ENZIM dan KOFAKTORWiryatun LestarianaBagian BiokimiaFak. Kedokteran UGM

Istilah-istilah

Katalisator: zat yang dapat mempercepat reaksi kimia, tetapi tidak mengalami perubahan oleh reaksi itu sendiriEnzim : katalisator, berupa zat organik (protein) untuk reaksi kimia dalam sistem biologik - sebagian besar dihasilkan oleh sel hidup, dapat diekstraksi dari sel, tanpa kehilangan aktivitas biologiknya - dapat bekerja di dalam dan di luar sel - enzim-enzim tertentu aktivitasnya perlu koenzim

Koenzim (Kosubstrat = substrat kedua) * senyawa organik non protein, diperlukan untuk kerjanya enzim tertentu * biasanya berupa vitamin B kompleks yang telah mengalami perubahan struktur * berat molekul rendah * stabil terhadap pemanasan * terikat enzim secara non kovalen

* Apoenzim : bagian protein holoenzim * Holoenzim: gabungan koenzim dan apoenzim * Ribozim : RNA spesifik = enzim yang bukan protein, mengkatalisis perubahan pre mRNA menjadi mRNA masak

* Isozim : enzim-enzim dengan fenotif berbeda tetapi mempunyai aktivitas katalitik yang sama * Koenzim suhu (Q10): harga yang menunjukkan kelipatan kecepatan reaksi untuk setiap kenaikan suhu 10oC kecepatan reaksi menjadi 2 kali lipat * Konstante Michaelis = Km: kadar substrat yang mengakibatkan kecepatan reaksi menjadi setengah kecepatan maksimum

EnzimKekhususan enzim - satu macam enzim hanya mengatalisis satu macam reaksi

I. Kekhususan optis Contoh: maltase hanya mengatalisis hidrolisis alfa-glukosidase, bukan beta-glukosidase II. Kekhususan gugus Contoh: - pepsin, tripsin berpengaruh hanya pada ikatan peptida saja - alkohol dehidrogenase berpengaruh pada alkohol saja

Klasifikasi dan tata nama enzim

Dahulu: tidak tepat, tidak informatif: pepsin, tripsinPeriode berikutnya: dengan menambah ase pada substrat yang dipengaruhi: protease, lipase, amilaseSekarang: menurut aturan pada IUB (International Union of Biochemistry): berdasarkan tipe reaksi dan mekanisme reaksi

Keterangan sistem IUBReaksi dan enzimnya dibagi menjadi 6 kelas - masing-masing dengan 8 14 sub kelas - nama dalam kurung [ ] merupakan nama trivialNama enzim ada 2 bagian - pertama: nama substrat - kedua: berakhiran ase, yang menunjukkan tipe reaksi yang dikatalisis Keterangan tambahan - dimasukkan dalam kurung dan ini memberi penjelasan tentang enzim tersebut

Lanjutan D. Masing-masing enzim mempunyai nomor kode sistimatik Angka pertama: kelas kedua : sub kelas ketiga : sub-sub kelas keempat: nama enzim Contoh: Enzim: 2.7,1,1 2: kelas: transferase 7: sub kelas: transferase fosfat 1: sub-sub kelas: fungsi alkohol sebagai penerima fosfat 1: angka terakhir: menunjukkan nama enzim: Heksokinase

Kelas-kelas enzimOksido-reduktase: mengkatalisis oksidasi antara 2 substrat : S tereduksi + S teroksidasi S teroksidasi + S tereduksiTransferase: mengkatalisis pemindahan gugus selain H S-G + S S- G + S3. Hidrolase: mengkatalisis hidrolisis ester, eter, peptida, gliserol, asam anhidrat, C C, C halida Contoh: asetil kolin kolin + asam asetatLiase: mengkatalisis pemindahan suatu gugus dari substrat dengan mekanisme selain hidrolisa dan mengakibatkan terbentuknya ikatan rangkap

5. Isomerase: mengkatalisis interkonversi isomer-isomer optik, geometrik dan posisi: L-alanin D-alanin6. Ligase: mengkatalisis gabungan 2 senyawa yang dirangkaikan dengan pemecahan ikatan pirofosfat dari ATP atau senyawa sebangsanya, sehingga terbentuk ikatan- ikatan: C C; C S; C N; C OCatatan: Hidrolase dan Liase untuk bekerjanya (aktivitasnya) tidak membutuhkan koenzim

Isolasi enzim

Penting untuk mempelajari sifat enzim secara in vitro contoh: untuk mempelajari kinetika, sisi aktif, struktur dan mekanisme aksi membutuhkan enzim dengan kemurnian tinggi Sangat kompleks karena campur dengan senyawa lain, baik makro maupun mikromol harus dipisahkan dahulu

