1Enzim dan pengendaliannya

Enzim dan pengendaliannya : Ciri enzimSifat fisik kimiaPenamaan dan klasifikasiSifat dan mekanisme kerjaKondisi yang mempengaruhi aktivitasEnzim dan pengendaliannya : Penghambatan aktivitas enzimKondisi yang mempengaruhi pembentukanenzimSifat dan mekanisme pengendalian enzim

Enzim ?? katalisator organik (biokatalisator) yang dihasilkan oleh sel. FUNGSI : untuk mempercepat reaksi kimia. dalam hal ini untuk keperluan metabolisma mikroba mempunyai selektivitas dan spesifitas yang tinggi terhadap reaktan

yang direaksikan dan jenis reaksi yang dikatalisasi.

Setelah reaksi berlangsung, enzim tidak mengalami perubahanjumlah, sehingga jumlah enzim sebelum dan setelah reaksi adalahtetap.

ENZIM ADA DI MANA ? BAGAIMANA ENZIM BEKERJA ??

2 Enzim adalah satu atau beberapa guguspolipeptida (protein) yang berfungsi sebagaikatalis (senyawa yang mempercepat prosesreaksi tanpa habis bereaksi) dalam suatu reaksikimia. Enzim bekerja dengan cara menempelpada permukaan molekul zat-zat yang bereaksidan dengan demikian mempercepat prosesreaksi. Percepatan terjadi karena enzimmenurunkan energi pengaktifan yang dengansendirinya akan mempermudah terjadinyareaksi.

ENZIM ADA DI MANA ? Enzim dimiliki tidak saja oleh sel bakteri, juga sel mikroba

lain bahkan mahluk tingkat tinggi (manusia, hewan, tumbuhan tingkat tinggi)

Penggolongan enzim berdasarkan tempat bekerjanyaa. Endoenzim / enzim intraseluler Bekerjanya di dalam sel. Umumnya digunakan untuk

proses sintesis di dalam sel untuk pembentukan energi (ATP) yang berguna untuk proses

kehidupan sel, misal dalam proses respirasi.

b. Eksoenzim / enzim ekstraseluler Bekerjanya di luar sel. Umumnya berfungsi untuk mencernakan substrat secara

hidrolisis ( untuk dijadikan molekul yang lebih sederhana (BM lebih rendah) sehingga dapat masuk melewati membran sel).

Energi yang dibebaskan pada reaksi pemecahan substrat di luar sel tidak digunakan dalam proses kehidupan sel.

3MEKANISME BEKERJANYA ENZIM

Saat berlangsungnya reaksi enzimatik

1. Terjadi ikatan sementara antara enzim dengan substratnya (reaktan)2. Ikatan sementara ini bersifat labil dan hanya untuk waktu yang singkat saja. 3. Selanjutnya ikatan enzim-substrat akan pecah menjadi enzim dan hasil

akhir. 4. Enzim yang terlepas kembali setelah reaksi dapat berfungsi lagi sebagai

biokatalisator untuk reaksi yang sama.

Sistem enzim-substrat untuk tiap-tiap reaksi enzimatik bersifat khusus.Kestabilan ikatan enzim-substrat ditentukan oleh konstanta Michaelis (Km).

E + S ES E + P

Keterangan: E : Enzim, S: Substrat (reaktan), ES: ikatan sementara, P: Hasil reaksi

STRUKTUR ENZIM

Pada umumnya enzim tersusun dari protein.

apoenzimapoenzimbagian protein berat molekul tinggiTdk terdialisisTIDAK AKTIF

koenzimkoenzimbagian nonproteinBerat molekul rendah Terdialisis TIDAK AKTIF

holoenzimholoenzimAKTIF SEBAGAI BIOKATALISATOR.

++

Koenzim berfungsi menentukan jenis reaksi kimia yang dikatalisis enzim.

organik,

anorganik (disebut kofaktor) : misal ion logam memantapkan struktur protein dengan adanya interaksi antar muatan.

4PENGGOLONGAN ENZIMDigolongkan berdasarkan :

tempat bekerjanya, (Endoenzim & Eksoenzim). substrat yang dikatalisis, daya katalisisnya, cara terbentuknya.

Umumnya pemberian nama enzim didasarkan atas nama substrat yang dikatalisis atau daya katalisisnya dengan penambahan kata ase.

