ENZIM

1

POKOK BAHASANKLASIFIKASI & TATA NAMA SPESIFISITAS & AKTIVITAS ENZIM BAGAIMANA ENZIM BERPERAN SEBAGAI KATALIS KINETIKA KATALIK ENZIMATIS INHIBISI ENZIM REGULASI AKTIVITAS ENZIM

2

ENZIM PROTEIN yang berfungsi meningkatkan reaksi kimia dalam sistem biologis. Unit fungsional dari metabolisme sel, bekerja secara terkoordinasi mengkatalis reaksi penguraian nutrien, menyimpan & mengubah energi kimia serta membuat makromolekul sel. Karakteristik :KATALIK & SPESIFISITAS; interaksi substrat (S) :KATALIK SPESIFISITAS; dengan Enzim (E) yang tepat. Diagnose penyakit, pengolahan pangan, pertanian & aktivitas sehari hari dirumah.

3

Lokasi enzim dalam Sel eukariotik.

4

SEJARAH PENELITIAN ENZIM Louis Pasteur (1850), FERMENTASI GULA OLEH RAGI menjadi alkohol yanag dikatalis fermen, fermen tidak dapat dipisahkan dari sel ragi hidup. Eduard Buchner (1897), EKSTRAK BENTUK AKTIF DARI SEL RAGI DAPAT MENGKATALIS GULA ALKOHOL (lintas metabolik utama penghasil energi).

5

Thn 1930: pepsin & tripsin adalah protein, sifat protein enzim Saat ini lebih dari 2000 jenis enzim telah diidentifikasi. Enzim memperlihatkan semua sifat-sifat protein sifatAktivitas tergantung integritas protein (struktur primer, sekunder & tersier Berat molekul berkisar 12.000 - jutaan

6

7

koenzim:vitamin koenzim:vitamin

Protein inaktif (apoenzim) + (apoenzim) HOLOENZIM

(kofaktor)Ion logam

Proenzim (zimogen) (zimogen) aktivator autokatalisis

enzim + peptida kecil

8

Substrat SISI AKTIFSisi pengikatan Sisi katalitik

enzim

9

10

11

Contoh peran NAD

12

BEBERAPA VITAMIN SEBAGAI KOENZIMAsam askorbat sebagai koenzim untuk sintesis kolagen, defisiensi menyebabkan Scurvy atau sariawan Vitamin K sebagai koenzim Blott clotting atau pembekuan darah

13

KLASIFIKASI Berdasarkan tipe reaksi yang dikatalis

14

TATA NAMA ENZIM

Berdasarkan substrat yang terlibat, ditambahkan akhiran ASE Contoh:C12H22O11(laktosa)

+ H 2O

LAKTASE

C6H12O6

+

C6H12O6(Galaktosa)

(Glukosa)

Beberapa enzim penamaan tidak menerangkan substratnya : pepsin, tripsin, khimotripsin,

15

Contoh ATP + GLUKOSA ADP + GLUKOSA 6-FOSFAT ATP 6-

Nama sistematik enzim : Fosfotransferase ATP glukosa

Nomor klasifikasi : EC. 2. 7. 1. 1Digit pertama 2 (kelas Transferase); 7 (subkelas fosfotransferase); 1 (sub-sub kelas, gugus hidroksil sebagai penerima); (sub1 (glukosa sebagai penerima fosfat)

NAMA LAIN: HEKSOKINASE

16

17

SPESIFISITAS

ENZIM

1.

SPESIFISITAS GUGUS Bekerja pada substrat yang memiliki gugus /ciri struktural sama. Contoh Heksokinase bekerja pada heksosaGlukosa + ATP (heksokinase ) Manosa + ATP Glukosa-6-P Glukosa-

Manosa-6-P Manosa-

(heksokinase)

18

19

2. SPESIFISITAS ABSOLUT /STEREOISOMER Enzim bekerja pada substrat tertentu & tidak bekerja pada substrat/molekul substrat/ yang serupa Contoh: Contoh: ASPARTASE spesifik absolut terhadap FUMARAT, tidak pada maleat & D -aspartat Fumarat + NH4+

aspartase

L-Aspartat

COOCOOCH HC COOCOOFumarat (trans)

