1

ENZIM DAN BIOENERGITIKA

Oleh:Mohammad Hanafi

DanTrimartiniFK UNAIR

2

PENDAHULUAN

• METABOLISME :– KATABOLISME

MOLEKUL YG LEBIH BESAR MOLEKUL YG LEBIH KECILGLUKOSA CO2 + H2O + ENERGI

– ANABOLISME = SINTESISMOLEKUL YG LEBIH KECIL MOLEKUL YG LEBIH BESARGLUKOSA GLIKOGEN

MAKANAN DICERNAdalam saluran pencernaan

DIMETABOLISMEdalam sel

ENZIM

SEL JARINGAN ORGANISME

tersusun dari molekul2

REAKSI KIMIA

3

inti

Organisme sel molekul

enzim

Sel eukariot

sitosol

Golgi app.

peroxisom

lisosom

mitochondrion

cytoskeletonribosom

Endoplasmik retikulum

4

• I. BIOKIMIASUSUNAN KIMIAWIPROSES2 KIMIA

• ENZIM :PROTEIN BIOKATALISATOR

• ALUR METABOLIK

• A= substrat awal• P= produk akhir• B,C,D,E,F,G= senyawa2 antara (intermediates)• E1 searah

DALAM ORGANISME

virus, bakteri, tumbuhan, hewan, manusia

E. regulator

( ) ( )PGFEDCBA 7654321 EEEEEEE ⎯→⎯⎯→←⎯→←⎯→←⎯→←⎯→←⎯→⎯

5

• LETAK ENZIM DALAM SEL– BERKAITAN DGN FUNGSI ORGANEL Ybs.– E. MITOKONDRIAL REAKSI PENGADAAN

ENERGIReaksi oksidasi EnergiRantai respirasi dalam mitokondria

– E. RIBOSOMAL SINTESIS PROTEIN• KATALISATOR mempercepat reaksi

– IKUT SERTA DALAM REAKSI KIMIA & MEMPERCEPAT REAKSI KIMIA, TETAPI PD. AKHIR REAKSI AKAN DIDAPAT KEMBALI SEPERTI SEMULA

– DIBUTUHKAN DLM. JUMLAH KECIL

E + S

CELAH AKTIF

KOMPLEKS [ES] E

+P

6

• KATALISATOR INORGANIK

1. H+, OH-, Pt2. E. aktivasi ↓3. -4. -

ENZIM1. PROTEIN

biokatalisator2. E aktivasi ↓↓3. BEREAKSI

SPESIFIK4. TIDAK TAHAN

PANAS

7

Ea

Ea'

Ea''

Perjalananreaksi

E. l

evel

G

E. bebas

=kead. transisi

tanpa katalisator

dgn katalisator inorg

dgn enzim

ΔG = PerubahanE. bebas

kead. awal

kead. akhir

8

keadaan awal pd suhu tertentuReaksi kimia : A PLab kimia : dipanasi

di + katalisatorSistem biologis : - suhu konstan

- + EnzimA+B C+DΔG = 0 → seimbangΔG < 0 → Rx ke kanan bersifat eksergonikΔG > 0 → Rx ke kanan bersifat endergonik

9

• Ea = ENERGI AKTIVASIJUMLAH ENERGI YG DIPERLUKAN

UNTUK MEMBAWA SEMUA MOLEKUL DLM. 1 MOLE SUATU BAHAN PD. SUATU SUHU TERTENTU DR. KEADAAN AWAL MENUJU KEADAAN TRANSISIMENGATASI HAMBATAN ENERGI

