BIOKIMIA REVIEW

dr. Hafi

Biokimia ?• Bios = Yunani, artinya “hidup”• Kimia mahluk hidup; Kimia yang terjadi dan

menjadi ciri kehidupan.”– “Biokimia adalah kimia dari bahan-bahan dan

proses-proses yang terjadi dalam tubuh mahluk hidup; sebagai upaya untuk memahami proses kehidupan dari sisi kimia.“

Pemahaman bentuk dan fungsi biologis dari sudut pandang kimia

Bertujuan untuk memahami interaksi molekul-molekul tak hidup yang menghasilkan fenomena kompleks dan efisien yang menjadi ciri-ciri kehidupan serta menjelaskan keseragaman kimia dari kehidupan yang beragam.

Topik yang dipelajari

Struktur kimia dan bentuk tiga dimensi molekul biologi

Interaksi antar biomolekul Sintesis dan degradasi biomolekul dalam sel Perolehan dan pemanfaatan energi oleh sel Mekanisme pengorganisasian biomolekul

dan pengkoordinasian aktifitasnya Penyimpanan, pemindahan dan ekspresi

informasi genetika

Identifikasi unsur kimia penyusun mahluk hidup.

• Unsur kimia utama penyusun mahluk hidup adalah bahan minor penyusun kerak bumi (kandungan utama 47% O, 28% Si, 7.9% Al, 4.5% Fe, dan 3.5% Ca).

• Enam unsur utama penyusun sel hidup adalah: C, H, N, O, P, dan S.

Identifikasi tipe molekul yang ditemukan dalam mahluk hidup

• Asam Amino

• Nukleotida

• Karbohidrat

• Lipid

Memahami mekanisme biomolekul membuat mahluk hidup menjadi hidup

Tiga hal yang dibutuhkan sel

1. ENERGI, hal yang perlu diketahui adalah cara:

Memperolehnya Mengubahnya Memanfaatkannya

2. MOLEKUL SEDERHANA , hal yang perlu diketahui adalah cara:

– Mengubahnya– Mempolimerisasikannya– Mendegradasinya

(3) MEKANISME KIMIA, untuk:

• Memperoleh energi• Menjalankan reaksi kimia secara berurutan• Mensintesis & mendegradasi makromolekul• Mempertahankan suatu keadaan steady state

yang dinamis• Swarakit kembali struktur yang kompleks• Menggandakan diri secara akurat dan efisien• Mempertahankan keteraturan proses biokimia

Strategi sel #1: mahluk hidup menggunakan sistem reaksi kimia berpasangan untuk mendorong reaksi yang sulit terjadi

Strategi sel #2: mahluk hidup menggunakan enzim untuk mempercepat reaksi yang semestinya lambat

Bagaimana enzim bisa mempercepat reaksi? Penjelasan termodinamis

ENZIM ENZIMEnzim Suatu biomolekul Protein yang kerjanya mengkatalisis reaksi - reaksi biologi dan molekul itu sendiri tidak berubah dan tidak ikut bereaksi

Kelompok Protein yang mempunyai aktifitas BIOLOGIS

KATALISATOR BIOKATALISATOR

Merupakan unit fungsional dari metabolisme sel Bekerja dengan urutan yang teratur Mengkatalisis ratusan reaksi bertahap Terkoordinasi dengan baik, menghasilakan suatu hubungan yang harmonis diantara sejumlah aktifitas metabolik

Fungsi Enzim yang menonjol pada proses Metabolisme :

Sebagai katalisator

Dapat mempercepat reaksi 10 8 sampai 10 11

Sangat efisien ( punya khas tinggi) Dapat menurunkan energi aktivasi, baik pada reaksi endergonik dan eksergonik.

Sebagai Regulator (organisator)

KARAKTERISTIK ENZIM

Golongan Protein yang paling banyak terdapat dalam sel

Berfungsi sbg Biokatalisator (katalisator organik)

Dibuat oleh sel hidup ( aktifitasnya tidak tergantung pada sel pembuatnya)

Agar dapat bekerja Enzim perlu Zat lain yang bukan protein (ko-faktor), kecuali enzim PEPSIN dan TRIPSIN seluruhnya protein.