COOCOOH3N+- C-H CH2 COOCOOL-aspartat

20

Namun isomer berikut tidak bereaksi dengan aspartaseCOOCH CH COO-

Maleat (cis)COOCOOH C NH3 CH2 COOCOO-

D-aspartat

21

AKTIVITAS ENZIM (UNIT) 1 UI; jumlah enzim yang diperlukan untuk mengubah 1 mol substrat menjadi 1 mol produk per menit pada kondisi esai 1 Katal; jumlah enzim yang diperlukan untuk mengubah 1mol substrat Katal; menjadi 1 mol produk per detik pada kondisi esai Aktivitas Spesifik; jumlah unit enzim per miligram protein. Untuk melihat Spesifik; kemurnian preparat enzim Bilangan Putaran/Aktivitas Molekuler; jumlah molekul substrat yang Putaran/ Molekuler; terubah persatuan waktu oleh satu molekul enzim/satu sisi katalitik enzim/

22

SISI AKTIF (ACTIVE SITE)Daerah yang mempunyai sisi ikatan & sisi katalitik, katalitik, bagian volume enzim yang terletak pada/dekat permukaan sehingga memungkinkan berikatan dengan subtrat. Interaksi S & E pada sisi aktif ini mempromosikan pembentukan keadaan transisi. Substrat yang diikat oleh enzim melalui beberapa jenis interaksi (ikatan H, interaksi hidrofobik & hidrofilik) (ikatan

23

Spesifisitas Enzim , molekul substrat harus memiliki:1. ikatan kimia spesifik yang dapat diserang enzim 2. Biasanya gugus fungsional lainya (gugus pengikat) mengarahkan substrat dengan tepat pada sisi aktif enzim /katalitik. Mekanisme khimotripsin dapat dilihatpada Lehninger hal. 262 & 251.

24

25

MODEL KATALITIK ENZIM

1. KUNCI DAN GEMBOK (The lock-and-key model, Emil fisher 1894) lock-and-

Pasangan enzim/substrat seperti kunci & gembok. Spesifisitas pasangan enzim/substrat, sedikit menjelaskan katalitik enzimatis kr gembok tidak mengubah kunci seperti cara enzim mengubah substrat

2. MODEL INDUCED FIT (Daniel Koshland, 1958)

Menjelaskan katalitik enzimatis. Distorsi enzim & substrat adalah proses penting dalam katalisis.

26

27

28

Contoh: Perubahan Konformasi induced Enzim Heksokinase

29

BAGAIMANA ENZIM BEKERJA Enzim bekerja dengan cara menurunkan energi pembatas reaksi (meningkatkan fraksi molekul yang memiliki energi cukup untuk mencapai keadaan transisi, sehingga reaksi berjalan lebih cepat). E berikatan dengan S dalam konformasi intermidiet pada keadaan transisi E-S dengan energi yang lebih rendah Enzim tidak mengubah tetapan keseimbangan reaksi, namun membantu mempercepat tercapainya keadaan keseimbangan dibandingkan dengan reaksi tanpa katalis

30

G = H- T S H-

31

32

PERBANDINGAN ENZIM & KATALIS NON ENZIMSubstrat Katalis Suhu (oC) Laju reaksi

Urea (Hidrolisis) Benzamida (hidrolisis)

H+ (asam) Urease H+ (asam) kimotripsin

62 21 52 25

7.4.10 -7 5.0. 106 8.5. 10 -6 14,9

Enzim Sifat kimia Tempat kerja Suhu Keasaman Laju reaksi spesifisitas Protein Sel rendah Mendekati netral Sangat tinggi Sangat spesifik

katalis non enzim Ion anorganik/logam Reaktor kimia tinggi Asam/basa Rendah-sedang RendahKurang spesifik

Keduanya mempercepat terjadinya reaksi kimia sehingga keseimbangan tercapai. Namun berbeda dalam suhu, kecepatan reaksi dan spesifisitas 33

PENGARUH KONSENTRASI SUBSTRAT TERHADAP KECEPATAN REAKSI ENZIMATIS

Pada [S] rendah, kec reaksi rendah & meningkat seiring kenaikan [S] dan rendah, tercapai titik batas tertentu, dimana kec reaksi meningkat kecil dengan bertambahnya [S].

V maks

34

PENGARUH KEJENUHAN DIPERLIHATKAN OLEH HAMPIR SEMUA ENZIM. ENZIM.

Kurva BERBENTUK HIPERBOLA MICHAELIS-MENTEN: MICHAELIS-MENTEN:

E + S ES

ES E + P

Kecepatan reaksi enzimatis maksimal jika semua E dalam bentuk kompleks ES, hal ini tercapai jika [S] tinggi ES,

35

HUBUNGAN KUANTITATIF KONSENTRASI SUBSTRAT & KEC. REAKSI

Dinyatakan sebagai KM (Tetapan Michaelis- Menten) yang Michaelis- Menten) didefinisikan sebagai konsentrasi substrat tertentu pada saat enzim mencapai setengah kecepatan maksimumnya. maksimumnya.

