1

BAB I

ENZIM DAN KOENZIM

1.1 Pendahuluan

Suatu reaksi kimia, khususnya antara senyawa organik, yang dilakukan dalam

laboratorium memerlukan suatu kondisi yang ditentukan oleh beberapa faktor seperti

suhu, tekanan, waktu dan lain – lain. Apabila salah satu kondisi tidak sesuai dengan

apa yang seharusnya dibutuhkan maka reaksi tidak dapat berlangsung dengan baik.

Tubuh kita merupakan laboratorium yang rumit, sebab didalamnya terjadi reaksi

reaksi kimia yang beraneka ragam. Penguraian zat-zat yang terdapat dalam makanan

kita, penggunaan hasil uraian untuk memperoleh energi, penggabungan kembali hasil

uraian untuk membentuk persediaan makanan dalam tubuh serta banyak macam reaksi

lain yang apabila dilakukan di dalam laboratorium atau in vitro memebutuhkan

keahlian khusus serta waktu yang lama, dapat berlangsung dengan baik di dalam tubuh

atau in vivo tanpa memerlukan suhu tinggi dan dapat terjadi dalam waktu yang relatif

singkat. Reaksi atau proses kimia yang berlangsung, dengan baik dalam tubuh kita ini

dimungkinkan karena adanya katalis yang disebut enzim.

Pengetahuan tentang katalis telah dirintis oleh Berzelius pada tahun 1837.Ia

mungusulkan nama katalis untuk zat-zat yang dapat mempercepat reaksi tetapi zat itu

sendiri tidak ikut bereaksi. Proses kimia yang terjadi dengan pertolongan enzim telah

dikenal sejak zaman dahulu misalnya pembuatan anggur dengan cara fermentasi atau

peragian. Demikian pula pembuatan asam cuka termasuk proses kimia berdasarkan

aktivitas enzim. Dahulu proses fermentasi dianggap hanya terjadi dengan adanya sel

yang mengandung enzim.

Pasteur adalah salah seorang yang banyak bekerja dalam fermentasi

ini.Anggapan tersebut berubah setelah Buchner membuktikan bahwa cairan yang

berasal dari ragi tanpa adanya sel hidup dapat menyebabkan terjadinya fermentasi gula

mnejadi alcohol dan karbondioksida. Hingga sekarang kata „enzim‟ yang berarti „di

dalam ragi‟ tetap dipakai untuk nama katalis dala proses biokimia.

Enzim dikenal untuk bertama kalinya sebagai protein oleh Sumner pada tahun

1926 yang telah berhasil mengisolasi urease dari „kara pedang‟ (jack bean).Urease

adalah enzim yang dapat menguraikan urea menjadi CO2 dan NH3.Beberapa tahun

kemudian Northrop dan Kunitz dapat mengisolasi pepsin, tripsin,

2

kimotripsin.Selanjutnya makin banyak enzim yang telah dapat diisolasi dan telah

dibuktikan bahwa enzim tersebut ialah suatu protein.

Sejak tahun 1926 pengetahuan tentang enzim atau enzimologi berkembang

dengan cepat. Dari hasil penelitian ahli biokimia ternyata bahwa banyak enzim yang

mempunyai gugus bukan protein , jadi termasuk golongan protein majemuk. Enzim

semacam ini (holoenzim) terdiri atas protein (apoenzim) dan suatu gugus buka

protein.Sebagai contoh enzim katalase terdiri atas protein dan ferriprotorforon.Ada

juga enzim yang terdiri atas protein dan logam.Misalnya askorbat oksidase adalah

protein yang mengikat tembaga.

Gugus bukan protein ini yang dinamakan kofaktor ada yang terikat kuat pada

protein, ada pula yang tidak begitu kuat ikatannya.Gugus yang terikat kuat pada pada

bagian protein, artinya yang sukar terurai dalam larutan disebut gugus prostetik,

sedangkan yang tidak begitu kuat ikatannya, jadi yang mudah dipisahkan secara

dianalisis disebut koenzim. Baik gugus prostetik maupun koenzim merupakan bagian

enzim yang memungkinkan enzim bekerja terhadap subtract, yaitu zat-zat yang diubah

atau direaksikan ileh enzim.

1.2 Tata Nama dan Kekhasan Enzim

Dalam tubuh manusia terjadi bermacam-macam proses biokimia dan tiap

proses menggunakan katalis enzim tertentu. Untuk memberdakannya maka tiap enzim

diberi nama. Secara umum nama setiap enzim disesuaikan dengan nama substratnya,

dengan penambahan „ase‟ dibelakangnya. Substrat adalah senyawa yang beraksi

dengan bantuan enzim. Sebagai contoh enzim yang menguraikan urea (substrat)

dinamakan urease. Kelompok enzim yang mempunyai fungsi sejenis diberi nama

menurut fungsinya, misalnya hidrolase adalah kelompok enzim yang mempunyai

fungsi sebagai katalis dalam reaksi hidrolisis. Karena itu di samping nama trivial

(biasa) maka oleh Commision on Enzyme oh the International Union of Biochemistry

telah ditetapkan pula tata nama yang sistematik, desesuaikan dengan pembagian atau

penggolongan enzim yang didasarkan pada fungsinya.

Suatu enzim bekerja secara khas terhadap suatu substrat tertentu.Kekhasan

inilah ciri suatu enzim. Ini sangat berbeda dengan katalis lain (bukan enzim) yang

dapat berkerja terhadap berbagai macam reaksi. Enzim urease hanya bekerja terhadap

urea sebagai substratnya. Ada juga enzim yang bekerja terhadap lebih dari satu

3

oksidase

dekarboksilase

transaminase

Asam keto

Amina

subtract namun enzim tersebut tetap mempunyai kekhasan tertentu. Misalnya enzim

esterase dapat menghidrolisir substrat lain yang bukan ester. Suatu contoh tentang

kekhasan ini misalnya enzim arginase bekerja terhadap L-arginin dan tidak terhadap

D-arginin. Suatu enzim dikatakan mempunyai kekhasan nisbi apabila ia dapat bekerja

terhadap beberapa substrat misalnya esterase dan D-asam amino oksidase yang dapat

bekerja D-asam amino dan L-asam amino tetapi berbeda kecepatannya. Karena adanya

kekhasan ini maka suatu enzim dapat digunakan untuk memisahkan komponen D dan

L pada suatu campuran rasemik.

Kekhasan terhadap suatu reaksi disebut kekhasan reaksi.Suatu asam amino

tertentu sebagai substrat dapat mengalami berbagai reaksi dengan berbagai enzim.

Sebagai contoh :

C

O

COOHR + NH3

CH

NH2

COOHR

R CH2 NH2+ CO2

CH2HOOC CO COOH+

C

O

COOHR + CH2HOOC CH COOH

NH2

Enzim oksidase bekerja sebagai katalis dalam reaksi oksidasi asam amino.

Untuk reaksi lain dekarboksilase bekerja sebagai katalis, sedangkan transaminase

dapat pula bekerja terhadap asam amino untuk memindahkan gugus-NH2 kepada

senyawa lain. Jadi walaupun ketiga reaksi tersebut mungkin belajaln, namun tiap

enzim hanya bekerja pada satu reaksi. Enzim dekarboksilase dan transaminase

mempunyai koenzim yang sama yaitu piridoksalfosfat. Jadi kekhasan reaksi bukan

disebabkan oleh koenzim tetapi oleh apoenzim.

1.3 Fungsi dan Cara Kerja Enzim

Fungsi suatu enzim ialah sebagai katalis untuk proses biokimia yang terjadi

dalam sel maupun di luar sel. Suatu enzim dapat mempercepat reaksi 108 sampai 1011

kali lebih cepat dari pada apabila reaksi tersebut dilakukan tanpa katlis. Jadi enzim

dapat berfungsi sebagai katalis yang sangat efisien, disamping itu mempunyai derajat

4

kekhasan yang tinggi.Seperti juga katalis lainnya, maka enzim dapat menurunkan

energy aktivasi suatu reaksi kimia.Reaksi kimia ada yang membutuhkan energy

(reaksi endergonik) dan ada pula yang menghasilkan energi atau mengeluarkan energi

(eksergonik). Misalkan pembentukan ikatan antara senyawa A dengan senyawa B

menjadi senyawa AB akan mengeluarkan energi. Terjadinya senyawa AB dari A dan

B membutuhkan energi sebesar p, yaitu selisih energi antara A dan B dengan AB.

Sebaliknya penguraian senyawa AB menjadi A dan B mengeluarkan energi sebesar P

pula. Terurainya senyawa AB tidak dapat berjalan dengan sendirinya, tetapi harus

terbentuk lebih dahulu senyawa AB aktif. Untuk pembentukan AB aktif ini dibutuhkan

energi sebesar a, yang disebut energi aktivasi.Makin besar harga a, makin sukar

terjadinya suatu reaksi.Dengan adanya katalis atau enzim, harga energi aktivasi

diperkecil atau diturunkan. Dengan demikian akan dapat memudahkan atau

mempercepat terjadinya suatu reaksi.

Gambar 1.1 Diagram energi reaksi kimia

Gambar 1.2 Diagram energi reaksi kimia tanpa katalis dan dengan katalis

a = energi aktivasi reaksi

AB -> A + B

p = perubahan energi atau

energi yang dihasilkan

oleh reaksi AB -> A + B

q = energi aktivasi rekasi

A + B -> AB

I = reaksi tanpa katalis

II = reaksi dengan katalis

a = energi aktivasi reaksi I

a‟ = energi aktivasi reaksi II

p = energi yang dihasilkan

q = perubahan energi reaksi AB -> A + B

dengan katalis atau tanpa katalis

5

1.4 Kompleks Enzim-Substrat

Telah dijelaskan bahwa suatu enzim mempunyai kekhasan yaitu hanya bekerja

pada satu reaksi saja.Untuk dapat bekerja terhadap suatu zat atau substrat harus ada

hubungan atau kontak antara enzim dengan substrat.Suatu enzim mempunyai ukuran

yang lebih besar daripada substrat. Oleh karena itu tidak seluruh bagian enzim dapat

berhubungan dengan substrat. Hubungan antara substrat dengan enzim hanya terjadi

pada bagian atau tempat tertentu saja.Tempat atau bagian enzim yang mengadakan

hubungan atau kontak dengan substrat dinamai bagian aktif (active site).Hubungan

hanya mungkin terjadi apabila bagian aktif mempunyai ruang yang tepat dapat

menampung substrat. Apabila substrat mempunyai bentuk atau konformasi lain, maka

tidak dapat ditampung pada bagian aktif suatu enzim. Dalam hal ini enzim itu tidak

dapat berfungsi terhadap substrat.Ini adalah penjelasan mengapa tiap enzim

mempunyai kekhasan terhadap substrat tertentu.