• ΔG : PERUBAHAN ENERGI BEBASTIDAK DIPENGARUHI KATALISATOR

10

ENZIM BEREAKSI SPESIFIK artinya :SUATU ENZIM HANYA DAPAT

BEREAKSI DGN. SUATU SUBSTRAT TERTENTU atau PD. SEJUMLAH KECIL SENYAWA SEJENIS

CONTOH :LAKTOSA GLUKOSA +

GALAKTOSALaktase

Heksokinase : - GLUKOSA- HEKSOSA LAIN: FRUKTOSA

DAYA IKAT (AFINITASNYA) BEDAKm beda

11

• KEKHUSUSAN ENZIM– K. ABSOLUT– K. RELATIF– K. OPTIK MALTASE α– K. GUGUS ALKOHOL DEHIDROGENASE

• DIPENGARUHI OLEH:– IKATAN E-S– SIFAT GUGUS KATALITIK– KOFAKTOR

•

• E / K TIDAK BERHUBUNGAN SECARA STOIKIOMETRIK DENGAN REAKTAN / PRODUK

E

active siteS

3C 3B3A2C 2B2AC BA

3x

2x

x

⎯→⎯+⎯→⎯+⎯→⎯+

12

KLASIFIKASI & TATANAMA ENZIM• NAMA ENZIM

– DULU SEDERHANAMis: EMULSIN, PTYALIN

– ‘S’ + ASEMis: UREASE, LIPASEJENIS REAKSI + ASEMis: TRANSFERASE, DEHIDROGENASE‘S’ + JENIS REAKSI + ASEMis: MALAT DEHIDROGENASE

‘S’ Jenis reaksi– TATANAMA ENZIM IUBMB:

1. REAKSI & ENZIMNYA DIBAGI DALAM 6 KELAS UTAMA2. NAMA ENZIM T.D. 2 BAGIAN:

Bgn. 1 NAMA SUBSTRATBgn. 2 JENIS REAKSI + ASE

13

KLASIFIKASI & TATANAMA ENZIM(lanjutan)

Mis:1.1.1.1 Alkohol : NAD Oksidoreduktase

= alkohol dehidrogenase3. INFORMASI TAMBAHAN DALAM ( )

Mis:1.1.1.37 L-MALAT : NAD OKSIDOREDUKTASE

(decarboxylating)L-MALAT + NAD+ PIRUVAT + CO2 + NADH + H+

1.1.1.37 L-MALAT : NAD OKSIDOREDUKTASEL-MALAT + NAD+ OKSALOASETAT + NADH + H+

14

NOMOR KODE SISTEMATIKMis : EC.2.7.1.1

α-D-GLUKOSA α-D-GLUKOSA 6-PGlukokinase/Heksokinase

Transferase

Transfer fosfat

Akseptor gugus alkohol

Enzim yg dimaksudHeksokinase

15

KELAS-KELAS ENZIM MENURUT IUBMB,ADA 6 KELAS (GOLONGAN) UTAMA:

1. OKSIDOREDUKTASE :MENGKATALISIS REAKSI OKSIDASI – REDUKSI.

P.U. : ENZIM2 PD. PROSES OKSIDASI BIOLOGISLaktat dehidrogenase

PIRUVAT + NADH + H+ LAKTAT + NAD+

2. TRANSFERASE :MENGKATALISIS TRANSFER/PEMINDAHAN GUGUS FUNGSIONAL (BUKAN HIDROGEN) ANTARA SEPASANG SUBSTRAT

S–G + S’ S’–G + S

α-D-GLUKOSA+ATP α-DGLUKOSA-6-P +ADPHeksokinase/Glukokinase

16

3. HIDROLASE :MENGKATALISIS PEMBELAHAN HIDROLITIKContoh : Enzim - Amilase

- Lipase- Karboksi peptidase A

β-D-GALAKTOSIDA + H2O suatu alkohol + D-galaktosa

17

4. LIASE (LYASE) :MENGKATALISIS REAKSI PEMBENTUKAN ATAU PEMECAHAN IKATAN RANGKAP DUA, ATAU PEMBELAHAN LAIN YG. MENYANGKUT PENYUSUNAN KEMBALI ELEKTRON

Contoh :∼ ALDOLASE : KETOSA-I-P ALDOSA + DIHIDROKSI

ASETON-P∼ FUMARASE :

HO – CH – COOH H – C – COOH| = || + H2OCH2 – COOH HOOC – C – H

MALAT FUMARAT∼ PIRUVAT DEKARBOKSILASE :

O O|| ||

– OOC – C – CH3 + H+ CO2 + H – C – CH3

PIRUVAT ASETALDEHID

18

5. ISOMERASE :MENGKATALISIS PENYUSUNAN KEMBALI INTRAMOLEKULER

All Trans – retinin 11 – cis – retinin

6. LIGASE :MENGGABUNGKAN 2 MOLEKUL, DISERTAI PEMUTUSAN IKATAN PIROFOSFAT PD. ATP ATAU SENYAWA SEJENIS

Mis :~ PIRUVAT KARBOKSILASE :