ENZIM

Prot .non aktif (Apo enz) + ko-faktor

Protein aktif

mol organik (ko enz)

Ion metal (Fe,Mn,Zn)Holoenzim

APOENZIM : PROTEIN NON AKTIF HOLOENZIM : APOENZIN + KOFAKTOR KOFAKTOR : ZAT NON PROTEIN (Ion metal; Fe,Mn,Zn dll) KOENZIM : MOL.ORGANIK NON PROTEIN

ENZIM HANYA DAPAT BEKERJA BILA DLM BENTUK HOLOENZIM

ADA 2 MACAM STRUKTUR ENZIM :

100 % PROTEIN mis. PEPSIN PROTEIN + KO FAKTOR

Berdasarkan Fungsi dalam proses di dalam sel maka :

Enzim tertentu terdapat pada organel tertentu di dalam sel (ada pendistribusian yang spesifik). Hal ini bertujuan agar Proses Metabolisme di dalam sel tidak mengalami CHAOS (kacau).

Bayangkan bila beberapa macam enzim yang aktifitasnya bertentangan, terdapat dalam satu tempat dalam sel.

ENZIM :

EKSOENZIM (bekerja di luar tubuh)

ENDOENZIM (bekerja di dalam tubuh)

Enzim yang merupakan protein sederhana (Tripsin dsb) bila dihidrolisis menghasilkan Asam Amino

Enzim yang merupakan protein konyugasi, bila dihigrolisis menghasilkan Holoenzim, koenzim dan Apoenzim.

KOENZIM sering disebut SUBTRAT karena mengalami perubahan biokimia.

PENDISTRIBUSIAN ENZIM DI DALAM SEL

Enzim yang berperan pada biosintesis Protein, terdapat dalam RIBOSOM dan NUKLEUS

Enzim yang berperan pada Pemecahan Protein, terdapat dalam LISOSOM Enzim tertentu yang spesifik, diproduksi oleh organtertentu mis :

LPL (Lipo Protein Lipase), oleh sel2 Endothel dinding pemb.darah

αAmilase , oleh kel. Liur

βAmilase, oleh kel. Pankreas

LDH ( Laktat Dehidrogenase ), oleh sel Miokard.

Sifat-sifat enzim

8. Umumnya enzim bekerja mengkatalisis reaksi satu arah, meskipun ada juga yang mengkatalisis reaksi dua arah, contoh : lipase, mengkatalisis pembentukan dan penguraian lemak.

1. Biokatalisator, mempercepat jalannya reaksi tanpa ikut bereaksi menurunkan energi aktifasi

2. Thermolabil; mudah rusak, bila dipanasi lebih dari suhu 60º C, karena enzim tersusun dari protein yang mempunyai sifat thermolabil

3. Merupakan senyawa protein sehingga sifat protein tetap melekat pada enzim.

4. Dibutuhkan dalam jumlah sedikit, sebagai biokatalisator, reaksinya sangat cepat dan dapat digunakan berulang-ulang5. Bekerjanya ada yang di dalam sel (endoenzim) dan di luar sel (ektoenzim),

contoh ektoenzim: amilase,maltase.

6. Bekerjanya spesifik ; enzim bersifat spesifik, karena bagian yang aktif (permukaan tempat melekatnya substrat) hanya setangkup dengan permukaan substrat tertentu.

7. Umumnya enzim tak dapat bekerja tanpa adanya suatu zat non protein tambahan yang disebut kofaktor.

9. Isoenzim/ Isozim, enzim yang memiliki struktur mol. Lebih dari satu ( berbeda-beda) tapi tetap mengkatalis subtrat yang sama.

Penamaan enzim

1. Enzim dinamakan mengikut substrat yang ditindakkan olehnya dengan akhiran -ase. Contohnya enzim sukrase menguraikan Sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa2. Nama-nama enzim yang telah lama wujud tetap dikekalkan, misalnya renin, tripsin dan pepsin

Klasifikasi Enzim

Ada dua teori yang menjelaskan mengenai cara kerja enzim yaitu:1. Teori kunci dan gembok

Teori ini diusulkan oleh Emil Fischer pada 1894. Menurut teori ini, enzim bekerja sangat spesifik. Enzim dan substrat memiliki bentuk geometri komplemen yang sama persis sehingga bisa saling melekat.

2. Teori ketepatan induksi Teori ini diusulkan oleh Daniel Koshland pada 1958. Menurut teori ini, enzim tidak merupakan struktur yang spesifik melainkan struktur yang fleksibel. Bentuk sisi aktif enzim hanya menyerupai substrat. Ketika substrat melekat pada sisi aktif enzim, sisi aktif enzim berubah bentuk untuk menyerupai substrat.

PRINSIP KERJA ENZIM

Reaksi enzimatis ( reaksi yang dikatalisis enzim) tidak turut dalam reaksi tetapi kombinasi

S + E S – E (kompleks) P + E

S (substrat) : Zat yang mengalami perubahan kimiawi akibat aktifita suatu enzim

P (produk ) : zat yang terbentuk pada reaksi enzimatis, pada saat reaksi sudah dalam keseimbangan

Sesudah reaksi selesai, enzim E tidak mengalami perubahan struktur.