Hubungan tau kontak antara enzim dengan substrat menyebabkan terjadinya

kompleks enzim-substrat. Kompleks ini merupakan kompleks yang aktif, yang bersifat

sementara dan akan terurai lagi apabila reaksi yang diinginkan telah terjadi. Secara

sederhana sekali penguraian suatu senyawa atau substrat oleh suatu enzim dapat

digambarkan seperti berikut :

Gambar 1.3 Penguraian substrat oleh suatu enzim

6

1.5 Persamaan Michaelis-Menten

Pada suatu percobaan hidrolisis sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa oleh

enzim, ternyata bahwa pada konsentrasi sukrosa rendah, kecepatan reaksi tergantung

pada konsentrasi sukrosa.Namun pada konsentrasi tinggi, kecepatan reaksinya tidak

lagi tergantung pada konsentrasi sukrosa. Jadi pada konsentrasi tinggi, kecepatan

reaski tidak dipengaruhi lagi oleh pertambahan konsentrasi. Ini menunjukkan bahwa

enzim seolah-olah telah „jenuh‟ dengan substrat, artinya tidak dapat lagi menampung

subtract. Untuk menerangkan keadaan ini Leonor Michaelis dan Maude Menten pada

tahun 1913 mengajukan suatu hipotesis bahwa dalam reaksi enzim terjadi lebih dahulu

kompleks enzim-substrat yang kemudian menghasilkan hasil reaksi dan enzim

kembali. Hasil percobaan hidrolisis sukrosa tersebut dapat digambarkan secara grafik

sebagai berikut :

Gambar 1.4 Percobaan hidrolisis sukrosa

Secara sederhana hipotesis Michaelis dan Menten itu dapat dituliskan sebagai

berikut :

Enzim (E) + Substrat (S) kompleks enzim – substrat (ES)

Enzim (E) + Hasil reaksi (P)

Michaelis dan Menten berkesimpulan bahwa kecepatan reaksi tergantung pada

konsentrasi kompleks enzim-substrat [ES], sebab apabila tergantung pada konsentrasi

substrat [S], maka penambahan konsentrasi substrat akan menghasilkan pertambahan

kecepatan reaksi yang apabila digambarkan akan merupakan garis lurus. Jadi secara

umum reaksi dengan enzim dituliskan sebagai berikut :

E + S

k1

k2

ES

k3

E + P

V = kecepatan reaksi

[S] = konsentrasi sukrosa

7

K1, k2, dan k3 masing-masing ialah tetapan kecepatan reaksi pembentukan

kompleks ES, tetapan (konstanta) kecepatan reaksi pembentukan kembali E dan S,

dan tetapam (kostanta) kecepatan reaksi penguraian kompleks ES menjadi enzim dan

hasil reaksi.

Kecepatan reaksi pembentukan kompleks ES ialah :

V1 = k1 [E] [S]

V1 = k1 ([Eo] – [ES]) [S] …………………….. (1)

[Eo] = konsentrasi enzim total

[Eo] - [ES] menyatakan konsentrasi enzim yang masih bebas dan [S] ialah konsentrasi

substrat. Kecepatan penguraian kompleks ES menjadi E dan S kembali adalah :

V2 = k2 [ES] …………………(2)

Sedangkan kecepatam pengurain ES menjadi E dan P ialah

V3 = k3 [ES] ………………….(3)

Jadi kecepatan penguraian ES ialah

V2 + V3 = k2 [ES]+k3 [ES] ………………….(4)

Dalam keadaan keseimbangan maka kecepatan pembentukan ES sama dengan

kecepatan penguraian ES. Jadi :

k1 ([Eo] – [ES]) [S] = k2 [ES]+k3 [ES] ………………………(5)

atau k1 ([Eo] – [ES]) [S] =( k2 +k3 ) [ES] ……………………..(6)

sehingga [ [ ])[ ]

[ ]

………………..(7)

Km ialah konstanta Michaelis Menten.

Dari persamaan (7) dapat diperoleh konsentrasi kompleks enzim substrat

sebagai berikut :

[ES] = [ ][ ]

[ ] ………………….(8)

Kecepatan permulaan terjadinya hasil reaksi P sebanding dengan konsentrasi

ES atau :

V = k3 [ES]……………………..(9)

Apabila konsentrasi substrat sangat besar sehingga semua enzim membentuk

kompleks enzim-substrat, maka kecepatan reaksi ialah maksimal dan dapat dinyatakan

sebagai berikut :

Vmaks = k3 [Eo]……………………..(10)

8

V

[S] Km

V

Harga [ES] dalam persamaan (8) dimasukkan ke dalam persamaan (9), maka

diperoleh :

V = k3[ ][ ]

[ ]………………….(11)

Dengan jalan memasukkan persamaan (10) ke dalam persamaan (1) maka

diperoleh :

V = [ ][ ]

[ ]………………….(12)

Persamaan (12) disebut persamaan Michaelis Menten. Untuk menentukan

harga Km dari suatu rekasi dapat dipakai beberapa macam cara. Salah satu cara ialah

menggunakan grafik kecepatan reaksi-konsentrasi substrat seperti di bawah ini :

Gambar 1.5 Grafik antara V dan [S] untuk reaksi penguraian sukrosa oleh enzim invertase

Grafik di atas adalah grafik antara V dan [S] untuk reaksi penguraian sukrosa

oleh enzim intervase. Dari persamaam (12) kita dapat mengetahui apabila harga V dan

½ Vmaks maka Km = [S]. ini berarti Km sama dengan konsentrasi substrat (dalam mol

per liter) yang menghasilkan kecepatan rekasi sebesar setengah dari kecepatan

maksimum. Ternyata harga Km untuk rekasi tersebut ialah Km= 0,012 M. cara lain

untuk menentukan harga K2 maupun Vmaks ialah dengan membuat grafik antara 1/V

dengan 1/[S].

Persamaan Michaelis Menten :

V = [ ][ ]

[ ]

dapat dinyatakan sebagai berikut :

1/V = [ ]

[ ]………………(13)

atau 1/V =

(

[ ])+

…………..(14)

Vmaks

½ Vmaks

9

Dari persamaan diatas terlihat bahwa 1/V adalag fungsi dari 1/[S]. Oleh karena

Km dan V mask adalah konstanta maka apabila 1/V diganti dengan Y dan 1/[S] diganti

dengan X, maka persamaan tersebut menjadi :

Y = aX + b a =

; b =

dengan demikian terlihat bahwa bila dibuat grafik yang mneunjukan hubungan antara

1/V dengan 1/[S], akan terjadi garis lurus

Gambar 1.5 Hubungan antara 1/V dengan 1/[S]

Pada titik potong antara grafik dengan sumbu Y, (titik A) harga 1/[S] = 0 maka

persamaan (14) menjadi :

1/V =

x 0 +

1/V =

karenanya harga V = V mask

Pada titik potong antara grafik dengan sumbu x, (titik B) harga 1/V = 0, maka

persamaan (12) menjadi :

0 =

(

[ ])+

, atau

[ ]

= -

, oleh karena itu

[ ] =-

= -

[ ] -

Dengan demikian harga 1/[S] pada titik potong tersebut sama dengan -1/Km.

dari harga-harga tersebut dapat diperoleh harga Vmaks maupun harga Km. Kemiringan

garis grafik tersebut ditentukan oleh harga Km/ Vmaks atau tangens sudut = Km/ Vmaks.

Metode penentuan harga Km dan Vmask dengan cara ini disebut metode grafik

Lineweaver-Burk.

10

Harga Km untuk Beberapa Enzim

Enzim Substrat Km

Kimotripsin Asetil-L-triptofanamida 5 x 10-3

M

Galaktosidase Laktosa 6 x 10-6

M

Treonin deaminase Treonin 5 x 10-3

M

Penisilinase Benzilpenisilin 5 x 10-5

M

Piruvat karboksilase Asam piruvat 4 x 10-3

M

1.6 Penggolongan Enzim

Enzim digolongkan menurut reaksi yang diikutinya, sedangkan masing-masing

enzim di beri nama menurut nama substratnya, misalnya urease, arginase, dan lain-

lain. Disamping itu ada pula beberapa enzim yang dikenal dengan nama lama

misalnya pepsin, tripsin, dan lain-lain. Oleh Commisionon Enzyme of the

International Union of Biochemistery, enzim dibagi dalam enam golongan besar.

Penggolongan ini didasarkan atas reaksi kimia di mana enzim memegang peranan.

Enam golongan tersebut ialah :

1. Oksidoreduktase

2. Transferase

3. Hydrolase

4. Liase

5. Isomerase

6. Ligase

Untuk memperoleh gambaran tentang penggolongan ini secara lebih jelas,

berikut ini akan dibahas masing-masing golongan dengan memberikan beberapa

contoh :

1. Oksidoreduktase

Enzim-enzim yang termasuk dalam golongan ini dapat dibagi dalam dua

bagian yaitu dehidrogenase dan oksidase.Dehydrogenase bekerja pada reaksi-reaksi

dehydrogenase, yaitu reaksi pengambilan atom hydrogen dari suatu senyawa

(donor).Hydrogen yang dilepas diterima oleh senyawa lain (akseptor).Rekasi

pembentukan aldehida dari alcohol adalah contoh reaksi dehidrogenase. Di sini

alcohol adalah donor hidrogen, sedangkan senyawa yang menerima hidrogen

adalah suatu koenzim nikotinadenindinukleotida.

11

Alkohol + NAD+ alkohol dehidrogenase

Aldehida + NADH + H+

Gugus aldehida maupun keton dapat juga bertindak sebagai donor hidrogen,

misalnya pada reaksi pembentukan asam gliserat-3-fosfat (asam 3-fosfogliserat)

dari gliseraldehida-3-fosfat (3-fosfogliseraldehida).

Glutamat dehidrogenase adalah contoh enzim dehidrogenase yang bekerja

terhadap asam glutamate sebagai substrat. Enzim ini banyak terdapat pada

mitokondria dalam semua sel jaringan.Dalam rekasi ini asam glutamat diubah

menjadi asam ketoglutarat.

asam glutamat + NAD+ + H2O

glutamat dehidrogenase

NH3 + asam ketoglutarat + NADH + H+

Reaksi ini khusus untuk L-asam glutamate sedangkan amonia yang terjadi

pada rekasi ini dapat diubah menjadi urea dan dikeluarkan dari dalam tubuh melalui

urine.

Enzim-enzim oksidase juga bekerja sebagai katalis pada reaksi pengambilan

hidrogen dari suatu substrat.Dalam rekasi ini yang bertindak selaku akseptor

hidrogen ialah oksigen.Sebagai contoh enzim glukosa eksidase bekerja sebagai

katalis pada rekasi oksidasi glukosa menjadi asam glukonat.

glukosa + O2

glukosa oksidaseasam glukonat + H2O2

Xantin oksidase ialah enzim yang bekerja sebagai katalis pada rekasi

oksidase xantin menjadi asam urat. Contoh lain enzim oksidase ialah asam amino

oksidase, yang bekerja sebagai katalis pada rekasi oksidasi asam-asam amino.

Glisin oksidase adalah enzim pada reaksi oksidasi glisin menjadi asam glioksilat.

Enzim ini adalah suatu flavoprotein, yaitu senyawa yang terdiri atas Flavin yang

berikatan dengan protein .enzim asam amino oksidase terdapat dalam jaringan hati

dan ginjal.

2. Transferase

Enzim yang termasuk golongan ini bekerja sebagai katalis pada reaksi

pemindahan suatu gugus dari suatu senyawa kepada senyawa lain. Beberapa contoh

enzim yang termasuk golongan ini, ialah metiltransferase, hidroksimetiltransferase,

12

karboksiltransferase, asiltransferase, dan amino trnasferase atau disebut juga

transaminase.

Enzim metiltransferase bekerja pada rekasi pembentukan kreatin dari asam

guanidine asetat.