O O|| ||

– OOC – C – CH3 + CO2– OOC – C – CH2 – COO –

ATP ADP+PiPIRUVAT

OKSALOASETAT

19

LIGAND

MOLEKUL KECIL YG BISA TERIKAT PADA MOLEKUL BESAR

S=SUBSTRATI=INHIBITORA=AKTIVATORE=ENZIM

SI LIGANDA

EA

E

I

E

S

20

STRUKTUR PROTEINH O H O H O H| || | || | || |

+H3N – C – C – N – C – C – N – C – C – – – N – C – C| | | | | | |R1 H R2 H R3 H R

IKATAN PEPTIDA

||

O

|O–

ujungkarboksil bebasujung

amino bebas

H|

R – C – COOH|

NH2

asam amino

»

• ASAM AMINO DALAM LARUTAN SELALU BERMUATAN• ∴ PROTEIN JUGA SELALU BERMUATAN

»aa1 aa2

aa3 aa4 aa5 aa6

COO–+H3N

RANTAI PEPTIDA 20 jenis a.a. dasar

21

STRUKTUR PRIMER PROTEIN :• URUTAN ASAM AMINO PD. RANTAI PEPTIDA DR. UJUNG

AMINO BEBAS SAMPAI UJUNG KARBOKSIL BEBAS(awal) (akhir)

URUTAN a.aJUMLAH a.a

letak ujung NH3+

letak ujung –COOH–

letak suatu a.a

PD. TIAP JENIS RANTAI PROTEIN TIDAK SAMA (BERBEDA)

H|

R – C – COOH|

NH3+

H|

R – C – COO–

|NH3

++H+

H|

R – C – COO–

|NH2

+OH–

pH < iep iepΣmuatan=0

pH>ieppKa COOH < NH3

+

22

STRUKTUR SEKUNDER :

H H O| | ||

– N – C – C –|

CH2|S|S|

CH2|

– N – C – C –| | ||H H O

ikatandisulfida

R|

C – C – N –|| | |O H H: :: :: :: :H H O| | ||

– N – C – C|R

ikatan Hidrogen

* Lain2 : * LIPIT β = β - PLEATED* KUMPARAN ACAK = RANDOM COIL

Cys– SH

Cys– SH

* α Helix

23

STRUKTUR TERSIER :

E

celahaktif

Dari satu untai rantai polipeptida monomer

- Contoh : MIOGLOBIN (MYOGLOBINE) MONOMER- Struktur Tersier :

- IKATAN HIDROGEN- GAYA2 VAN DER WAALS IKATAN2 YG. LEMAH

24

STRUKTUR KUARTERNER :

• MONOMERPROTOMER

• DIMER

• TETRAMER

• OLIGOMERPOLIMER

subunit

subunit

TERMASUK STRUKTURKUARTERNER

T.D. SATU UNTAI RANTAI POLIPEPTIDA

HANYA SAMPAI STRUKTUR TERSIER

25

STRUKTUR KUARTERNER :• SATU MOLEKUL T.D. > 1 RANTAI PEPTIDA• T.D. 2 SUBUNIT ATAU LEBIH

1 SUBUNIT ~ 1 RANTAI PEPTIDA• DIIKAT OLEH :

– IKATAN HIDROGEN– IKATAN ELEKTROSTATIK

• KEGUNAAN :– SUPAYA MOLEKULNYA LEBIH STABIL– UNTUK MENDAPAT FUNGSI TERTENTU

ENZIM

IKATAN2 YGLEMAH

CELAH AKTIF(ACTIVE SITE)