Misal : proteinase adalah enzim yang dapat mengkatalisis pemecahan protein.

Penggolongan enzim berdasarkan daya katalisis

a. OksidoreduktaseEnzim ini mengkatalisis reaksi oksidasi-reduksi, yang merupakan pemindahan elektron,

hidrogen atau oksigen. b. Transferase

Transferase mengkatalisis pemindahan gugusan molekul dari suatu molekul kemolekul yang lain.

c. HidrolaseEnzim ini mengkatalisis reaksi-reaksi hidrolisis

d. LiaseEnzim ini berfungsi untuk mengkatalisis pengambilan atau penambahan gugusan dari

suatu molekul tanpa melalui proses hidrolisise. Isomerase

Isomerase meliputi enzim-enzim yang mengkatalisis reaksi isomerisasif. Ligase

Enzim ini mengkatalisis reaksi penggabungan 2 molekul dengan dibebaskannya molekul pirofosfat dari nukleosida trifosfat

g. Enzim lain dengan tatanama berbedaAda beberapa enzim yang penamaannya tidak menurut cara di atas, misalnya enzim pepsin, triosin, dan sebagainya serta enzim yang termasuk enzim permease. Permease adalah enzim yang berperan dalam menentukan sifat selektif permiabel dari membran sel.

5Penggolongan enzim berdasarkan cara terbentuknya

a. Enzim konstitutif Enzim yang merupakan bagian dari susunan

sel normal selalu ada umumnya dalam jumlah tetap pada sel hidup.

Contoh : enzim-enzim yang berperan dalam proses respirasi

b. Enzim adaptif Pembentukannya dipengaruhi perubahan

lingkungan Induksi dari lingkungan pembentukannya

dirangsang oleh adanya substrat.

Contoh : Enzim beta galaktosidase yang dihasilkan oleh bakteri E.coli yang ditumbuhkan di dalam medium yang mengandung laktosa. Mula-mula E. coli tidak dapat menggunakan laktosa

sehingga awalnya tidak nampak adanya pertumbuhan (fase lag/fase adaptasi panjang). Selama fase lag membentuk Enzim beta galaktosidase.

Enzim terbentuk susbtrat laktosa bisa dimakan (laktosa dirombak) fase eksponensial

6FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI REAKSI ENZIMATIK

Protein adalah bagian utama enzim yang dihasilkan sel, maka semua hal yang dapat mempengaruhi protein dan sel akan berpengaruh terhadap reaksi enzimatik.

Yang dapat mempengaruhi kerja enzim adalah : 1. Substrat (Reaktan)2. Suhu3. Kemasaman (pH)4. Penghambat Enzim (inhibitor)5. Aktivator (penggiat) atau kofaktor6. Penginduksi (induktor)

1. Substrat (Reaktan) Penambahan kadar substrat sampai jumlah tertentu dengan jumlah

enzim yang tetap, akan mempercepat reaksi enzimatik sampai mencapai maksimum. Penambahan substrat selanjutnya tidak akan menambah kecepatan reaksi.

Konstanta Michaelis (Km). menggambarkan kesetimbangan disosiasi kompleks ES menjadi enzim dan substrat. Nilai Km kecil : Enzim mempunyai afinitas tinggi terhadap substrat maka

kompleks ES sangat mantap, sehingga kesetimbangan reaksi kearah kompleks ES.

Nilai Km besar berarti enzim mempunyai afinitas rendah terhadap substrat, sehingga kesetimbangan reaksi kearah E + S.

Nilai Km kecil Nilai Km besarE + S ES E + P

Keterangan: E : Enzim, S: Substrat (reaktan), ES: ikatan sementara, P: Hasil reaksi

kesetimbangan reaksi kearah kompleks ES.

kesetimbangan reaksi kearah kompleks ES.

7 4. Konsentrasi enzim dan substrat- Semakin tinggi konsentrasi enzim akansemakin mempercepat terjadinya reaksi. Dan konsentrasi enzim berbanding lurusdengan kecepatan reaksi.- Jika sudah mencapai titik jenuhnya, maka konsentrasi substrat berbandingterbalik dengan kecepatan reaksi.