36

Bentuk persamaan matematika dari kurva kejenuhan substrat dikenal Persamaan MICHAELIS- MENTEN MICHAELIS-

Vo V maks

= Kec. awal pada konsentrasi substrat [S] [S] = Kec. maksimum

KM

= Tetapan Michaelis- Menten enzim bagi substrat Michaelis-

tertentu

Persamaan diatas sebagai dasar kinetika enzim, jika KM & Vmaks diketahui maka kecepatan reaksi pada setiap konsentrasi substrat dapat dihitung

37

38

39

k1 E +S k2 Km dapat dikatakan sebagai Kd dari reaksi diatas, sehingga dapat digunakan untuk melihat AFINITAS antara Enzim dan Substrat ES

Kd = [ E] [ S] [ ES]Kd atau km kecil: # Makin banyak S yang diikat E # Bila ada 2 substrat maka substrat dengan Km yang memiliki afinitas besar terhadap E

lebih kecil

40

41

Modifikasi Pers. Michaelis Menten: Persamaan Lineweaver-Burk Lineweaver-

42

INHIBISI ENZIM

1.

INHIBISI REVERSIBLE Interaksi Enzim (E) & Inhibitor (I) tidak membentuk ikatan yang permanen

KOMPETITIF: Inhibitor I berkompetisi dengan S untuk berikatan pada sisi aktif enzim-

Analog substrat Penghambatan dapat dibalikkan dengan meningkatkan konsentrasi S Contoh: 1. inhibisi suksinat dehidrogenase oleh asam malonat (pada siklus.asam sitrat) 2. Sulfonamida analog PABA (asam para amino benzoat) untuk sintesis asam folat

-

-

-

43

GBR. INHIBISI KOMPETITIF

44

COOCOOCH2 CH2 COOCOOSUKSINAT

Suksinat dehidrogenase COOCOOCHCH COOCOOCOOCOOCH2 COOCOO-

FUMARAT+ 2H

MALONAT (analog dengan suksinat)45

PENGARUH INHIBISI KOMPETITIF TERHADAP KINETIKA ENZIM

Titik potong pada 1/V sama 1/v = 1/vmaks46

Kinetika Inhibitor kompetitif

47

Contoh

48

B. NON-KOMPETITIF NONInhibitor berikatan pada sisi enzim selain tempat substrat sehingga mengubah konformasi enzim (inaktifasi katalitik) Contoh penghambatan dehidrogenase L-treonin oleh LLLisoleusin

49

GBR. INHIBISI NONKOMPETITIF

50

51

2. INHIBISI IRREVERSIBLE

Inhibitor merusak gugus fungsional pada molekul enzim yg penting untuk aktivitas katalitiknya Penisilin: inhibitor enzim transpeptidase pada pembentukan peptidoglikan bakteri Diisoprofil fluroasetat (DFP) inhibitor enzim asetilkolinesterase (bereaksi dg gugus OH residu serin essensial) yang penting dalam transmisi impuls syaraf Malation, insektisida. insektisida. Lihat Lehninger hal 252

52

53

GBR: DINDING SEL BAKTERI.

54

Reaksi ikatan silang (cross linking) dalam sintesis peptidoglikan (kiri) & inhibisi enzim transpeptidase oleh penisilin (kanan)

55

56

FAKTOR YANG MEMPENGARUHI REAKSI ENZIMATIS

Enzim memperlihatkan semua sifat-sifat enzim. Aktivitas katalitik enzim sifattergantung pada integritas struktur protein pH

Struktur tiga dimensi Protein enzim dipengaruhi oleh pH. Pada pH optimal enzim bekerja secara maksimal (strukutr tiga dimensi enzim yang tepat sehingga dapat berikatan dengan substrat secara mutualSuhu

Peningkatan suhu meningkatkan laju reaksi. Protein Enzim memiliki batas tertentu sehingga struktur protein tetap terjaga Contoh amilase Bacillus stearothermophilus tahan suhu 85oC, sedangakn lipase penicilium roquerforti suhu -28oCKofaktor Inhibitor57