26

27

RANTAI POLIPEPTIDA

ADA YG SAMA SEMUA, ADA YG. BEDA

Hb : α2β2

LDH: M4

H4

M3HM2H2

MH3

ISOZIMMENGKATALISIS REAKSIYG SAMA

gen rantai α ≠ βsusunan a.a rantai α ≠ β

28

~

~ PH↑↑/PH↓↓, t°↑ DENATURASI

: DIMER

: TETRAMER

OLIGOMER

POLIMER~ T.D. BANYAK SUBUNIT(BANYAK RANTAI POLIPEPTIDA)4 RANTAI POLIPEPTIDA

4 SUBUNIT

STRUKTUR PROTEIN RUSAK, TP. TIDAK SAMPAI MERUSAK STRUKTUR PRIMER

~ IKATAN PEPTIDAIKATAN DISULFIDA

~ PROTEIN :- ENZIM → FUNGSIONAL- KOLAGEN → STRUKTURAL

IKATAN YG. KUAT, TIDAK RUSAK

ikt peptida

29

CARA KERJA ENZIM

SE +

celah aktif = celah katalitik= celah pengikat substrat

KompleksE - S

+P

E

~

E : ENZIMS : SUBSTRATP : PRODUK

~ UKURAN MOLEKUL E : BESARUKURAN MOLEKUL S : KECIL

~ DALAM SISTEM BIOLOGIS :KADAR E << KADAR SUBSTRAT

~ IKATAN E–S IKATAN YG, LEMAH

30

KEKHUSUSAN ENZIM

• BILA ADA KESESUAIAN ANTARA CELAH AKTIF DGN. SUBSTRAT PD. STRUKTUR 3 DIMENSINYA MAUPUN GUGUS REAKTIF YG. DIMILIKI KEDUANYA.

31

~ GUGUS REAKTIF ASAM AMINO GUGUS YG. PUNYA POTENSI UNTUK BEREAKSI, TDP. PD. RANTAI ‘R’.

~

• GUGUS REAKTIF YG. BERPERAN LANGSUNG PD. PROSES KATALISIS ADALAH GUGUS REAKTIF PD. CELAH AKTIF

• – LOGAM BERAT MENGIKAT GUGUS –SH E MENJADI INAKTIFHg++

S

E

HR – C – COO–

|NH3

+

SH|

CH2|

H3+N – C – COO–

|H

R

Cysteine (Cys) CSISTEIN

OH|

CH2|

H3+N – C – COO–

|H

R

Serin (Ser) S

32

CELAH AKTIF (ACTIVE SITE)

• CELAH AKTIF TERBENTUK O. K. ADANYA STRUKTUR TERSIER• PD. CELAH AKTIF DIDAPATKAN GUGUS2 REAKTIF DARI ASAM2 AMINO

YG. AKAN MELAKUKAN REAKSI KATALITIK.ASAM2 AMINO TSB. MUNGKIN BERJAUHAN DLM. STRUKTUR PRIMERNYA, TTP. BERDEKATAN DLM. STRUKTUR TERSIERNYA.

• GUGUS2 REAKTIF DI CELAH AKTIF :– GUGUS2 PENGIKAT S– GUGUS2 KATALITIK

• CELAH KATALITIK• CELAH PENGIKAT ‘S’

33

MEKANISME KATALISIS ENZIM

→ ACTIVE SITE (BENTUK CELAH)= CATALYTIC SITE= SUBSTRATE BINDING SITE

↓GUGUS2 PENGIKAT ‘S’GUGUS2 KATALITIK

↓GUGUS REAKTIF ASAM2 AMINO DI DAERAH TSB.

SMOLEKUL

KECIL

+

MOLEKULBESAR Kompleks ES

E +P

34

TEORI KUNCI & ANAK KUNCI FISHER

TEORI KESESUAIAN IMBAS (KOSHLAND INDUCE FIT THEORY)

PENGIKATAN SPERUBAHAN KONFIRMASI(SUSUNAN ATOM DLM RUANG)

• BENTUK BERPASANGAN TERJADI SETELAH E MENGIKAT S

KESESUAIAN BENTUK FIT = PAS

35

KOFAKTOR• ENZIM :

– SEDERHANA PROTEIN SAJA– YG. LEBIH KOMPLEKS PROTEIN + KOFAKTOR

• KOFAKTOR :– LOGAM– SENYAWA ORGANIK NON PROTEIN YG. SPESIFIK

(KOENZIM)• IKATAN ENZIM – KOFAKTOR :

– ADA YG. KUAT (KOVALEN)– ADA YG. LEMAH

• ENZIM YG. PERLU KOFAKTOR HARUS MENGIKAT KOFAKTORNYA TERLEBIH DAHULU SEBELUM MELAKUKAN PROSES KATALISIS.