Adenosil metionin + asam guanidino asetat adenosil homosistein + keratin

Pembentukan glisin dari serin merupakan rekasi pemindahan gugus hidroksi

metil.Gugus ini dilepaskan dari molekul serin dengan dibantu oleh enzim

hidroksimetil transferase.

serinhidroksi metil transferase

THFA

glisin

Dalam reaksi ini asam tetrahidrofolat (THFA) bekerja sebagai akseptor

gugus beratom C satu.

Enzim transaminase bekerja pada reaksi transaminase yaitu suatu rekasi

pemindahan gugus amino dari suatu asam amino kepada senyawa lain. Sebagai

contoh :

asam glutamat + asam piruvat asam ketoglutarat + alanin

3. Hidrolase

Enzim yang termasuk ke dalam golongan ini bekerja sebagai katalis pada

rekasi hidrolisis.Ada tigas jenis hydrolase, yaitu yang memecahkan ikatan ester,

memecah glikosida, dan ememcah ikatan peptida. Beberapa enzim sebagai contoh

ialah esterase, lipase, fosfatase, amilase, amino peptidase, karboksi peptidase,

pepsin, tripsin, dan kimotripsin. Esterase ialah enzim yang memecah ikatan ester

dengan cara hidrolisis. Esterase yang terdapat dalam hati memecah ester sederhana,

misalnya etil butirat menjadi etanol dan asam butirat.Lipase adalah enzim yang

memecah ikatan ester pada lemak.Sehingga terjadi asma lemak dan

gliserol.Fosfatase adlah enzim yang memecah ikatan fosfat pada suatu senyawa,

misalnya glukosa-6-fosfat dapat dipecah menjadi glukosa dan asma fosfat.Bisa ular

mengandung enzim ini.

Enzim amilase dapat memecah ikatan-ikatan pada amilum hingga terbentuk

masltosa.Ada tiga macam amilase, yaitu alfa amilase, beta amilase, dan gamma

amilase.Alfa amilas terdapat dalam saliva (ludah) dan pancreas.Enzim ini memecah

ikatan 1-4 yang terdapat dalam amilum dan disebut endo amilase sebab enzim ini

13

memecah bagian dalam atau bagian tengah molekul amilum.Beta amilase terutama

terdapat pada tumbuhan dan dinamakan eksoamilase sebab memecah dua unit

glukosa yang terdapat pada ujung molekul amilum secara berurutan sehingga pada

akhirnya terbentuk maltosa.Gamma amilase telah diketahui terdapat di dalam

hati.Enzim ini dapat memecah ikatan 1-4 dan 1-6 pada glikogen dan menghasilkan

glukosa.

Enzim yang bekerja sebagai katalis dalam rekasi pemecahan molekul

protein dengan cara hidrolisis disebut enzim proteolitik atau protease. Oleh Karena

yang dipecah adalah ikatan pada rantai peptida, maka enzim tersebut dinamakan

juga peptidase. Ada dua macam peptidase, yaitu endopeptidase dan

eksopeptidase.Endopeptidase memecah protein pada tempat-tempat tertentu dalam

molekul protein dan biasanya tidak mempengaruhi gugus yang terletak di ujung

molekul.Sebagai contoh endopeptidase ialah enzim pepsin yang terdapat dalam

usus halus dan papain, suatu enzim yang terdapat dalam papaya.Eksopeptidase

bekerja terhadap kedua ujung molekul protein.Karbopeptidase dapat melepaskan

asam amino yang memiliki gugus –COOH bebas pada ujung molekul protein

sedangkan amino peptidase dapat melepaskan asam amino pada ujung lainnya yang

memiliki gugus –NH2 bebas.

Dengan demikian eksopeptida melepas asam amino secara berurutan

dimulai dari asam amino ujung pada molekul protein hingga seluruh molekul

terpecah menjadi asma amino.

4. Liase

Enzim yang termasuk golongan ini mempunyai peranan penting dalam

rekasi pemisahan suatu gugus dari suatu substrat (bukan cara hidrolisis) atau

sebaliknya. Contoh enzim golongan ini antara lain dekarboksilase, aldolase, dan

hidratase.

Piruvat dekarboksilase adalah enzim yang bekerja pada reaksi dekarboksilasi

asam piruvat dan menghasilkan aldehida.

Enzim aldolase bekerja pada reaksi pemecahan molekul fruktosa 1,6-difosfat

menjadi dua molekul triosa yaitu dihidroksi aseton fosfat dan gliseraldehida-3-

fosfat.

Adapun enzim fumarat hydratase berperan dalam reaksi penggabungan satu

molekul H2O kepada molekul asam fumarat dan membentuk asam malat.

14

5. Isomerase

Enzim yang termasuk golongan ini bekerja pad rekasi perubahan

intramolekuler, misalnya rekasi perubahan intamolekuler, misalnya reaksi

perubahan gula menjadi fruktosa, perubahan senyawa L menjadi senyawa D,

senyawa sis menjadi senyaw trans dan lain-lain.

Contoh enzim yang termasuk golongan isomerase antara lain ialah

ribulosafosfat epimerase dan glukosafosfat isomerase. Enzim ribulosa epimerase

merupakan katalis bagi reaksi epimerisasi ribulose.Dalam reaksi ini ribulose-5-

fosfat diubah menjadi xilulosa-5-fosfat.Disamping itu rekasi isomerisasi glukosa-6-

fosfat menjadi fruktosa-6-fosfat dapat berlangsung dengan bantuan enzim glukosa

fosfat isomerase.

6. Ligase

Enzim yang termasuk golongan ini bekerjapada reaksi-reaksi

penggabungan dua molekul. Oleh karenanya enzim-enzim tersebut juga dinamakan

sitetase.Ikatan yang terbentuk dari penggabungan tersebut ialah ikatan C-O, C-S, C-

N, atau C-C. Contoh enzim golongan ini antara lain ialah glutamin sintetase dan

piruvat karboksilase. Enzim glutamin sintetase yang terdpaat dalam otak dan hati

merupakan katalis dalam reaksi pembentukan glutamin dari asam glutamate.

glutamat + ATP + NH4+

glutamin + ADP + Panorg

Di samping itu enzim karboksilase bekerja dalam reaksi pembentukan asam

oksaloasetat dari asam piruvat. Reaksi ini merupakan bagian dari reaksi

metabolisme karbohidrat.

asam piruvat + ATP + CO2

asetil-KoA

piruvat karboksilaseasam oksaloasetat + ADP + Panorg

1.7 Faktor-Faktor yang Memperngaruhi Kerja Enzim

1. Konsentrasi enzim

Seperti pada katalis lain, kecepatan suatu reaksi yang menggunakan enzim

tergantung pada konsentrasi enzim tersebut. Pada suatu konsentrasi substrat

tertentu, kecepatan reaksi bertambah dengan bertambahnya konsentrasi enzim.

Gambar 1.6 berikut ini menunjukkan pengaruh konsentrasi enzim terhadap

kecepatan reaksi (V) atau aktivitas enzim.

15

Konsentrasi enzim A

kti

vit

as e

nzi

m

Gambar 1.6 Pengaruh konsentrasi enzim terhadap kecepatan reaksi atau aktivitas enzim

Data ini diperoleh dengan menentukan jumlah milligram gula yang

terbentuk pada waktu yang ditentukan, dengan menggunakan enzim amilase pada

berbagai konsentrasi dan konsentrasi substrat yang sama pada pH optimum. Dalam

hal ini substrat yang digunakan dalam jumlah yang berlebih.

2. Konsentrasi substrat

Hasil eksperimen menunjukkan bahwa dengan konsentrasi enzim yang

tetap, maka pertambahan konsentrasi substrat akan menaikkan kecepatan reaksi.

Akan tetapi pada batas konsentrasi tertentu, tidak terjadi keniakkan kecepatan

reaksi walaupun konsentrasi substrat diperbesar.Keadaan ini telah diterangkan oleh

Michaelis-Menten dengan hipotesis mereka tentang terjadinya kompleks enzim

substrat.Persamaan Michaelis-Menten yang membuktikan hipotesis mereka telah

dijelaskan di muka.

Untuk dapat terjadi kompleks enzim substrat sebagaimana telah dijelaskan

tadi, diperlukan adanya kontak antara enzim dengan substrat.Kontak ini terjadi pada

suatu tempat atau bagian enzim yang disebut bagian aktif.Pada konsentrasi substrat

rendah, bagian aktif enzim ini hanya menampung substrat sedikit.Bila konsentrasi

substrat diperbesar, makin banyak substrat yang dapat berhubungan dengan enzim

pada bagian aktif tersebut. Dengan demikian konsentrasi kompleks enzim substrat

makin besar dan hal ini menyebabkan makin besarnya kecepatan reaksi.Pada suatu

batas konsentrasi substrat tertentu, semua bagian aktif telah dipenuhi oleh substrata

atau telah jenuh dnegan substrat.Dalam keadaan ini, bertambah besarnya

konsentrasi substrat tidak menyebabakan bertambah besarnya konsentrasi kompleks

enzim substrat, sehingga jumlah hasil reaksinya pun tidak bertambah besar.

Diagram berikut ini Gambar 1.7 menggambarkan pengaruh konsentrasi

substrat pada bagian aktif. Tampak bahwa pada konsentrasi substrat jenuh (3) dan

16

+

+

+

+

+

+

+

+

konsentrasi substrat berlebihan (4) jumlah hasil reaksinya (P) sama dan ini berarti

bahwa kecepatan reaksinya sama. Persamaan Michaelis-Menten:

V = [ ][ ]

[ ]

menunjukkan hubungan antara kecepatan reaksi V dengan konsentrasi substrat (S).

Bila (S) sangat besar maka harga Km yang kecil dapat diabaikan sehingga, V =

[ ]

[ ] atau V = V maks

Konsentrasi

substrat S + E ES E + P

(1) rendah

(2) hampir

jenuh

(3) jenuh

(4) berlebih

Gambar 1.7 Diagram yang menunujukkan pengaruh konsentrasi subtrat pada enzim

3. Suhu

Oleh karena reaksi kimia itu dapat dipengaruhi oleh suhu, maka reaksi yang

menggunakan katalis enzim yang dapat dipengaruhi oleh sushu.Pada suhu rendah

reaksi kimia berlangsung lambat, sedangkan pada suhu yang lebih tinggi reaksi

berlangsung lebih cepat.

Di samping itu, karena enzim itu adalah suatu protein, maka kenaikkan suhu

dapat menyebabkan terjadinya proses denaturasi. Apabila terjadi proses denaturasi,

maka bagian aktif enzim akan terganggu dan dengan demikian konsentrasi efektif

enzim menjadi berkurang dan kecepatan reaksinya pun akan menurun.

Kenaikkan suhu sebelum terjadinya denaturasi dapat menaikkan kecepatan

reaksi.Koefisien suhu suatu rekasi diatrikan sebagai kenaikkan kecepatan reaksi

sebagai akibat kenaikkan suhu 10oC.koefisien suhu ini diberi symbol Q10. Unutk

reaksi yang menggunakkan enzim, Q10 ini berkisar antara 1,1 hingga 3,0 artinya

setiap kenaikkan suhu 10oC, kecepatan reaksi mengalami kenaikkan 1,1 hingga 3,0

17

Suhu

optimum

Suhu

Kec

epat

an r

eak

si

kali. Namun kenaikkan suhu pada saat mulai terjadinya proses denaturasi akan

mengurangi kecepatan reaksi. Oleh karena ada dua pengaruh berlawanan, maka

akan terjadi suatu titik optimum, yaitu suhu yang paling tepat bagi suatu reaksi

yang menggunakkan enzim tertentu. Gambar 1.8 menunjukkan hubungan antara

kecepatan reaksi (V) dengan suhu.