58

FUNGSI FIOLOGIS ENZIM

Pengendalian tingkat gen Sel mensintesis enzim jika mengandung gen yg menyandikan enzim tsb. Enzim konstitutif (enzim dalam jalur GLIKOLISIS) Enzim induktif Sistem enzim memiliki ENZIM PENGATUR/PEMACU (aktivitas katalik tergantung/sebagai respon isyarat molekuler). Ciri: 1. Enzim regulator memiliki satu/ lebih sisi pengatur untuk berikatan dengan metabolit pengatur (modulator) 2. Molekul enzim allosterik berukuran besar & kompleks ENZIM REGULATORI 1. ENZIM ALOSTERIK/PENGATUR BUKAN KOVALEN Pengendalian oleh produk (feed back control). Contoh pengubahan L-treonin menjadi L-isoleusin (p.266) LL-

2 . ENZIM PENGATUR KOVALEN . Pengendalian melalui perubahan struktural molekul (interkonversi aktif & nonaktif oleh modifikasi kovalen enzim). Contoh fosforilase glikogen pada otot & hati59

Feed back control

60

Modifikasi kovalen untuk meregulasi aktivitas enzim

Modifikasi kovalen mengaktifkan beberapa enzim inaktif menjadi aktif sehingga dapat berfungsi.Pada kasus lain bisa berlangsung sebaliknya untuk membentuk enzim yang inaktif

Contohmodifikasi kovalen adalah fosforilasi/defosforilasi beberapa rantai samping (serine, treonin, tirosine,& histidin). (serine, treonin, tirosine,& histidin). Modifikasi ini bagian dari jalur regulator kompleks yang sering dikontrol oleh hormon (Kinase kaskade). (Kinase kaskade)

61

Tiga Tipe Modifikasi Kovalen Kontrol Aktivitas Enzim.

62

Kontrol Degradasi Glikogen melalui Regulasi Kaskade.

63

isoenzimBentuk Enzim yg berbeda mengkatalis reaksi yg sama. Enzim berbeda dalam sifat kinetika, respon modulator alosterik, komposisi asam amino/sekuen asam amino, enzim dapat dipisahkan dg prosedur yg sesuai. Contoh laktat dehidrogenase,dg 5 isozim laktat + NAD+ piruvat + NADH + H+ Lehninger hal. 273

FUNGSI FISIOLOGIS ENZIMPencernaan

Kelompok hidrolaseMetabolisme

Enzim glikolitik, asam sitrat Mengekstrak energi, biosintesis, xenogenikRespirasi/rantai pernafasan

Protein pembawa elektron dalam membran dalam mitokondriaMempertahankan gradien ektra-intra sel ektraATP ase pengangkut Na+ K+ (pompa natrium) Homeostatis (anhidrase karbonat), reproduksi dll.

65

ENZIM DAN PENGOBATANENZIM SEL INDUVIDU SEBAGAI SASARAN OBATAnhidrase karbonat (mengkatalis keluar H+ & masuknya Na+ pada sel tubulus ginjal). Sulfonamida inhibitor kompetetitif untuk mengatasi ketidakseimbangan cairan bebas diruang antar sel (odem). Azarin (anticancer) analog asam amino glutamin menghambat biosintesa purin

ENZIM MIKROORGANISME PATOGEN SEBAGAI SASARANSasaran penghambatan enzim harus berbeda dg sel host, enzim glikolitik tidak dapat dijadikan sasaran. sasaran. Contoh penisilin (inhibisi pembentukan peptidoglikan)66

ENZIM SEBAGAI ALAT

DIAGNOSE

Marker dari kerusakan jaringan Reagen untuk mengukur konsentrasi suatu senyawa yang mempunyai nilai diagnostik dalam cairan tubuhPengukuran spesifik Konsentrasi senyawa yang diukur sangat kecil Glukosa,urea, alkohol 67 menggunakan heksokinase, urease, alkohol dehidrogenase

Sumber enzim dipakai untuk diagnoseenzimAlanin aminotrasferase

sumberOtot kerangka, hati ,jantung Hati, jantung,sel darah merah, otot ketangka

diagnosisPenyakit parenkim hati

Laktat dehidrogenase

Hemolisis, Hemolisis, penyakit hati, hati, infark otot jantung Keracunan insektisida porganofosfat alkoholisme

Kolin esterase

Hati

glutamiltransferase

Hati,ginjal

68

Aktivitas spesifik alanin aminotransferase (ALT) dan aspartat aminotransferase (AST) dalam jaringan

jaringanJANTUNG HATI otot kerangka Ginjal Pankreas Limpa Serum

ALT450 2850 300 1200 130 80 1

AST7800 7100 5000 4500 1400 700 1

69

SEKIAN SELAMAT BELAJAR

70