• Ex. : GLUKOSA + ATP GLUKOSA–6P + ADPMg++

Heksokinase

36

KOFAKTOR LOGAM• ~ IKATAN KUAT / KOVALEN : METALLO-ENZIM

~ IKATAN YG. LEMAH• FUNGSI :

1. IKUT LANGSUNG PD. PROSES KATALISIS~ GUGUS KATALITIK

1. STABILISATOR TEMPAT KATALISIS2. IKATAN DGN. ‘S’ DAN ‘E’ (MENDEKATKAN ‘S’ DAN

‘E’)• E – S – L• L – E – S• E – L – S

– Zn++ KARBOKSIPEPTIDASE– Mg++ HEKSOKINASE– Fe++ / Fe+++ SISTEM SITOKROM

EL|S

||

37

KOENZIM

KOFAKTOR BERUPASENYAWA ORGANIKNON PROTEIN YG. SPESIFIK

BGN PROTEIN KATALITIK AKTIF

KOENZIM + APOENZIM HOLOENZIM

APOENZIM : - BAGIAN PROTEIN DR. ENZIM- JK. SENDIRIAN TIDAK AKTIF

IKATAN :KUAT / KOVALEN : GUGUS PROSTETIK

H2O2 + H2O2 2H2O + O2

KATALASE : GUGUS PROSTETIKNYA SUATU HEMESELAMA E BEKERJA, HEME MENGALAMI OKSIDASI DAN REDUKSI

LEMAH : KO-SUBSTRAT (di slide berikutnya)

Katalase

mengandung Fe

38

LEMAH : KO-SUBSTRATPIRUVAT + NADH + H+ LAKTAT + NAD+

Laktat Dehidrogenase

S Ko-substrat

- MENGHUBUNGKAN 2 MACAM REAKSI DGN. 2 MACAM ENZIM

Pd GLIKOLISIS :

S + NAD+ P + NADH + H+

Gliseraldehid 3-P 1,3-Bisfosfogliserat

+ Pi

KE R.R. (O2)

Bila O2 / anaerob :

PIRUVAT + NADH + H+ LAKTAT + NAD+

LDH

39

FUNGSI KOENZIM

PERANTARA PEMBAWA GUGUS, ATOM TERTENTU ATAU ELEKTRONCONTOH:– NAD+

– NADP+

– FMN– FAD– KoQ– ELEKTRON : HEME– GUGUS LAIN : ATP → FOSFAT

PIRIDOKSAL FOSFAT → –NH2VITAMIN B TERMASUK KOENZIM– TPP THIAMIN– NAD NIASIN– NADP NIASIN– FAD RIBOFLAVIN– KoA ASAM PANTOTENAT

ATOM H

R.RS → NAD+ → FAD

↓KoQ↓

Sistem sitokrom↓

½ O2

40

PROENZIM=ZYMOGEN• ENZIM YG. DISEKRESI DALAM BENTUK YG. BELUM

AKTIF• TUJUAN :

– MELINDUNGI ORGAN TUBUH– MENYEDIAKAN BAHAN SETENGAH JADI

• CONTOH : PEPSINOGEN• UNTUK MENGAKTIFKAN DIGUNAKAN ENZIM

PROTEOLITIK ATAU H+

PEPSINOGEN PEPSINH+ / PEPSIN

PEPSINOGEN

PEPSIN

H+ / Enzim proteolitik

41

ISOZIM

• MENGKATALISIS REAKSI YG. SAMA• CONTOH : LAKTAT DEHIDROGENASE (LDH)

• T.D. 4 RANTAI POLIPEPTIDA• 2 JENIS RANTAI :

M & H : SUSUNAN ASAM AMINO BERBEDADISTRIBUSI ISOZIM DLM. JARINGAN BERVARIASI→ DAPAT MEMBANTU DIAGNOSIS PENYAKIT

SIFAT FISIK, KIMIA, IMUNOLOGIS → SEDIKIT BEDA

HM

ISOZIM LDH ADA 5 :

I1=H4 I2=H3M I3=H2M2 I4=HM3 I5=M4

42

5 4 3 2 1

A

B

C

Jant

N

Hati

+ –

A

B

C5 4 3 2 1

Katoda(-)

Anoda(+)

I5: M4 I1=H4A – Infark miokardB – NC – penyakit hatiElektroforesis

Selulosa asetatpH 8,6

LDH

43

PENGUKURAN KADAR ENZIM DLM. PLASMA

ENZIM PLASMA FUNGSIONAL(YG. BERFUNGSI DLM.