Gambar 1.8 Hubungan antara suhu dengan kecepatan reaksi

Titik 0 menunjukkan suhu optimum, yaitu suhu yang menyebabkan

terjadinya reaksi kimia dengan kecepatan paling besar.Tiap enzim mempunyai suhu

optimum tertentu.Pada umumnya enzim yang terdapat pada hewan mempunyai

suhu optimum antara 40oC-50

oC, sedangkan pada tumbuhan anatar 50

oC-

60oC.Sebagian besar enzim terdenaturasi pada suhu di atas 60

oC.

4. Pengaruh pH

Seperti protein pada umumnya, struktur ion enzim tergantung pada pH

lingkungannya.Enzim dapat berbentuk ion positif, ion negatif atau ion bermuatan

ganda (zwitter ion). Dengan demikian perubahan pH lingkungan akan berpengaruh

terhadap efektivitas bagian aktif enzim dalam membentuk kompleks enzim substrat.

Di samping pengaruh terhadap struktur ion pada enzim, pH rendah atau pH

tinggi dapat pula menyebabkan terjadinya proses denaturasi dan ini akan

mengakibatkan menurunnya efektivitas enzim. Gambar 1.9 menunjukkan hubungan

antara aktivitas enzim dengan pH.Dari bentuk kurva pada gambar tersebut, tampak

bahwa ada suatu pH tertentu atau daerah pH yang dapat menyebabkan kecepatan

reaksi paling tinggi.pH tersebut dinamakan pH optimum. pH optimum dari enzim

amilase misalnya, dapat diperoleh dengan menentukkan jumlah milligram gula

yang terbentuk dari beberapa reaksi yang menggunakan enzim amilase pada

berbagai harga pH dan amilum sebagai substrat. Tabel 1.1 memberikan gambaran

tentang harga pH optimum beberapa macam enzim.

18

pH

optimum pH

akti

vit

as e

nzi

m

Gambar 1.9 Hubungan antara aktivitas enzim dengan pH

Tabel 1.1 Beberapa enzim dengan pH optimumnya

Enzim Sumber Substrat pH optimum

Sukrase Usus halus Sukrosa 6,2

Amilase Aliva, pankreas Amilum 5,6-7,2

Lipase Pankreas Etil butirat 7

Pepsin Lambung Albumin 1,5-2,5

Tripsin Pancreas Kasein 8-11

5. Pengaruh Inhibitor

a. Hambatan Reversibel

Telah dijelaskan bahwa mekanisme enzim dalam suatu reaksi ialah melalui

pembentukan kompleks enzim-substrat, ES. Oleh karena itu hambatan atau inhibisi

pada suatu reaksi yang menggunakan enzim sebagai katalis dapat terjadi apabila

penggabungan substrat pada bagian aktif enzim mengalami hambatan. Molekul

atau ion yang dapat menghambat reaksi tersebut dinamakan inhibitor. Hambatan

terhadap aktivitas enzim dalamsuatu reaksi kimia ini mempunyai arti yang penting,

karena hambatan tersebut juga merupakan mekanisme pengaturan reaksi-reaksi

yang terjadi dalam tubuh kita. Di samping itu, hambatan ini dapat memberikan

gambaran lebih jelas tentang mekanisme kerja enzim.

Hambatan yang dilakukan oleh inhibitor dapat berupa hambatan tidak

reversibel atau hambatan reversibel. Hambatan tidak reversibel pada umumnya

disebabkan oleh terjadinya proses destruksi atau modifikasi sebuah gugus fungsi

atau lebih yang terdapat pada molekul enzim. Hambatan reversibel dapat berupa

hambatan bersaing atau hambatan tidak bersaing.

19

b. Hambatan bersaing

Hambatan bersaing disebabkan karena ada molekul yang mirip dengan

substrat, yang dapat pula membentuk kompleks, yaitu kompleks enzim inhibitor

(EI). Pembentukan kompleks EI ini sama dengan pembentukan kompleks ES, yaitu

melalui penggabungan inhibitor dengan enzim pada bagian aktif enzim. Dengan

demikian terjadi persaingan antara inhibitor dengan substrat terhadap bagian aktif

enzim melalui reaksi sebagai berikut:

E + S ES E + I EI

Inhibitor yang menyebabkan hambatan bersaing disebut inhibitor bersaing.

Asam malonat, oksalat dan oksaloasetat dapat menghambat kerja enzim suksinat

dehidrogenase dalam reaksi dehidrogenase asam suksinat.

Asam malonat, oksalat dan oksaloasetat mempunyai struktur yang mirip

dengan rumus asam suksinat.

COOH COOH

CH2 -2H CH

CH2 CH

COOH COOH

Asam suksinat asam fumarat

COOH COOH COOH

CH2 COOH CH2

COOH C = O

COOH

Asam malonat asam oksalat asam oksaloasetat

Inhibitor bersaing menghalangi terbentuknya kompleks ES dengan cara

membentuk komplek EI. Berbeda dengan kompleks ES, kompleks EI ini tidak

dapat membentuk hasil reaksi P.

E + S ES E + P (membentuk hasil reaksi)

E + I EI (tidak membentuk hasil reaksi)

20

Dengan demikian adanya inhibitor bersaing dapat mengurangi peluang bagi

terbentuknya kompleks ES dan hal ini menyebabkan berkurangnya kecepatan

reaksi.

Pengaruh inhibitor bersaing ini tidak tergantung pada konsentrasi inhibitor

saja, tetapi juga pada konsentrasi substrat. Pengaruh inhibitor dapat dihilangkan

dengan cara menambah substrat dalam konsentrasi besar. Pada konsentrasi substrat

yang sangat besar, peluang terbentuknya kompleks ES juga makin besar. Kecepatan

reaksi maksimum ( Vmaks) dapat tercapai pada konsentrasi substrat yang besar.

Hubungan antara kecepatan reaksi V dengan konsentrasi substrat [S] pada reaksi

yang dihambat oleh inhibitor bersaing terlihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 1.10 Hubungan antara v dengan [S]

Hubungan antara 1/V dengan 1/[s] pada reaksi yang dihambat oleh inhibitor

bersaing dijelaskan dengan persamaan Lineweaver Burk sebagai berikut :

(

[ ]

)

[ ]

Dalam persamaan tersebut, [I] adalah konsentrasi inhibitor, dan K1 ialah

konstanta penguraian kompleks enzim inhibitor EI.

EI E + I

[ ][ ]

[ ]

21

Persamaan Lineweaver-Burk tersebut menunjukkan hubungan linear I/V

terhadap I/[S].

Jadi makin besar konsentrasi inhibitor, makin besar pula sudut kemiringan

garis grafik tersebut dan bila [I] = 0, artinya reaksi tanpa inhibitor, kemiringan garis

dinyatakan dengan harga Km/Vmaks. Titik potong grafik dengan sumbu –X besarnya

ialah:

( [ ]

)

Untuk reaksi tanpa inhibitor atau [I] = 0, maka titik potong dengan sumbu ‒x

besarnya ialah ‒1/Km. apabila harga titik potong grafik dengan sumbu ‒x dapat

ditentukan dari hasil eksperimen, sedangkan harga Km dan [I] telah diketahui, dapat

dihitung harga K1. Untuk memperoleh grafik Lineweaver-Burk tersebut dapat

dilakukan serangkaian eksperimen dengan [I] yang sama dengan harga [S] yang

berbeda-beda. Untuk membandingkan suatu hasil eksperimen, dapat pula dilakukan

serangkaian eksperimen lagi dengan harga [I] lain yang tetap dan harga [S] yang

berbeda-beda.

c. Hambatan tidak bersaing

Hambatan tidak bersaing ini (non competitive inhibition) tidak dipengaruhi

oleh besarnya konsentrasi substrat dan inhibitor yang melakukannya disebut

inhibitor tidak bersaing. Dalam hal ini inhibitor dapat bergabung dengan enzim

pada suatu bagian enzim di luar bagian aktif. Penggabungan antara inhibitor dengan

enzim ini terjadi pada enzim bebas, atau pada enzim yang telah mengikat substrat

yaitu kompleks enzim-substrat.

E + I EI

ES + I ESI

Penggabungan inhibitor dengan enzim bebas menghasilkan kompleks EI,

sedangkan penggabungan dengan kompleks ES menghasilkan kompleks ESI. Baik

kompleks EI maupun ESI bersifat inaktif. Ini berarti bahwa kedua kompleks

tersebut tidak dapat menghasilkan hasil reaksi yang diharapkan.

22

Hambatan tidak bersaing ini dapat pula diketahui dari grafik yang

menggambarkan hubungan antara V dengan [S], atau hubungan antara 1/V dengan

1/[S]. Bila digambarkan hubungan antara V dengan [S] maka akan terjadi grafik

seperti pada gambar di bawah ini.

Gambar 1.11 Hubungan antara v dengan [S]

Adanya inhibitor akan memperkecil harga Vmaks, sedangkan harga Km tidak

berubah. Grafik yang terjadi bila digambarkan hubungan antara 1/V terhadap 1/[S]

seperti pada gambar 1.12.

Dari gambar 1.12 tampak bahwa grafik reaksi tanpa inhibitor maupun dengan

inhibitor memotong sumbu –x pada titik yang sama, yaitu pada harga -1/Km. titik

potong grafik dengan sumbu –y untuk reaksi tanpa inhibitor terdapat pada harga

1/Vmaks sedangkan untuk reaksi dengan inhibitor tidak bersaing terdapat pada harga.

(

[ ]

)

Jadi, makin besar harga [I] makin besar harga 1/V atau harga V menjadi

semakin kecil.

Gambar 1.12 Grafik Lineweaver-Burk

1. tanpa inhibitor

2. dengan inhibitor tidak

bersaing

3. dengan inhibitor tidak

bersaing

I. Tanpa inhibitor

II. Dengan inhibitor tidak bersaing

23

Baik dari grafik Michaelis-Menten maupun grafik Lineweaver-Burk tampak

bahwa pada harga [S] yang sangat besar pun harga Vmaks untuk reaksi dengan

inhibitor atau dengan kata lain hambatan tidak bersaing pada suatu reaksi tidak

dapat diatasi dengan jalanmemperbesar konsentrasi substrat.

Contoh inhibitor tidak bersaing yang banyak dikenal ialah ion-ion logam

berat (Cu++

, Hg++

, dan Ag+) yang dapat berhubungan dengan gugus –SH yang

terdapat pada sistein dalam enzim.

enzim - SH + Ag+ enzim - S - Ag + H+

Dengan cara berikatan dengan ion logam berat maka gugus –SH tidak lagi

mempunyai aktivitas katalitik bagi enzim tersebut. Beberapa jenis enzim yang

membutuhkan ion logam sebagai activator dapat pula mengalami hambatan tidak

bersaing dengan ion yang dapat mengikat activator tersebut. Ion CN- dapat

mengambat enzim yang menggunakan inon Fe++

atau Fe+++

, karena terbentuknya

ion kompleks ferosianida atau ferisianida yang bersifat inaktif. Demikian pula

etilen diamida tetra asetat (EDTA) dapat mengikat ion-ion bervalensi dua misalnya

Mg++

sehingga dapat pula menghambat enzim yang menggunakan ion tersebut

sebagai aktivatornya.

d. Hambatan tidak reversibel

Hambatan tidak reversibel ini dapat terjadi karena inhibitor bereaksi tidak

reversibel dengan bagian tertentu pada enzim, sehingga mengakibatkan berubahnya

bentuk enzim. Dengan demikian mengurangi aktivitas katalitik enzim tersebut.