2. Suhu

Suhu sampai optimum kenaikan kecepatan reaksi enzimatik.

Suhu melebihi optimum terjadi perubahan fisikokimia protein penyusun enzim enzim rusak Umumnya enzim mengalami kerusakan

(denaturasi) pada suhu diatas 50oC. Walaupun demikian ada beberapa enzim

yang tahan terhadap suhu tinggi, misalnya taka-diastase dan tripsin.

8 1. SuhuEnzim tidak dapat bekerja secara optimal apabila suhu lingkungan terlalu rendah atauterlalu tinggi. Jika suhu lingkungan mencapai 0C atau lebih rendah lagi, enzim tidak aktif. Jikasuhu lingkungan mencapai 40 C atau lebih, enzim akan mengalami denaturasi (rusak). Suhuoptimal enzim bagi masing-masing organismeberbeda-beda. Untuk hewan berdarah dingin, suhu optimal enzim adalah 25 C, sementarasuhu optimal hewan berdarah panas, termasukmanusia, adalah 37 C.

3. Keasaman (pH) Enzim mempunyai gugus aktif yang bermuatan positif

(+) dan negatif (-). Aktivitas enzim akan optimum kalau terdapat keseimbangan antara kedua muatannya.

pH optimum kerja enzim maksimal

Daya katalisis enzim menjadi menurun diluar pH optimum : karena terjadinya denaturasi protein enzim.

pH optimum untuk masing-masing enzim tidak selalu sama. Sebagai contoh amilase jamur mempunyai pH optimum 5,0, arginase mempunyai pH optimum 10.

9 2. pH (Tingkat Keasaman)Setiap enzim mempunyai pH optimal masing-masing, sesuai dengan "tempatkerja"-nya. Misalnya enzim pepsin, karenabekerja di lambung yang bersuasanaasam, memiliki pH optimal 2. Contoh lain, enzim ptialin, karena bekerja di mulut yang bersuasana basa, memiliki pH optimal 7,5-8.

4. Penghambat Enzim (inhibitor)

Inhibitor enzim adalah zat atau senyawa yang dapat menghambat enzim

Beberapa cara penghambatan : a. Penghambat bersaing (kompetitif) b. Penghambat tidak bersaing (non-kompetitif) c. Penghambat umpan balik (feed back inhibitor) d. Penghambat represor e. Penghambat alosterik

10

3. Aktivator dan InhibitorAktivator adalah zat yang dapat mengaktifkan danmenggiatkan kerja enzim. Contohnya ion klorida, yang dapat mengaktifkan enzim amilase.Inhibitor adalah zat yang dapat menghambat kerjaenzim. Berdasarkan cara kerjanya, inhibitor terbagi dua, inhibitor kompetitif dan inhibitor nonkompetitif. Inhibitor kompetitif adalah inhibitor yang bersaing aktif dengansubstrat untuk mendapatkan situs aktif enzim, contohnyasianida bersaing dengan oksigen dalam pengikatan Hb. Sementara itu, inhibitor nonkompetitif adalah inhibitor yang melekat pada sisi lain selain situs aktif pada enzim, yang lama kelamaan dapat mengubah sisi aktif enzim.

4. Penghambat enzim (inhibitor) a. Penghambat bersaing (kompetitif)Disebabkan oleh senyawa tertentu yang mempunyai struktur mirip dengan substrat saat reaksi enzimatik akan terjadi.

Dipengaruhi : 1.kadar penghambat2.kadar substrat 3.aktivitas relatif antara penghambat dan substrat.

Penanggulangan : menambah jumlah substrat sampai berlebihan.

Misalnya asam malonat vs asam suksinat dalam penggunaan enzim dehidrogenase suksinat pada pembentukan asam fumarat.

Struktur asam yg mirip dari keduanya dapat bersaing untuk memanfaatkan enzim dehidrogenase.

11

4. Penghambat enzim (inhibitor)b. Penghambat tidak bersaing (non-kompetitif)

Zat-zat kimia tertentu mempunyai afinitas yang tinggi terhadap ion logam penyusun enzim dibandingkan dengan enzimnya.