KESPESIFIKAN SUATU ENZIM

1. Kespesifikan OPTIK

Enzim B aktif terhadap Subtrat dengan isomer optik tertentu Mis. - Maltase terhadap α-glikosida saja ( tidak thd β - glikosida )

Sebagian besar Protease pada mamalia hanya aktif terhadap L - as. Amino ( tidak thd D - as. Amino )

2. Kespesifikan GUGUS

Enzim ini hanya aktif thd Substrat yang memiliki gugus tertentu mis : Glikosidase thd gugus gliko ADH thd gugus alkohol Pepsin thd ikatan peptida Esterase thd ikatan ester

Enzim bekerja spesifik sebab :

Satu enzim ( E ) bekerja terhadap satu Substrat ( S ) Satu enzim mengkatalisis satu reaksi

Mis. reaksi dalam tubuh : A E B E C E D E P

Faktor yang mempengaruhi kerja enzim1. Suhu Semakin tinggi suhu, kerja enzim juga akan meningkat. Tetapi ada batas maksimalnya. Untuk hewan misalnya, batas tertinggi suhu adalah 40ºC. Bila suhu di atas 40ºC, enzim tersebut akan menjadi rusak. Sedangkan untuk tumbuhan batas tertinggi suhunya adalah 25ºC.

2. pH Pengaruh pH terhadap suatu enzim bervariasi tergantung jenisnya. Ada enzim yang bekerja secara optimal pada kondisi asam. Ada juga yang bekerja secara optimal pada kondisi basa.

LIPASE (Pancreas) pH optimal ………………………………… ……. 8PEPSIN …………………………………………………………………… 1,5 – 1,6TRIPSIN…………………………………………………………………… 7,8 – 8,7UREASE …………………………………………………………………… 7MALTASE ………………………………………………………………… 6,1 – 6,8AMILASE …………………………………………………………………. 4,6 – 5

3. Konsentrasi substrat Semakin tinggi konsentrasi substrat, semakin meningkat juga kerja enzim tetapi akan mencapai titik maksimal pada konsentrasi tertentu.

4.Konsentrasi enzimSemakin tinggi konsentrasi enzim, semakin meningkat juga kerja enzim.

Enzyme concentration

Rea

ctio

n ra

teEffect of Enzyme Concentration on Reaction Rate

5. Adanya aktivator Aktivator merupakan zat yang memicu kerja enzim.

6. Adanya inhibitor Inhibitor merupakan zat yang menghambat kerja enzim.

Contoh : Malonat (inhibitor) bersaing dengan suksinat pada enzim suksinat dehidrogenase

Pada reaksis enzimatis terdapat zat yang mempengarahi reaksi, yakni aktivator dan inhibitor

Aktifator mempercepat reaksi , contoh mg2+, ca2+

zat organik : koenzim-A

Inhibitor menghambat reaksi , contoh : arsen, Hg, Sianida, CO

MACAM – MACAM INHIBISI

1. Inhibisi Reversibel Hambatan bersaing /kompetisi

Hambatan Tidak Bersaing atau Non-kompetitif.

2. Inhibisi Tidak Reversibel

ACTIVE SITE ( TITIK AKTIF ) ENZIM

Active site atau titik aktif enzim adalah suatu tempat dimana substrat dapat terikat pada enzim

1. Catalytic Site

Tempat aktif dimana substrat dapat terikat pada mol enzim

2. Allostric Site

Tempat aktif dimana gugus lain atau senyawa mirip substrat dapat terikat pada mol enzim. Keadaan ini terjadi pada proses nonkompetitif Inhibisi atau pada proses feed back mekanisme

Transformasi Biokimia dapat dikelompokkan ke dalam 5 kelompok besar

• Reaksi pemindahan Group

• Reaksi Oksidasi-reduksi

• Penyusunan kembali Rearrangements (isomerizations)

• Reaksi pemotongan

• Reaksi kondensasi

Biomolekul – Struktur

Anabolic

Senyawa PembangunGula sederhanaAsam aminoNukleotidaAsam lemak

Makromolekul

Polisakarida Protein (peptida) RNA or DNA Lipid

Catabolic

• Biosintesis Membutuhkan molekul sederhana untuk dirangkai secara kovalen melalui berbagai kombinasi

Kesimpulan

• Karbon dengan struktur tetrahedral memiliki sifat ikatan yang luwes

• Senyawa yang memiliki banyak atom dapat memiliki bentuk isomerik

• Untuk konversi perlu terjadinya pemecahan ikatan kimia

• Molekul berukuran besar dibentuk oleh molekul berukuran kecil melalui pembentukan ikatan baru