Sebagai contoh inhibitor dalam hal ini ialah molekul iodoase-tamida yang dapat

bereaksi dengan gugus –SH suatu enzim tertentu.

Enzim –SH + ICH2CONH2 enzim – S – CH2CONH + HI

Reaksi ini berlangsung tidak reversibel sehingga menghasilkan produk reaksi

dengan sempurna. Inhibitor lain ialah diisopropil fosfofluoridat. Inhibitor ini

termasuk senyawa fosfor organic yang bersifat racun, karena dapat berkaitan

dengan asetilkolin esterase yang terdapat dan berfungsi pada sistem syaraf pusat.

24

CH

CH3

CH3

O P

O

O

CH2

enzim

O CH

CH3

CH3

enzim CH2 OH + CH

CH3

CH3

O P

O

F

O CH

CH3

CH3

diisopropilfosfofluoridat ester diisopropilfosfat

Dengan terbentuknya ester ini maka enzim tidak dapat berfungsi sebagaimana

mestinya, sehingga dapat mengganggu kerja sel syaraf pusat. Ester yang terbentuk

bersifat stabil dan tidak mudah terhidrolisis. Dengan demikian hambatan yang

diakibatkan oleh diisopropilfosfofluoridat ini merupakan hambatan tidak reversibel.

e. Hambatan alosetrik

Ada beberapa enzim yang sifat kinetiknya tidak dapat diterangkan dengan

model Michaelis-Menten. Sebagai contoh bila dibuat grafik kecepatan reaksi

terhadap konsentrasi substrat, maka untuk beberapa enzim tersebut tidak terbentuk

hiperbola, tetapi akan terjadi grafik yang berbentuk sigmoida.

Hambatan yang terjadi pada enzim alosetrik dinamakan hambatan alosetrik,

sedangkan inhibitor yang menghambat dinamakan inhibitor alosetrik.

Gambar 1.13 Hambatan alosetrik

Bentuk molekul inhibitor alosetrik ini berbeda dengan molekul sustrat.

Inhibitor alosterik berikatan dengan enzim pada tempat di luar bagian aktif enzim.

Dengan demikian hambatan ini tidak akan dapat diatasi dengan penambahan

sejumlah besar substrat. Terbentuknya ikatan antara enzim dengan inhibitor

mempengaruhi konformasi enzim, sehingga bagian aktif mengalami perubahan

bentuk. Akibatnya ialah penggabungan substrat pada bagian aktif enzim terhambat.

I. Tanpa inhibitor bentuk hiperbola

II. Dengan inhibitor alosetrik bentuk sigmoid

25

Bentuk T

Afinitas terhadap substrat rendah

Bentuk R

Afinitas terhadap substrat tinggi

Treonin sebagai substrat tidak dapat bergabung dengan enzim karena bentuk

bagian aktif enzim berubah setelah enzim berikatan dengan isoleusin sebagai

inhibitor.

Pada tahun 1965 suatu model untuk enzim alosetrik dikemukakan oleh

Jacques-Monod, Jeffries Wyman dan Jean Piere Changeux. Mereka mengadakan

pendekatan bahwa enzim alosetrik terdiri atas dua buah subunit yang identik. Setiap

subunit mempunyai bagian aktif, jadi tiap subunit dapat mengikat molekul substrat.

Mereka mengembangkan model, bahwa ada dua bentuk atau konformasi untuk tiap

subunit yang mereka sebut bentuk T dan bentuk R. bentuk T mempunyai afinitas

rendah terhadap substrat, sebaliknya bentuk R mempunyai afinitas tinggi terhadap

substrat.bentuk T dapat berubah menjadi bentuk R dan begitu pula sebaliknya.

Gambar 1.14 Perubahan bentuk T menjadi R

Asumsi penting yang dikemukakan tentang model ini ialah bahwa kedua

subunit harus dalam keadaan atau konformasi yang sama. Jadi bentuk RR atau TT

adalah konformasi yang diperbolehkan, sedangkan bentuk RT tidak ada. Dalam

keadaan tanpa substrat, enzim alosetrik terdapat dalam dua bentuk yang satu

dengan yang lain dalam keadaan keseimbangan. Ro dan To ialah lambing enzim

tersebut tanpa substrat, sedangkan L adalah perbandingan jumlah enzim dalam

bentuk T dengan bentuk R.

Ro To

L = To/Ro

Pembentukan kompleks enzim substrat dengan model tersebut digambarkan

sebagai berikut:

+ S + S

Gambar 1.15 Model penggabungan substrat pada enzim alosterik. Bentuk TT dengan

afinitas rendah berubah menjadi bentuk RR yang berafinitas tinggi pada waktu molekul

substrat pertama bergabung.

26

Dalam keadaan tanpa substrat enzim lebih banyak terdapat dalam bentuk T.

Harga L dapat mencapai 104 artinya hanya terdapat 1 molekul enzim dalam bentuk

R dalam 10.000 molekul bentuk T. Dengan adanya substrat keseimbangan antara

kedua bentuk bergeser ke arah bentuk R, karena substrat hanya berikatan dengan

bentuk R. Bila molekul substrat terikat pada satu subunit, maka subunit yang lain

akan berubah menjadi bentuk R, dan dapat menerima substrat lagi dengan mudah.

Dengan penambahan substrat, maka bentuk R makin banyak sehingga harga L

makin kecil.

Dengan model ini dijelaskan bahwa inhibitor alosetrik lebih mudah

bergabung dengan bentuk T dan dengan demikian menyebabkan keseimbangan

bergeser ke arah bentuk T. sebaliknya activator yaitu suatu zat yang dibutuhkan

oleh enzim, akan lebih mudah berikatan dengan bentuk R, sehingga keseimbangan

kergeser ke arah R.

dengan aktivator

dengan inhibitor

R T

Jadi adanya inhibitor menyebabkan naiknya harga L, sedangkan aktivator

menyebabkan turunnya harga L. asumsi lain dikemukakan oleh Daniel Koshland Jr.

sebagai berikut:

a) Hanya ada dua bentuk R dan T terdapat pada subunit manapun.

b) Adanya substrat yang terikat pada salah satu subunit, akan mengubah bentuk

subunit tersebut, sedangkan subunit yang lain dalam enzim tidak berubah.

c) Perubahan bentuk pada satu subunit dapat memperbesar atau memperkecil

afinitas subunit lain dalam satu unit enzim.

Penggabungan substrat pada enzim menurut asumsi tersebut dapat

dinyatakan pada gambar berikut

- S + S

TT RT RR

Gambar 1.16 Model sekuensi penggabungan substrat pada enzim alosterik yang

dikemukakan oleh Daniel Koshland, Jr.

Hambatan alosetrik ini dapat diakibatkan oleh hasil akhir dari serangkaian

reaksi kimia.

27

Enzim a Enzim b Enzim c Enzim d

A B C D Z

Z menghambat enzim a

Pada contoh di atas reaksi A B dapat mengalami hambatan oleh

Z yang merupakan hasil akhir serangkaian reaksi. Hambatan semacam ini disebut

hambatan umpan balik dan berfungsi sebagai mekanisme pengatur reaksi-reaksi

kimia dalam tubuh, misalnya reaksi pembentukan asam-asam amino. Isoleusin

dapat dihasilkan dari treonin melalui lima tahapan reaksi. Enzim treonin deaminase

yang bekerja pada tahap pertama dihambat oleh isoleusin yang terjadi pada tahap

akhir apabila konsentrasi isoleusin cukup besar. Oleh karena reaksi ini merupakan

reaksi reversibel, maka apabila konsentrasi isoleusin berkurang, treonin deaminase

menjadi aktif kembali dan dengan demikian isoleusin terbentuk lagi. Molekul

sitidintrifosfat dapat dihasilkan dari reaksi asam aspartat dengan karbamilfosfat

melalui beberapa tahap reaksi sebagai berikut.

aspartat + karbamilfosfat karbamilfosfat + fosfat

hambatan umpan balik

sitidintrifosfat

(CTP)

penggunaan metabolic

Dari bagan di atas terlihat bahwa apabila CTP tidak banyak digunakan untuk

proses metabolisme., maka reaksi pembentukan CTP akan dihambat oleh molekul

CTP itu sendiri (hambatan umpan balik). Sebaliknya apabila jumlah CTP yang

digunakan untuk proses metabolism banyak, berarti jumlah CTP bebas sedikit,

maka hambatan umpan balik menjadi berkurang dan dengan demikian reaksi

pembentukan CTP berlangsung dengan lebih cepat. Jadi hambatan umpan balik

dalam reaksi pembentukan CTP ini juga merupakan mekanisme pengendalian

sendiri.

28

1.8 Koenzim

Sejumlah besar enzim membutuhkan suatu komponen lain untuk dapat

berfungsi sebagai katalis. Komponen ini secara umum disebut kofaktor. Kofaktor ini

dapat dibagi dalam tiga kelompok , yaitu gugus prostetik, koenzim dan activator.

Gugus prostetik ialah kelompok kofaktor yang terikat pada enzim dan tidak

mudah terlepas dari enzimnya. Sebagai contoh flavin adenine dinukleotida adalah

gugus prostetik yang terikat pada enzim suksinat dehidrogenase. Koenzim adalah

molekul organik kecil, tahan terhadap panas, yang mudah terdisosiasi dan dapat

dipisahkan dari enzimnya dengan cara dialisis. Contoh koenzim yaitu NAD, NADP,

asam tetra hidrofosfat, tiamin pirofosfat, dan ATP. Activator pada umumnya ialah ion-

ion logam yang dapat terikat atau mudah terlepas dari enzim. Contoh activator logam

ialah K+,Mn

++. Mg

++.

Vitamin ialah golongan senyawa kimia yang terdapat dalam jumlah kecil

makanan tetapi mempunyai arti yang penting. Beberapa koenzim mempunyai struktur

yang mirip dengan vitamin tertentu. Pada koenzim tertentu, molekul vitamin menjadi

bagian dari molekul tersebut. Hubungan antara vitamin dengan koenzim tampak pada

contoh berikut ini.

1. Niasin

Niasin adalah nama vitamin yang berupa molekul nikotinamida atau asam

nikotinat. Niasin terdapat dalam jaringan hewan maupun tumbuhan. Daging adalah

makanan yang banyak mengandung niasin. Molekul nikotinamida terdapat sebagai

bagian dari molekul NAD+ atau NADP

+.

N

CONH2

N

COOH

nikotinamida asam nikotinat

Koenzim NAD+ dan NADP

+ dikenal sebagai koenzim untuk enzim

dehidrogenase yang merupakan katalis pada reaksi oksidasi reduksi. Misalnya

alkohol dehidrogenase adalah enzim yang banyak terdapat dan merupakan katalis

pada reaksi oksidasi alkohol. NAD+ berfungsi sebagai koenzim dalam reaksi ini.

CH3CH2 + NAD+ CH3CHO + NADH + H+

29

Karena reaksi ini menghasilkan ion H+, maka akan berjalan baik pada (H

+)

rendah atau pada suasana basa.

Molekul NAD+ atau NADP

+ adalah bentuk teroksidasi nikotinamida adenine

dinukleotida, sedangkan bentuk tereduksinya ialah NADH atau NADPH.