Tidak terjadi persaingan antara zat penghambat dengan substrat masalah tidak dapat ditanggulangi dengan penambahan jumlah substrat

Contoh : Senyawa-senyawa seperti sianida, sulfida, natrium azida, dan karbon monooksida adalah senyawa penghambat untuk enzim yang mengandung Fe, yaitu dengan terjadinya reaksi antara senyawa-senyawa tersebut dengan ion Fe yang menyebabkan enzim menjadi tidak aktif.

Disebabkan oleh hasil akhir suatu rangkaianreaksi enzimatik yang menghambat aktifitasenzim pada reaksi pertama.

Enzim a Enzim b Enzim c Enzim dA B C D X

Keterangan: A,B,C,D : substrat enzim a,b,c,d.X : hasil akhir reaksi enzimatik yang menghambat

sintesis enzim a.

4. Penghambat enzim (inhibitor)c. Penghambat umpan balik (feed back inhibitor)

X

12

Disebabkan oleh hasil akhir suatu rangkaian reaksienzimatik yang menghambat mempengaruhi atau mengatur pembentukan enzim-enzim pada reaksi sebelumnya.

Enzim a Enzim b Enzim c Enzim dA B C D X

Keterangan: A,B,C,D: substrat enzim a,b,c,d.X: hasil akhir reaksi enzimatik yang menghambat sintesis enzim a.

4. Penghambat enzim (inhibitor)d. Penghambat represor

X

5. Aktivator (penggiat) atau kofaktor

suatu zat yang dapat mengaktifkan enzim yang semula belum aktif. Enzim yang belum aktif disebut pre-enzim atau zymogen (simogen).

dapat berbentuk ion-ion dari unsur H, Fe, Cu, Mg, Mo, Zn, Co, atau berupa koenzim, vitamin, dan enzim lain.

13

STRUKTUR ENZIM

Pada umumnya enzim tersusun dari protein.

apoenzimapoenzimbagian protein berat molekul tinggiTdk terdialisisTIDAK AKTIF

koenzimkoenzimbagian nonproteinBerat molekul rendah Terdialisis TIDAK AKTIF

holoenzimholoenzimAKTIF SEBAGAI BIOKATALISATOR.

++

organik,

anorganik (disebut kofaktor) : misal ion logam memantapkan struktur protein dengan adanya interaksi antar muatan.

vitamin, seperti vitamin B1, B2, NAD+ (Nicotinamide

Adenine DinucleotideKoenzim berfungsi menentukan jenis reaksi kimia yang dikatalisis enzim.

Bagaimana enzim bekerja :teoriteori

kuncikunci--gembokgembok, ,

teoriteorikecocokankecocokan

induksiinduksi

14

Teori Kunci-Gembok(Lock and Key Theory)

TerjadinyaTerjadinya reaksireaksi antaraantara substratsubstrat dengandengan enzimenzim karenakarena : : adanyaadanyakesesuaiankesesuaian bentukbentuk ruangruang antaraantara substratsubstrat dengandengan situssitus aktifaktif (active (active site) site) daridari enzimenzim, , sehinggasehingga sisisisi aktifaktif enzimenzim cenderungcenderung kakukaku. .

SubstratSubstrat berperanberperan sebagaisebagai kuncikunci masukmasuk keke dalamdalam situssitus aktifaktif, yang , yang berperanberperan sebagaisebagai gembokgembok, , sehinggasehingga terjaditerjadi komplekskompleks enzimenzim--substratsubstrat. .

PadaPada saatsaat ikatanikatan komplekskompleks enzimenzim--substratsubstrat terputusterputus, , produkproduk hasilhasilreaksireaksi akanakan dilepasdilepas dandan enzimenzim akanakan kembalikembali padapada konfigurasikonfigurasisemulasemula..

Teori Kecocokan Induksi (Induced Fit Theory)

reaksi antara enzim dengan substrat berlangsungkarena : adanya induksi substrat terhadap situs aktifenzim sedemikian rupa sehingga keduanya merupakanstruktur yang komplemen atau saling melengkapi.

Menurut teori ini situs aktif tidak bersifat kaku, tetapilebih fleksibel.

15

Cara kerja Enzim

Molekul selalu bergerak dan bertumbukan satu sama lain.Jika suatumolekul substrat menumbuk molekul enzim yang tepat, maka akanmenempel pada enzim.Tempat menempelnya molekul substratpada enzim disebut sisi aktif.Kemudian terjadi reaksi dan molekulproduk ini dapat menjadi substrat bagi molekul lain.

