enzim:– LambatLambat– Membutuhkan suhu yang tinggi Membutuhkan suhu yang tinggi – Tekanan yang tinggiTekanan yang tinggi

Reaksi enzimatisReaksi enzimatis– Enzim memberikan suatu lingkungan yg Enzim memberikan suatu lingkungan yg

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

Enzim mempercepat reaksi tetapi tidak mengubah keseimbangan reaksi atau ΔGº (selisih energi bebas standar) Perbedaan antara energi reaktan (fase awal) dgn energi produk (fase akhir)

Energi bebas:energi kinetik yg masih dpt digunakan u melakukan kerja (G)

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

• Kecepatan reaksi tergantung energi aktivasi ΔGº≠• energi aktivasi suatu reaksi : jumlah energi dalam kalori yang energi aktivasi suatu reaksi : jumlah energi dalam kalori yang diperlukan untuk membawa semua senyawa pada suhu tertentu diperlukan untuk membawa semua senyawa pada suhu tertentu menuju keadaan transisi menuju keadaan transisi •Keadaan transisi : kondisi saat semua zat yg akan bereaksi saling Keadaan transisi : kondisi saat semua zat yg akan bereaksi saling

bertumbukanbertumbukan,,

Enzim berikatan dg substrat kompekls ES . Pada reaksi non enzim pembentukan ES membutuhkan energi aktivasi yg lebih besar dr pd reaksi enzimatis.

KINETIKA KATALISIS ENZIMATIKKINETIKA KATALISIS ENZIMATIKLaju reaksi enzimatik sederhana : Kinetika Michaelis MentenLaju reaksi enzimatik sederhana : Kinetika Michaelis Menten

E + S E + S ES ES

ES ES P + E P + E

GGaambmbaarr : : pengaruh kons pengaruh konsentrasientrasi substrat t substrat teehhaaddaap kecepatan awal rxp kecepatan awal rx enzimatik (Menzimatik (Michaelis-ichaelis-MMentenenten))

Vmaks

½ V maks

Konsentrasi substrat, M

Kecepatan awal

KM

A

B

C

SK

S Vmaks Vo

M

Vo = kecepatan awal pada konsentrasi substrat [S]V maks = kecepatan maksimumKM = tetapan Michaelis-Menten enzim bagi substrat tertentu

Persamaan Michaelis-Menten

KKMM atau tetapan Michaelis Menten : atau tetapan Michaelis Menten :

A. A. kons. substrat tertentu pd saat enzim mencapai ½ kecepatan kons. substrat tertentu pd saat enzim mencapai ½ kecepatan maksimumnyamaksimumnya

B.B. KKMM adalah menunjukkan afinitas enzim terhadap substrat adalah menunjukkan afinitas enzim terhadap substrat

KKMM > ENZIM MENGIKAT S DGN LEMAH > ENZIM MENGIKAT S DGN LEMAHKKMM < ENZIM MENGIKAT S DGN KUAT < ENZIM MENGIKAT S DGN KUAT

PENENTUAN KM DGN PERS. MM PENENTUAN KM DGN PERS. MM DUGAAN DUGAAN

PERS. LB (LINEWEAFER-BURK) MERUPAKAN PERSAMAAN KEBALIKAN GANDA KM DGN TELITI

S VmaksS VmaksVo

1 SKM

S Vmaks

S

Vo

1 MK

Vmaks

11

VmaksVo

1

S

KM

SK

S Vmaks Vo

M

Kurva Lineweaver-Burk.

Faktor-faktor yang mempengaruhi Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzimkerja enzim

A.A. Konsentrasi enzimKonsentrasi enzim

Konsentrasi enzim

Akt

ivit

as

enzm

berlebiberlebihh

JenuhJenuh

Hampir Hampir jenuhjenuh

E + PE + PE SE SS + ES + EKonsentrasKonsentrasi substrati substrat

RendaRendahh

B. Konsentrasi substrat

C. pHC. pH

ENZIM MEMILIKI pH OPTIMUM YG KHASENZIM MEMILIKI pH OPTIMUM YG KHAS

1. Protein enzim dpt mengalami denaturasi pd 1. Protein enzim dpt mengalami denaturasi pd pHpH ekstrim tinggi atau rendahekstrim tinggi atau rendah

Protein asli

Perubahan pH

Protein terdenaturasi atau membuka

22. Perubahan status muatan pada enzim dan atau . Perubahan status muatan pada enzim dan atau substratsubstrat

Enzim bermuatan negatif (EnzEnzim bermuatan negatif (Enz--) yang bereaksi dengan substrat ) yang bereaksi dengan substrat bermuatan positip (SHbermuatan positip (SH++))

EnzEnz-- + SH + SH++ EnzSH EnzSH Pada pH yang rendah, Enz mengalami protonasi dan Pada pH yang rendah, Enz mengalami protonasi dan

kehilangan muatan negatifnya:kehilangan muatan negatifnya:

EnzEnz- - + H + H++ EnzH EnzH Pada pH yang tinggi, SHPada pH yang tinggi, SH+ + mengalami ionisasi dan kehilangan mengalami ionisasi dan kehilangan

muatan positifnyamuatan positifnya

SHSH++ S + H S + H++

konsentrasi efektif Enz- dan SH+ kecepatan reaksi konsentrasi efektif Enz- dan SH+ kecepatan reaksi

d. ZAT PENGHAMBAT (inhibitor)d. ZAT PENGHAMBAT (inhibitor)