CH

CH

CH

N+

C

CH

C

O

C

C

C

OH OH

H H

H

CONH2

H

CH2

O

N

CH

C

N

C

C

N

CH

N

NH2

CC

O

C CH

OH

H

OH

H

H

CH2OP

O

O

OH

POH O

CH

CH

CH

N+

C

CH

C

O

C

C

C

OH OH

H H

H

CONH2

H

CH2

O

N

CH

C

N

C

C

N

CH

N

NH2

CC

O

C CH

O

H

OH

H

H

CH2OP

O

O

OH

POH O

P OH

O

OH

Nikotinamid adenine dinukleotida nikotinamid adenine dinukleotida fosfat

(Koenzim I) (Koenzim II)

C

C

C

N+

C

C

H

H

H

R

H

CONH2

CH

C

C

N+

C

C

H

H

H

R

H

CONH2

H

NAD

+ atau NADP

+ NADH atau NADPH

Reaksi oksidasi reduksi yang menggunakan koenzim NAD+ atau NADP

+

pada umumnyaa adalah reaksi reversibel, jadi NAD+

atau NADP+ dapat terbentuk

kembali dari NADH dan NADPH pada reaksi yang sama. NAD+ atau NADP

+ dapat

juga terbentuk kembali melalui reaksi lain yang menggunakan NADH atau

NADPH. Sebagai contoh reaksi oksidasi gliseraldehida-3-fosfat dengan enzim

triosefosfat dehidrogenase telah menggunakan koenzim NAD+ yang diubah

30

menjadi NADH. Molekul NADH ini diubah kembali menjadi NAD+ melalui reaksi

reduksi asetaldehida oleh enzim alkohol dehidrogenase.

2. Riboflavin

Molekul riboflavin atau vitamin B2 terdiri atas D ribitol yang terikat pada

cincin isoalloksazin yang tersubsitusi.

C

C

CH

CH

C

C

C

C

N

N

CH

NH2

N

C

O

CH2 C C C CH2OH

H

OH OH OH

H H

OCH3

CH3

Riboflavin

Vitamin ini dikenal sebagai faktor pertmbuhan. Molekul riboflavin

merupakan bagian dari molekul FAD.

Salah satu contoh reaksi yang menggunakan enzim dengan gugus prostetik

FAD ialah reaksi pembentukan asam fumarat dari asam suksinat dengan enzim

suksinat dehidrogenase. Gugus prostetik FAD atau FADH2 terikat pada enzim

suksinat dehidrogenase.

asam suksianat + enzim-FAD asam fumarat + enzim-FADH2

3. Asam lipoat

Asam lipoat adalah suatu vitamin yang merupakan faktor pertumbuhan dan

terdapat dalam hati. Asam ini terdapat dalam dua bentuk yaitu bentuk teroksidasi

dan bentuk tereduksi, berfungsi sebagai kofaktor pada enzim piruvat dehidrogenase

dan ketoglutarat dehidrogenase, berperan dalam reaksi pemiahan gugus asil.

CH2

CH2

S

CH

S

CH2 CH2 CH2 CH2 C

O

OH

Asam lipoat teroksidasi

SHSH

CH2

CH2

CH CH2 CH2 CH2 CH2C

O

OH

Asam lipoat tereduksi

31

4. Biotin

Biotin adalah vitamin yang terdapat banyak dalam hati dan berkaitan dengan

suatu protein. Biositin adalah senyawa yang terdiri atas biotin yang berkaitan

dengan lisin dan dapat diperoleh dari hidrolisis protein yang mengandung biotin.

Biotin berfungsi sebagai koenzim pada reaksi karboksilasi. Dalam reaksi ini biotin

terikat pada suatu protein dengan BM kira-kira 20.000 yang disebut BCCP (Biotin

Carboxyl Carrier Protein), dapat menerima dan memisahkan gugus CO2.

ATP + HCO3- + BCCP

Mn2+

biotinkarboksilase

BCCP - CO2- + ADP + Pi

BCCP - CO2

- + asetil - KoA BCCP + malonil KoAtranskarboksilase

Biotin sangat mudah berkaitan dengan avidin, yaitu suatu protein basa yang

terdapat pada bagian putih telur. Oleh karena afinitasnya sangat tinggi, maka avidin

dapat merupakan inhibitor efektif bagi reaksi-reaksi yang menggunakan biotin.

5. Tiamin

Tiamin atau vitamin B1 umumnya terdapat dalam keadaan bebas dalam beras

atau gandum. Kekurangan vitamin B1 akan mengakibatkan penyakit beri-beri.

C

CH

C

N

N

C

CH2

N+

C

C

C

S

CH3

CH2 CH2 OH

OH

H

NH2

Tiamin

Koenzim yang berasal dari vitamin B1 ialah tiaminpirofosfat (TPP) dan

berperan dalam reaksi yang menggunakan enzim α keto dekarboksilase, asam α

keto oksidase, transketolase, dan fosfo ketolase.

C

CH

C

N

N

C

CH2

N+

C

C

C

S

CH3

CH2 CH2 O

CH3

H

NH2

P O P OH

OO

OH OH

tiaminpirofosfat

32

6. Vitamin B6

Vitamin B6 terdiri dari tiga senyawa piridoksal, piridoksin dan piridoksamin.

Ketiga bentuk vitamin B6 ini terdapat dalam tumbuhan maupun hewan, terutama

pada beras atau gandum.

Kekurangan vitamin B6 dapat mengakibatkan dermatitis (penyakit kulit) dan

gangguan pada sistem syaraf pusat. Koenzim dari vitamin B6 ialah piridoksalfosfat

dan piridoksaminafosfat

Piridoksalfosfat berfungsi sebagai koenzim reaksi-reaksi metabolisme asam

amino, seperti transaminasi, dekarboksilase dan rasemisasi. Berikut ini adalah

contoh reaksi transaminasi.

asam glutamat + asam oksaloasetat asam ketoglutarat + asam asparat

Enzim yang bekerja sebagai katalis ialah glutamate-aspartat transaminase. Di

bawah ini contoh reaksi dekarboksilasi:

asam glutamat asam aminobutirat + CO2

Enzim yang bekerja sebagai katalis dalam reaksi ini ialah glutamate

dekarboksilase. Contoh reaksi rasemisasi adalah sebagai berikut:

L-asam glutamat glutamat rasemase

D-asam glutamat

Enzim yang bekerja sebagai katalis dalam reaksi rasemisasi ini ialah

glutamate rasemase.

33

Ketiga reaksi ini memperlihatkan bahwa enzim yang dipergunakan berbeda-

beda, namun yang berperan sebagai koenzim pada tiap reaksi adalah

piridoksalfosfat.

7. Asam folat

Asam folat dan derivatnya terdapat banyak dalam alam. Bakteri dalam usus

memproduksi asam folat dalam jumlah kecil. Koenzim yang berasal dari vitamin ini

ialah asam tetrahidrofolat.Senyawa ini dibentuk dari asam folat yang direduksi

menjadi asam dihidrofolat (FH2), kemudian senyawa ini direduksi lebih lanjut

menjadi asam tetrahidrofolat (FH4)

Peranan FH4 ialah sebagai pembawa unit senyawa satu atom karbon yang

berguna dalam biosintesis purin, serin, dan glisin.

8. Vitamin B12

Vitamin B12 sebagaimana diisolasi dari hati adalah sianokobalamina.

Vitamin ini merupakan bagian dari koenzim B12. Koenzim B12 relatif tidak stabil

dan bila dikenai chaya terurai menjadi hidroksikobalamin, sedangkan dengan

sianida koenzim B12 terurai menjadi sianokobalamin atau vitamin B12. Fungsi

vitamin B12 adalah bekerja pada beberapa reaksi antara lain reaksi pemecahan

ikatan C-C, ikatan C-O dan ikatan C-N dengan enzim mutase dan dehidrase.

9. Asam pantotenat

Asam pantotenat terdapat dalam alam sebagai komponen dalam molekul

koenzim A. Koenzim A atau KoASH diisolasi dan strukturnya ditentukan pada

tahun 1940 oleh F. Lipmann. Yang penting dalam molekul koenzim A ini gugus

sulfhidril (-SH).

Koenzim A memegang peranan penting sebagai pembawa gugus asetil,

khususnya dalam biosintesis asam lemak.

OHC CH2

CH2 N C C C CH2

O

H

O

OH

H

CH3

CH3

OH

Asam pantotenat

Di samping koenzim yang mempunyai hubungan struktural dengan vitamin,

ada pula koenzim yang tidak berhubungan dengan vitamin, yaitu ATP.

34

Adenosin trifosfat

Koenzim ini termasuk golongan senyawa berenergi tinggi. ATP berfungsi

sebagai koenzim yang memindahkan gugus fosfat. Bila ATP melepaskan 1 gugus

fosfat, maka ATP akan berubah menjadi ADP.

ATP ADP + P1 + energi

Di samping melepaskan fosfat, reaksi ini berlangsung dengan melepaskan

sejumlah energy, yang digunakan untuk keperluan reaksi yang lain. ATP

memegang peranan sangat penting dalam reaksi metabolisme karbohidrat. Dalam

hal ini ATP merupakan koenzim yang menyertai enzim kinase, misalnya

heksokinase dan piruvatkinase.

35

BAB II

STRUKTUR DAN FUNGSI SEL

2.1 Sejarah

Penelitian tentang sel telah berlangsung lebih dari 300 tahun, bersama dengan

berkembangnyamikroskop.Mikroskop optik pertama kali ditemukan pada abad 17.

Pendeknya, para peneliti mulaimeneliti jaringan biologi yang masih hidup maupun

yang sudah mati dengan tujuan untuk lebihmengerti mengenai ilmu kehidupan.

Beberapa penemuan penting yang relevan adalah sebagaiberikut :

1. Penemuan mikroskop yang menyebabkan ilmuwan pertama kali melihat sel

biologis.

2. Robert Hooke pada tahun 1665 mengamati gabus di bawah mikroskop dan

menguraikan apa yang disebutnya sel gabus.

3. Anton van Leeuwenhoek menamakan organism sel tunggal yang dilihatnya di

bawah mikroskop dengan „animalcules‟.

4. Matthias Jakob Schleiden, seorang botanis, pada tahun 1838 mengatakan bahwa

semua tumbuhan tersusun atas sel-sel.

5. Theodor Schwann, seorang zoologis, pada tahun 1839 mengatakan bahwa semua

hewan tersusun atas sel.

Rudolf Virchow, mengusulkan teori bahwa semua sel berasal dari sel yang

sebelumnya sudah ada. Pada tahun 1838, seorang botanis Matthias Jakob Schleiden

dan seorang fisiologis Theodor Schwann menemukan bahwa baik sel tumbuhan

maupun hewan keduanya memiliki nuclei.Berdasarkan pengamatan mereka, kedua

ilmuwan ini membuat hipotesis bahwa semua benda hidup tersusun atas sel. Pada

tahun 1839, Schwann mempublikasikan 'Microscopic Investigations on the

Accordance in the Structure and Growth of Plants and Animals', yang berisi

pernyataan pertama dari penggabungan teori sel mereka.Para peneliti sepanjang tahun

mempelajari sel lebih banyak.Suatu kelompok dari sifat-sifat umum telah berkembang

yang kita sebut Teori Sel. Adanya mikroskop yang lebih modern dan penelitian pada

aktivitas biokimiawi sel telah menguatkan dasar pemikiran ini.