Ada 2 teori mengenai kerja enzim, yaitu teori gembok-anakkecil dan induced fit.

1. sisi aktif enzim tertentu mempunyai brntuk tertentu yang hanyasesuai dengan substrat tertentu, seperti gembok cocok dengananak kuncinya. Hal itu menyebabkan enzim bekerja secara spesifik.Jika enzim

mengalami denaturasi karena panas, bentuk sisi aktif berubahsehingga sybstrat tidak sesuai lagi.Perubahan pH jugamempunyai pengaruh yang sama.

2. Teori induced fit Menurut teori ini, sisi aktif enzim lebih fleksibel menyesuaikan

struktur substrat.Ikatan antara enzim dengan substrat dapatberubah menyesuaikan dengan substrat.

Sebagai katalis dalam reaksi-reaksi di dalam tubuhorganisme, enzim memiliki beberapa sifat, yaitu:

Enzim adalah protein, karenanya enzim bersifatthermolabil, membutuhkan pH dan suhu yang tepat.

Enzim bekerja secara spesifik, dimana satu enzimhanya bekerja pada satu substrat.

Enzim berfungsi sebagai katalis, yaitumempercepat terjadinya reaksi kimia tanpamengubah kesetimbangan reaksi.

Enzim hanya diperlukan dalam jumlah sedikit. Enzim dapat bekerja secara bolak-balik. Kerja enzim dipengaruhi oleh lingkungan, seperti

oleh suhu, pH, konsentrasi, dan lain-lain.

16

Dewasa ini, enzim adalah senyawa yang umum digunakan dalam proses produksi. Enzim yang digunakan pada umumnya berasal dari enzim yang diisolasi dari bakteri. Penggunaan enzim dalam proses produksi dapat meningkatkan efisiensi yang kemudian akan meningkatkan jumlah produksi.

Uji reaksi enzimatiik

Hidrolisa PatiHidrolisa Protein (Casein)

AmonifikasiReaksi Katalase

Reaksi IndolProduksi H2S

17

Hidrolisa PatiMendeteksi keberadaan enzim amilase

Pati Salah satu substrat dari mikroba yang terdiri darirangkaian molekul2 glukose

Dapat dipecah melalui glukose tunggal melalui reaksihidrolisis

Memerlukan enzim amilase dihasilkan dari mikrobatertentu yang menghasilkan enzim tersebut

Banyak m.o. yang dapat menghidrolisis pati

Tidak banyak yang dapat menghasilkan enzim amilase

18

Prinsip uji hidrolisa pati

Ditumbuhkan bakteri tunggal (murni) yang diujike dalam media yang mengandung pati

Indikator Iodine : Bila diteteskan ke media yang mengandung pati

maka akan menghasilkan warna biru Bila tidak berwarna biru berarti :

tidaktidak adaada patipati patipati telahtelah terhidrolisisterhidrolisis

Prosedur laboratorium : Inokulasi Nutrient Agar yang mengandung pati (2 g/l)

dengan E.coli dan Bacillus sp. secara streak.

Inkubasi selama 48 jam pada suhu 37oC

Setelah selesai inkubasi, tetesi cawan dengan lugolsiodine secukupnya sehingga seluruh permukaanmedia terkena.

Hidrolisis zat pati terlihat sebagai zona jernih disekeliling koloni, sedangkan hasil negatif ditunjukkanwarna sekitar koloni tetap biru hitam.

19

Hidrolisa Casein / Uji proteolitikMendeteksi keberadaan enzim protease

Uji proteolitik ditujukan untuk mengetahui kemampuanmikroorganisme menghasilkan enzim protease.

Protein yang digunakan dalam bentuk kasein susu.

Hidrolisis kasein secara bertahap akan menghasilkanmonomernya berupa asam amino Proses inidinamakan peptonisasi atau proteolisis

Prosedur Laboratorium InokulasikanInokulasikan BacillusBacillus sp. Dan sp. Dan EE. . colicoli padapada Skim Milk AgarSkim Milk Agar (SMA) (SMA) InkubasiInkubasi padapada suhusuhu 3737ooC C selamaselama 48 jam.48 jam. AktivitasAktivitas proteolitikproteolitik ditunjukkanditunjukkan oleholeh terbentuknyaterbentuknya zone zone jernihjernih didi

sekelilingsekeliling kolonikoloni..