ZAT PENGHAMBAT IALAH SUATU SENYAWAAN, ION, LOGAM, YG ZAT PENGHAMBAT IALAH SUATU SENYAWAAN, ION, LOGAM, YG MENGHAMBAT AKTIVITAS KERJA ENZIMMENGHAMBAT AKTIVITAS KERJA ENZIM

SENYAWA PENGHAMBAT ENZIMSENYAWA PENGHAMBAT ENZIM

– SPESIFITAS ENZIMSPESIFITAS ENZIM– SIFAT-SIFAT ALAMIAH GGS FUNGSIONAL PD SISI AKTIFSIFAT-SIFAT ALAMIAH GGS FUNGSIONAL PD SISI AKTIF– MEKANISME AKTIVITAS KATALITIKMEKANISME AKTIVITAS KATALITIK

Penghambatan Reaksi EnzimatisPenghambatan Reaksi Enzimatis

Kerja enzim dapat dihambat secara Kerja enzim dapat dihambat secara reversible reversible atau atau irreversibleirreversible

IrreversibleIrreversible pembentukan atau pemecahan pembentukan atau pemecahan ikatan kovalen dalam enzimikatan kovalen dalam enzim

ReversibleReversible suatu senyawa dapat terikat suatu senyawa dapat terikat dan kemudian dpt lepas kembalidan kemudian dpt lepas kembali

Reversible inhibitor ini dpt dibagi :Reversible inhibitor ini dpt dibagi :– competitivecompetitive– non-competitivenon-competitive– un-competitiveun-competitive

Ireversibel:Ireversibel:

Diisoprofilfluorofosfat (DFP), yang menghambat Asetilkolin esterase, yang penting dalam transmisi impuls syaraf

Enzim

Enzim

CH2

SH+

IC

C

NH2

HHO

HI

SC

C

NH2

HHO

CH2

Gugus R dari residu sistein esensial

Iodoasetamida

Enzim yang mengalami modifikasi kimiawi (in-aktif)

penghambatan competitivepenghambatan competitive

• inhibitor bersaing dgn inhibitor bersaing dgn substrat untuk terikat substrat untuk terikat pd sisi aktifpd sisi aktif

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

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

Reaksi dehidrogenase suksinat dan penghambatan kompetitifnya

Struktur dan kerja obata-obatan sulfa. Bakteri Struktur dan kerja obata-obatan sulfa. Bakteri yang menggunakan obatan-obatan sulfa untuk yang menggunakan obatan-obatan sulfa untuk biosintesis asam folat mati karena kekurangan biosintesis asam folat mati karena kekurangan asam folatasam folat

Kebanyakan dasar kerja dari obat adalah bahwa semua binatang tingkat tinggi dan banyak m.o kekurangan kemampuan untuk melakuka sintesis senyawa2 organik (metabolit) yang penting tertentu. Obat2an tersebut antimetabolit

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

penghambatan non-competitive

penghambatan berikatan pada sisi enzim selain sisi tempat substrat terikat, mengubah konformasi molekul enzim sehingga mengakibatkan inaktifasi dapat balik pada sisi katalitik

Contoh penghambatan nonkompetitif :Contoh penghambatan nonkompetitif :

Regulasi aktivitas enzim dalam sel

Regulasi pada tingkat informasi genetikRegulasi melalui penempatan khususRegulasi melalui modifikasi kovalenRegulasi melalui pengontrolan alosterik

Regulasi pada tingkat informasi genetik

Terdapat 2 mekanisme pengaturan pada tingkat gen:• Inducibel enzyme• represi enzyme• enzim konstitutif enzim dl glikolisis, siklus kreb.

Inducibel enzyme: jika sel memerlukan enzim dalam keadaan tertentu untuk metabolisme maka sel akan membuat enzim tersebut. Ini artinya enzim tersebut dalam keadaan normal tidak ada, baru dibuat setelah diperlukan oleh sel

Represi enzyme : dalam keadaan tidak memerlukan enzim tersebut, gen untuk enzim tersebut mengalami pembungkaman atau represi, Ini artinya dalam keadaan normal enzim tersebut ada tetapi jika tidak diperlukan maka gen akan menghentikan pembentukan enzim tersebut

Selain itu ada juga enzim konstitutif yang terus menerus disintesis semua sel selama daur hidupnya, ada juga gen untuk enzim yang mengalami pembungkaman permanen atau terus menerus mulai ndari tahap perkembangan sel tertentu.

Regulasi melalui modifikasi kovalen

Seringkali sel mengolah substrat dalam waktu yang singkat, melalui jalur metabolisme yang tidak selalu aktif

Enzim tidak aktif, diaktifkan melalui perubahan kimia yang ringkas, stabil namun cepat

Pengaktifan ini melalui perubahan struktur atau modifikasi, Peristiwa yang sering dinamai modifikasi kovalen

Modifikasi kovalen : searah (jika sdh aktif tidak bisa diinaktifkan), berbalik ( tidak aktif ↔ aktif)

Regulasi melalui modifikasi kovalen

Pengaturan aktivitas fosforilase oleh modifikasi kovalen

Regulasi melalui pengontrolan alosterik