36

Tokoh-tokoh Penemu Teori Sel :

1. Robert Hooke (1635 – 1703) Orang yang pertama menyebutkan istilah sel yaitu

cellulae = ruangan kecil yang kosong danmengamati sayatan gabus tutuip botol

(Quercus suber), merupakan sel mati yang tidak memilki isi sel.

2. Antonie Van Leeuwenhoek (1723) Seroang ahli asah lensa dari Belanda, membuat

mikroskop sederhana. Memeriksa cairan setetes air kolam, microscopic

“animalcules” (hewan kecil) merupakan sel bakteri dan orang yang pertama kali

melukiskan bentuk-bentuk bakteri.

3. Robert Brown (1833) Ilmuwan Skotlandia yang pertma kali menemukan inti sel

pada sayatan sel anggrek Inti sel disebutnya sebagai nukleus.Nukleus ini

merupakan struktur sel yang sangat penting bagai kehidupan.

4. Felix Durjadin (1835) Tokoh berkebangsaan Perancis yang pertama kali

menemukan cairan sel yang hidup (sarkode) yang merupakan bagian penting dari

sel Menururtnya bagian terpenting dari sel adalah isi sel yang berupa cairan hidup

yang berada dalam suatu lumen.

5. Johanes Purkinje Merupakan ilmuwan yang menyatakan bahawa isi sel adalah

protoplasma. Protoplasma merupakan bahan penting pada sel yang melangsungkan

kehidupan.

Sel adalah unit terkecil dalam organisme hidup, baik dalam dunia tumbuhan

maupun hewan.Sel terdiri atas protoplasma yaitu isi sel yang terbungkus oleh suatu

membrane atau selaput sel. Pada tahun 1957 Dougherty mengemukakan dua istilah

sel, yaitu prokariotik dan ekariotik.Sel prokariotik ialah sel yang mempunyai susunan

atau komponen yang sederhana.Artinya di dalam protoplasma tidak ada organel atau

bagian-bagian sel selain inti yang secara terpisah terbungkus oleh membran.Sistem

pernapasan sel berkaitan dengan membran plasma.Oksigen dari luar sel masuk ke

dalam plasma melalui membran dan karbon dioksida dikeluarkan dari dalam sel

melalui melalui membran ini pula.Contohnya bakteri.Sel ekariotik mempunyai

susunan dan komponen yang lebih kompleks. Di dalam plasma sel terdapat inti sel dan

organel lain yang secara terpisah terbungkus oleh membran, misalnya

mitokondria,ribosom dan lain-lainnya. (Gambar 2.1).

37

Gambar 2.1 Struktur Sel.

Pada sel ekariotik pernapasan sel berlangsung pada mitokondria. Oksigen dari

luar sel masuk ke dalam sel melalui membran mitokondria. Dalam mitokondria

oksigen digunakan dan karbon dioksida yang terbentuk dikeluarkan dari mitokondria

dan kemudian dikeluarkan dari dalam sel melalui membran plasma.

2.2 Membran Sel

Membran sel biasanya disebut juga membran plasma karena membungkus

plasma sel. Dengan adanya membran ini, sel dapat mengatur lingkungan dalamnya

untuk kepentingan tertentu, menggunakan energi untuk mempertahankan lingkungan

dalam sel., walaupun lingkungan luar sel mengalami perubahan. Membran sel

berfungsi membatasi perpindahan zat-zat yang terlibat dalam reaksi yang terjadi dalam

sel maupun masuknya zat-zat dari luar sel. Membran sel memiliki sifat dapat memilih

atau melakukan seleksi zat-zat dari dalam sel yang boleh keluar dari sel atau zat-zat

dari luar sel yang boleh masuk ke dalam sel. Membran sel ini bahkan memungkinkan

terjadinya perpindahan zat dari konsentrasi yang rendah ke konsentrasi yang lebih

tinggi, jadi melawan atau bertentangan dengan gradient konsentrasi.

Membran plasma tersusun dari lipid bilayer, yaitu lapisan fosfolipid dengan

protein yang menempel atau terbenam di antara lapisan tersebut (juga disebut model

fluid mosaic.Fosfolipid pada membran sel memiliki kepala yang polar (hidrofilik) dan

dua ekor non polar (hidrofobik).Fosfolipid-fosfolipid ini tersusun dalam barisan

dengan posisi kedua ekor saling berhadapan, sehingga daerah non polar membentuk

region hidrofobik di antara kepala hidrofilik yang terletak di sebelah dalam dan luar

38

permukaan membran.Keragaman protein yang ditemukan di antara membran

bertanggung jawab untuk sebagian besar aktivitas membran.

Kolesterol merupakan komponen penting lain dari membran sel yang terbenam

di dalam daerah hidrofobik di dalam regio ekor. Sebagian besar membran sel bakteri

tidak mengandung kolesterol.Kolesterol menyebabkan fleksibilitas membran sel.

Gambar 2.2 Membran sel, lipid bilayer.Gambar sebelah kanan menunjukkan protein sebagai

gerbang untuk keluar masuknya molekul-molekul tertentu.

Protein, terbenam pada lapisan dalam, meskipun lebih banyak daerah hidrofilik

dari protein tersebut „keluar‟ ke dalam interior sel sama halnya dengan luar sel. Fungsi

protein ini adalah sebagai gerbang yang akan menyebabkan molekul-molekul tertentu

masuk maupun keluar sel dengan bergerak melewati daerah terbuka dari saluran

protein. Protein integral ini kadang disebut protein gerbang. Permukaan luar dari

membran kaya akan glikolipid, yang mempunyai ekor hidrofobik yang terbenam pada

daerah hidrofobik dari membran dan kepalanya muncul ke luar sel. Mereka bersama

dengan karbohidrat terikat pada protein integral, dan berperan dalam pengenalan,

semacam sistem identifikasi seluler.

2.3 Sitoplasma

Sitoplasma adalah fase cair dalam sel yang mengandung berbagai macam

konstituen berupa organel sel, antara lain mitokondria, ribosom dan lain-lain. Zat-zat

yang larut dalam sitoplasma antara lain protein, RNA, metabolit untuk digunakan oleh

sel (misalnya glukosa), elektrolit dan beberapa sisa dari hasil kegiatan sel, misalnya

urea, kreatinin, asam urat, enzim-enzim, yang digunakan untuk proses glikolisis, yaitu

pengubahan glukosa menjadi asam pirivat dan laktat, serta enzim untuk biosintesis

asam lemak terdapat dalam sitoplasma. Sitoplasma yang terletak dekat membrane sel

lebih kental disebut ektoplasma, sedangkan yang ada di antara ektoplasma dengan

membrane inti disebut endoplasma.

39

Gambar 2.3 Sebagian dari sitoplasma dengan beberapa partikel di dalamnya.

Beberapa organel yang terdapat pada sitoplasma adalah endoplasmik

retikulum, mitokondria, lisosom, mikrosom, granula, kompleks golgi dan lain-lain.

1. Endoplasmik Retikulum

Di beberapa tempat, membrane sel membentuk lorong-lorong kecil yang

masuk ke bagian dalam sitoplasma dan membentuk jarring-jaring.Lorong-lorong

ini disebut endoplasmik retikulum.Di bagian dalam sel, endoplasmik retikulum

berhubungan dengan membran sel. Diperkirakan endoplasmik retikulum ini

digunakan sebagai saluran zat-zat dari inti sel ke seluruh bagian sitoplasma.Pada

dinding endoplasmik retikulum terdapat partikel-partikel yang disebut ribosom.

Ribosom terdapat dalam jumlah banyak pada diniding endoplasmic reticulum

dan mempunyai susunan kimia 50% RNA dan 50% protein. Biosintesis protein

berlangsung dalam ribosom,, karena itu sel yang memproduksi protein dalam

jumlah besar, mengandung banyak ribosom.

Gambar 2.4 Struktur Endoplasmik Retikulum.

40

2. Mitokondria

Mitokondria terdapat dalam semua sel, hanya jumlahnya bervariasi dari

beberapa ratus hingga beberapa ribu.Struktur mitokondria dapat dilihat pada

Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Struktur Mitokondria.

Mitokondria berbentuk bulat panjang dengan berbagai ukuran, mempunyai

membran ganda, yaitu membran luar dan membran dalam.Membran dalam

membentuk lipatan-lipatan yang disebut kristae, di mana terdapat enzim-enzim

oksidase.Bagian dalam mitokondria terisi oleh zat yang kental, disebut matriks.

Dalam mitokondria ini berlangsung proses oksidasi zat-zat dalam makanan yang

menghasilkan energi. Energi yang terjadi dari proses oksidasi ini digunakan untuk

membentuk molekul ATP. Bila diperlukan molekul ATP ini dapat memberikan

energi yang disimpannya.Jadi dapat dikatakan bahwa mitokondria adalah tempat

pembangkit energi sel. Zat-zat dalam makanan dioksidasi oleh beberapa enzim

pada mitokondria melalui reaksi-reaksi dalam siklus asam sitrat, di mana terjadi

reaksi dehidrogenasi dan dekarboksilasi. Proses ini membutuhkan oksigen yang

dengan ion hidrogen dan elektron yang dilepaskan pada reaksi dalam siklus asam

sitrat itu akan membentuk mlekul air. Rangkain reaksi perpindahan elektron dapat

menimbulkan energi yang dapat digunakan untuk membentuk ATP. Proses ini

disebut pernapasan sel karena melibatkan penggunaan oksigen.

41

Gambar 2.6 Siklus Krebs (Siklus Asam Sitrat).

3. Lisosom

Lisosom adalah organel sel yang mempunyai diameter antara 250-750

milimikron, berisi sejumlah besar partikel kecil dengan diameter berukuran 55-80

Angstrom. Dalam partikel ini terdapat enzim-enzim yang bekerja pada proses

hidrolisis, khususnya hidrolisis terhadap molekul-molekul besar. Sebagai contoh

protein akan terhidrolisis menjadi asam amino, glikogen menjadi glukosa dan

lemak menjdai asam lemak dan gliserol. Pada sel-sel yang mati, lisosom pecah dan

enzim yang bekerja pada proses hidrolisis masuk ke dalam sitoplasma dan

menyebabkan terjadinya proses hidrolisis dalam sel sendiri sehingga sel akan rusak.

Dalam sel darah putih atau leukosit terdapat lisosom yang berguna dalam merusak

bakteri yang dapat ditangkap oleh sel leukosit tersebut.

Gambar 2.7 Struktur Lisosom

42

4. Kompleks golgi

Kompleks golgi terletak didekat inti sel dan mempunyai hubungan dengan

endoplasmik retikulum. Dalam kompleks golgi berlangsung reaksi pembentukan

glikoprotein, yaitu gabungan karbohidrat dengan protein. Protein yang terbentuk

dari asam-asam amino dalam ribosom di bawa ke endoplasmik retikulum,

kemudian diteruskan ke dalam kompleks golgi di mana berlangsung reaksi dengan

karbohidrat membentuk glikoprotein. Disamping itu kompleks golgi berfungsi

berfungsi mengatur keadaan membran sel, yaitu mengatur pemisahan zat-zat ke

dalam sitoplasma dan keluar dari sel melalui membrane sel. Tidak semua sel

mempunyai kompleks golgi.