20

Reaksi katalase

mikroorganismemenghasilkan hidrogenperoksida, bahkan ada yang menghasilkan superoksidayang sangat BERACUN.

SenyawaSenyawa iniini dalamdalam jumlahjumlah besarbesar akanakanmenyebabkanmenyebabkan kematiankematian padapadamikroorganismemikroorganisme..

EnzimEnzim KatalaseKatalasedihasilkandihasilkan oleholehmikroorganismemikroorganismeaerobikaerobik, , fakultatiffakultatif aerobaerobmaupunmaupun mikroaerofilikmikroaerofilikyang yang menggunakanmenggunakanjalurjalur respirasirespirasi aerobikaerobik..

Untungada

21

ProduksiProduksi katalasekatalase bisabisadiidentifikasidiidentifikasi dengandenganmenanmbahkanmenanmbahkan reagenreagen HH22OO22padapada suspensisuspensi bakteribakteri. .

JikaJika dihasilkandihasilkan gelembunggelembung gas, gas, berartiberarti bakteribakteri tersebuttersebut mampumampumemproduksimemproduksi enzimenzim katalasekatalase. .

JikaJika tidaktidak dihasilkandihasilkangelembunggelembung gas gas berartiberarti ujiujikatalasekatalase dinyatakandinyatakan negatifnegatif..

Prosedur laboratorium Koloni bakteri segar

ditetesi 3% H2O2

Amati adanya gelembunguntuk hasil positif dan tidakada gelembung untuk hasilnegatif

(hati-hati membedakanantara gelembung yang muncul dari sel dengankumpulan sel yang mengambang akibatditambahi reagen).

22

Amonifikasi

enzim proteolitik dihasilkan oleh bakteri tertentu, biasanya m.o. tanah bertindak sebagai penghidrolisisprotein dari tanah dan sisa binatang

Gugus amin yang sudah pecah (H2N) : Dalam kondisi aerobik : membentuk Amonium (NH4) Dalam kondisi anaerobik : membentuk amoniak (NH3)

zzAmonifikasiAmonifikasi : : zzPelepasanPelepasan gugusgugus aminamin (H(H22N) N) dalamdalam strukturstruktur protein protein zzoleholeh ENZIM PROTEOLITIKENZIM PROTEOLITIK

Peptone broth : media yg mengandung substratnitrogen organik

Ke dalam media ditumbuhkan kultur bakteri murniyang akan diuji apakah dia bisa menguraikan protein sehingga menghasilkan amonia (kondisi aerobik)

Reagen Nessler dapat mendeteksi adanya amonia : media yang mengandung ammonia akanmenunjukkan kuning bila ditetesi reagen Nessler

23

Prosedur laboratorium

Inokulasikan tabung yang berisi larutan pepton4% dengan : Sedikit tanah B.Subtilis S. Aureus /Streptomyces sp. P.Vulgaris Satu tabung kontrol

Teteskan reagen nessler pada tiap suspensibiakan apakah terbentuk warna kuning ?

Inkubasi 37oC

48 jam

Reaksi Indol

Indol :

Senyawa Nitrogen yang dihasilkan daridegradasi triptofan olehenzim triptofanase yang dibentuk bakteri

Larutan Kovac dapat mendeteksi keberadaan indol : indol + kovac memberikan warna merah

TRIPTOFAN : Suatu pepton

yang berasal darikasein yang mengalami

perombakanprankreatik

Enzim ;Bekerja pada Rentang pH netral : kalau ada karbohidrat, bisa pecahlebih dulu dan produk akhirnyabersifat asam sehinggamenurunkan pH enzimtryptophanase tidak dapat bekerja

24

Prosedur Laboratorium1. Inokulasikan medium kaldu tryptofan

1% dengan E.coli dan B.cereus

2. Inolulasikan medium kaldu tryptofan1% + glukosa 1% dengan E.coli danB.cereus

3. Teteskan larutan kovac segar kedinding tabung pelan-pelan. Perhatikan apakah ada cincin merah ?

Inkubasikan

37oC selama 1-2 hari

Karbohidrat

Produksi H2S