• M

•

→

PLASMA)

IS. :ENZ.2 PROSES PEMBEKUAN DARAHLIPOPROTEIN LIPASE

KADAR ↓ :GANGGUAN PROSES SINTESIS DI HATI↓/ (-) : KELAINAN GENETIK

DEFISIENSI F VIII : HEMOFILIA

ENZIM PLASMA NON FUNGSIONAL

(YG. BERFUNGSI DI JARINGAN LAIN, TIDAK DLM. PLASMA)

• N : PERGANTIAN SEL (SEL MATI DIGANTI SEL BARU)

• DIFFUSI PASIF

• ↑ : SEL MATI ↑– RADANG– Ca– TRAUMA– PENYAKIT GENETIK

(CONTOH: DMD)

→ UNTUK MEMBANTU DIAGNOSIS

44

GEN : SUATU SEGMEN DNA YG. BERISI INFORMASI/KODE GENETIK

DARI SUSUNAN ASAM AMINO, SUATU RANTAI POLIPEPTIDA/PROTEIN

DAPAT DIPAKAI SEPAKAI ACUANUNTUK TRANSKRIPSI

(→mRNA) yang selanjutnya ditranslasi(sintesis) → POLPEPTIDA/PROTEIN

45

Pankreas : amilase, lipase

Tulang : fosfatase alkali

Prostat : fosfatase asam

Hepar : SGOT SGPT LDH

Otot : SGOT CPK (Creatine phospho kinase)LDH

Paru : LDH

46

PEMERIKSAAN ENZIM PD. PENYAKIT GENETIK :

PEMERIKSAAN [E] DALAM SERUM

CREATIN KINASE ↑↑

SEL OTOT RUSAK

GEN DISTROFIN CACAT

DMD = DUCHENNE MUSCULAR DISTROPHYBMD = BECKER M. DISTROPHY

DEFISIENSI FENILALANIN HIDROKSILASE

FENIL KETON URIA

DISTROFIN CACAT

x°y

47

KELAINAN GENETIK : DEFISIENSI G6PD

• PD. ORANG NORMAL ENZIM G6PD >> TDP. PD : KELENJAR ADRENALIS, JARINGAN LEMAK, ERITROSIT & KELENJAR MAMMAE (LAKTASI) DLM. SERUM SEDIKIT SEKALI

• DEFISIENSI G6PD : ERITROSIT MUDAH HEMOLISIS BILA TERPAPAR BAHAN OKSIDAN (Mis : PRIMAQUIN)

• PEMERIKSAAN KADAR G6PD : DLM. ERITROSIT DEFISIENSI G6PD KADAR G6PD DLM. DARAH ↓.– G6PD NADPH (HMP SHUNT) GSH

MENGHILANGKAN H2O2

48

CACAT ENZIMATIK GENETIK

• A B C D E P

KELAINAN GENETIK ?∼ PREMARITAL COUNSELLING∼ PRENATAL COUNSELLING∼ HAMIL amniosintesis dsb∼ NEONATUS SCREENING TEST (UJI SARING)

PERAWATAN KHUSUSDIET KHUSUS mis : FENIL KETONURIA

TERAPI GEN ? MASIH TAHAP PENELITIAN

• FENIL KETON URIA : DEFISIENSI ENZ. FENILALANIN HIDROKSILASE↓

PENUMPUKAN METABOLIT (↑)↓

KERUSAKAN SEL2 SARAF↓

MENTAL RETARDASI

BILA GEN ENZ. 4 CACAT [ENZ. 4] < PENUMPUKAN METABOLIT D,C,B,A ↑

Enz.1 Enz.2 Enz.3 Enz.4