2.4 Inti Sel

Inti sel merupakan pusat sel yang mengatur reaksi-reaksi yang berlangsung

dalam sel dan juga reproduksi sel. Bentuk inti sel umunya bulat dan terletak di bagian

tengah sebuah sel. Inti sel terpisah dari sitoplasma oleh membran inti.Di dalam inti sel

terdapat nukleoplasma yaitu cairan kental, dan nukleolus yaitu bagian yang lebih padat

tetapi tidak terbungkus oleh suatu membran.

Gambar 2.8 Bagan sebuah sel

Inti sel terutama mengandung asam ribonukleat (RNA) dan ini membuktikan

bahwa di sini terjadi sintesis RNA yang kemudian dibawa ke dalam ribosom.

Membran inti terdiri atas dua lapisan yang mempunyai pori-pori yang

berukuran 400 sampai 700 Angstrom.Pori-pori ini cukup besar untuk dapat dilalui oleh

molekul protein dari dalam inti ke dalam sitoplasma.Terdapat hubungan antara

membran inti dengan endoplasmik retikulum.Dengan demikian diperkirakan beberapa

43

senyawa yang dibuat di dalam inti dapat dibawa ke berbagai tempat dalam sitoplasma

melalui endoplasmik retikulum.

Dalam inti terdapat kromatin atau kromosom yang terdiri atas serat-serat DNA

yang bergabung dengan histon. Inti sel juga mengandung beberapa enzim antara lain

DNA polymerase, RNA polymerase dan enzim yang digunakan dalam proses

glikolisis maupun siklus asam sitrat. Dalam nukleus terdapat enzim-enzim RNA

polymerase, RNA ase, NADP pirofosforilase, ATP ase, tetapi tidak terdapat DNA

polimerase.

2.5 Transportasi Melalui Membran

Telah dijelaskan bahwa membran sel berfungsi mengatur zat-zat yang masuk

ke dalam sel maupun yang keluar dari sel. Ada beberapa cara metabolit berpindah

melalui membran sel.

1. Difusi biasa

Metabolit yang mempunyai bobot molekul rendah dapat berdifusi melalui

membrane. Proses difusi dapat berlangsung apabila ada perbedaan konsentrasi

antara kedua larutan yang dipisahkan oleh membrane. Dalam proses difusi ini zat

yang terlarut dapat berpidah dari larutan berkonsentrasi tinggi ke laritan

berkonsentrasi rendah, hingga tercapai keadaan keseimbangan. Pada keadaan

keseimbangan, konsentrasi kedua larutan sama besar.

2. Osmosis

Tidak semua molekul dapat bergerak melalui suatu membran.Demikian

pula tidak semua membran dapat dilalui dengan leluasa oleh berbagai

molekul.Membran demikian disebut membrane semipermeabel atau permeabel

selektif. Telah dijelaskan bahwa membrane sel harus dapat membungkus isi sel,

tetapi dapat dilalui oleh oksigen dan zat-zat pada makanan dari luar ke dalam sel,

serta dapat di lalui oleh karbondioksida dan zat-zat yang akan dibuang keluar dari

dalam sel. Proses osmosis ialah proses perpindahan pelarut suatu zat melalui

membrane permeabel selektif. Sebagai pelarut-pelarut zat pada makanan dalam

tubuh ialah air. Oleh karena itu osmosis yang terjadi ialah proses perpindahan air

melalui membrane sel. Perpindahan air berlangsung dari larutan yang encer ke

dalam larutan yang lebih pekat dan mengakibatkan terjadinya suatu tekanan dari zat

cair yang disebut tekanan osmosis. Sel dalam tubuh dikelilingi oleh cairan tertentu

44

yang mempunyai tekanan osmosis yang sama dengan cairan atau plasma sel. Dalam

hal ini kedua cairan itu disebut isotonic. Sel darah merah bersifat isotonic terhadap

plasma darah di luar sel. Apabila sel darah merah ditempatkan pada air destilasi

atau cairan yang mempunyai tekanan osmosis lebih rendah (hipotonik) maka air

akan masuk ke dalam sel darah merah, sehingga sel akan menggelembung dan

pecah. Sebaliknya bila sel darah ditempatkan pada larutan yang mempunyai

tekanan osmosis lebih besar (hipertonik) daripada sel darah merah, maka air akan

keluar dari dalam sel sehingga sel akan mengecil.

Gambar 2.9 Tengaruh konsentrasi larutan terhadap sel

3. Transpor pasif

Pada padasarnya proses transpor pasif sama dengan difusi biasa. Yaitu

berlangsung dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi yang lebih rendah.

Zat yang berdifusi pada proses difusi biasa tidak mengalami suatu

perubahan selama proses berlangsung. Di samping itu kecepatan difusi tergantung

pada selisih konsentrasi zat yang terlarut selama proses berlangsung, artinya apabila

selisih konsentrasi menurun, maka kecepatan difusi juga menurun. Keniakan suhu

10 derajat akan menaikkan kecepatan difusi kira-kira sebesar 1,4 kali.

Gambar 2.10 Transpor pasif dan transpor pasif

45

Kec

epat

an a

wal

Proses transpor pasif, senyawa berdifusi diikat oleh suatu senyawa lain yang

terdapat dalam membran, kemudian diangkut ke pihak lain dan dilepaskan lagi

dalam bentuk senyawa semula. Senyawa yang mengandung zat yang berdifusi

dinamakan “pengangkut”.Ada beberapa karakteristik pada proses transpor pasif.

Pertama, proses transpor pasif ini memperlihatkan adanya kecepatan

maksimum.Dengan eksperimen dapat digambarkan grafik seperti pada gambar 2.11

yang menunjukkan hubungan antara kecepatan awal dengan konsentrasi.

Tampaklah bahwa pada proses transpor pasif terdapat kecepatan maksimum pada

konsentrasi tertentu. Ini berarti bahwa pada konsentrasi yang lebih besar lagi,

kecepatan awal difusi tidak bertambah besar. Sedangkan pada proses difusi biasa

kecepatan difusi awal bertambah besar apabila konsentrasi diperbesar.

Pada konsentrasi yang sama, kecepatan awal trasnpor pasif lebih besar pada

difusi biasa. Kecepatan difusi maksimum terdapat pada konsentrasi besar, karena

pengangkut sudah jenuh, sehingga tidak mungkin menampung atau mengikat

senyawa lagi.

Gambar 2.11 Kinetika sistem transpor melalui membran

Kedua, proses difusi atau transpor pasif ini mempunyai kekhasan bagi zat

yang berdifusi.Sebagai contoh sel eritrosit beberapa vertebrata mempunyai system

transpor melalui membrane yang dapat mempermudah atau mempercepat

masuknya D-glukosa atau monosakarida yang strukturnya mirip glukosa, tetapi

tidak mempunyai aktivitas semacam itu terhadap D-fruktosa atau suatu disakarida

laktosa. Kekhasan lain bersifat kekhasan ruang. Sebagai contoh sistem transpor

pada membran sel hewan lebih aktif terhadap L-asam amino daripada isomer D-

asam amino.Dengan adanya karakteristik yang kedua ini, dikemukakan anggapan

bahwa pada molekul pengangkut terdapat bagian yang khas untuk berikatan dengan

46

membran

Luar dalam

zat yang diangkut berdifusi.Hal ini analog dengan pembentukan kompleks enzim

substrat.

Ketiga, transpor pasif ini dapat dihambat secara khas pula.Apabila terdapat

zat yang strukutrnya mirip sengan zat yang berdifusi, maka ada kemungkinan

terjadi hambatan.Zat yang menghambat dapat membentuk ikatan dengan molekul

pengangkut, sehingga bagian yang khas terpakai oleh inhibitor.Dengan demikian

tidak terjadi ikatan antara zat yang berdifusi dengan molekul pengangkut.

4. Tranpor aktif

Pada proses transpor pasif, suatu zat berpindah dari tempat yang

berkonsentrasi tinggi ke tempat yang berkonsentrasi rendah. Sebaliknya ada pula

ion-ion yang dapat berpindah dari suatu tempat berkonsentrasi rendah ke tempat

berkonsentrasi tinggi. Pada umunya orang sependapat bahwa perpindahan suatu zat

yang bertentangan dengan gradien konsetrasi, merupakan proses perpindahan aktif

atau trasnpor aktif dengan menggunakan sejumlah energi yang diperoleh dari dalam

sel. Energi yang digunakan berasal dari molekul ATP. Dengan demikian apabila

pembentukan energi dalam sel dihambat oleh suatu inhibitor, maka transpor aktif

secara tidak langsung ikut terhambat.

Ada beberapa kemungkinan mekanisme transpor aktif yang dikemukakan

orang. Pertama, zat (A) masuk ke dalam membrane dari luar, kemudian dalam

membran mengalami proses kimia seperti fosoforilasi, tetapi kembali seperti

keadaan semula (A) pada waktu masuk ke dalam sel. Reaksi forforilasi melibatkan

ATP sebagai sumber energi dan gugus fosfat yang diikat pada molekul zat A, akan

dilepas lagi sebagai gugus fosfat anorganik. Mekanisme kedua mengemukakan

adanya molekul X sebagai pengangkut zat A.

47

Sebelum berikatan dengan molekul A, zat X mengalami perubahan

konformasi menjadi Xo. Perubahan ini menggunakan energi dari ATP yang berubah

menjadi ADP.

ATP ADP + P anorg + energi

Setelah terjadi Xomaka zat A yang masuk ke dalam membran sel bergabung

dengan Xomembentuk kompleks AX

o. Setelah melalui membran sel, maka zat A

dilepaskan dari kompleks AXo dan masuk ke dalam sel, sedangkan bentuk

Xoberubah lagi menjadi X. Demikian seterusnya X akan menjadi X

odengan

menggunakan energi. Mekanisme ketiga diajukan oleh S. Roseman yang telah

meneliti proses transpor aktif glukosa melalui membrane bakteri. Menurut

mekanisme ini, gula setelah berada di bagian dalam sel segera diubah menjadi

derivat fosfat atau glukosafosfat.Yang berperan sebagai perantara dalam hal ini

ialah suatu protein dengan bobot molekul rendah dan yang mengandung histidin

(HPr).Zat ini tahan terahadap panas, tidak mengandung karbohidrat dan fosfat.

Reaksi yang dikemukakan ialah sebagai berikut :

fosfoenol piruvat + glukosa piruvat + P - HPrEnz. I, Mg++

P - HPr + glukosa glukosa - 6 - fosfat + HPrEnz. II

Dari reaksi tersebut tampak bahwa HPr tidak berperan sebagai

pengangkut.Pada tepi luar membran sel, glukosa membentuk kompleks dengan

enzim II (EII glukosa).Pada tepi dalam membran terjadi reaksi dengan P-Hpr dan

membentuk glukosa-6-fosfat yang tidak dapat keluar dari dalam sel.

Transpor aktif ini sangat penting artinya dalam komposisi elektrolit di

dalam dan di luar sel. Sebagai contoh konsentrasi normal K+di dalam sel tubuh

manusia kira-kira 130 mek (milimeterekivalen) per liter, sedangkan di luar sel kira-

kira 4 mek per liter. Konsentrasi Na+ di luar sel 140 mek per liter, sedangkan di

dalam sel 10 mek per liter. Oleh karena Na+dikeluarkan dari dalam sel dan

K+dimasukkan ke dalam sel, maka proses yang terjadi adalah transport aktif.

Sebagai zat pengangkut pada transpor Na+ diperkirakan asamfosfatida.