Distribusi intraseluler dari enzimStruktur intraseluler tertentu: merupakan tempat aktivitas biokimiawi tertentu dari selPada organisme multiselluler berbagai jaringan tertentu mempunyai fungsi khususSemua sel mempunyai membran sel, inti dan sitoplasma sangat diperlukan untuk melakukan fungsi biokimiawi dan fisiologis sel tersebut

Membran sel: mempunyai fungsi tertentu sering dihubungkan fungsi spesifik jaringan jaringan, mempertahankan permebialitas selektif, mempertahankan lingkungan kimiawi yang diperlukan sel supaya tetap berfungsi - untuk transport yang diatur hormon tertentu atau untuk transport solvent bermolekul kecil difusi transport aktif/pasif

Mitokondria

Merupakan pabrik ATPTerdapat 2 membran - membran yang dalam membentuk lipatan yang menonjol, membentuk krista, masuk ke dalam matriks - terdiri dari lipid dan protein - terdiri dari rantai respirasi fosforilasi oksidatifMatriks dan bagian dalam mitokondria terdapat enzim-enzim untuk reaksi siklus asam sitrat

Lisosoma: Mengandung enzim-enzim pencernaan yang menghidrolisis lemak, protein, asam nukleat dll., yang selanjutnya dapat dimetabolisis dalam mitokondriaRetikulum endoplasmik: Merupakan saluran dan melanjutkan ke membran luar, tempat menempel ribosoma untuk sintesis proteinAparatus golgi: Struktur pengantar retikulum endoplasmikNukleolus: di dalam inti mengandung RNANukleus: banyak mengandung DNASentrosoma: hanya tampak saat sel akan membelah(ikut serta dalam proses mitosis)

Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan enzimBenturan (Teori kinetik)Kerja enzimPengaruh reaktanTeori kinetikUntuk dapat bereaksi, molekul-molekul harusBertabrakan Mempunyai tenaga cukup untuk mengatasi tenaga penghalang

T T T

A A A O O O = jumlah molekul = energi kenitik T = tenaga penghalang A = tak satupun molekul memp. tenaga B = sebagian tenaga kinetik yang cukup C = seluruh mengatasi T untuk reaksi

Kerja enzim

Tenaga total yang terlepas ( G)

Tenaga penghalang

Tenaga total yang terlepas

Tenaga total yang terlepas

Pengaruh reaktan Bila kadar reaktan tinggi Jumlah molekul mempunyai tenaga cukup untuk bereaksi Frekuensi benturan tinggi A + B AB Bila A = 2 X v = 2 X B = 2 X v = 2 X A dan B masing-masing 2 X v = 4 X

k1 mA + nB AmBn k-1 v1 = k1 [A]m [B]n v-1 = k-1[Am Bn] k1 [A]m [B]n = k-1[Am Bn] k1 [Am Bn]

= = Keq k-1 [A]m [B]n

Rasio k1 dan k-1 dinamakan konstante keseimbangan = KeqJika Keq = 1 maka reaksi seimbang ( ) Keq > 1 maka reaksi spontan ( ) Keq < 1 maka reaksi kebalikan ( )

Faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi enzimatis 1. Kadar enzim 5. Oksidasi 2. Kadar substrat 6. Radiasi 3. Suhu 7. Koenzim 1. pH 8. Inhibitor 1. Kadar substrat (S) V C B V v2 A V v1 S1 S2 S3

* Bila S dinaikkan kadarnya, maka v juga akan naik sampai mencapai V berarti kanaikan v sesuai debgan kenaikan kadar substrat sampai E dijenuhi oleh substrat * Konstante Michaelis Menten

V (S) v = Km + (S) Bila (S)

II. Bila (S) = Km (titik B) V (S) V (S) v = = = V (S) + (S) 2 (S)

III. Bila (S) >>>>>>> Km (titik C)

V (S) V (S) v = = = V v = kecepatan Km + (S) (S) maksimum = V

2. Kadar Enzim (E) v

E * Kecepatan awal reaksi (v) berbanding lurs dengan kadar enzim

E + S ES E + P E + S E + P v1 = k1 (E)(S) k1 dan k-1 : konstante v-1 = k-1 (E)(P) kecepatan reaksi

k1 (E)(P) (P) Keq = = = kadar enzim tidak k-1 (E)(S) (S) mempengaruhi Keq

3. Kadar koenzim E + Ko-E E-Ko-E Karena enzim tertentu hanya dapat bekerja kakau ada Ko-E maka pengaruh kadar Ko-E thd V sama dengan kadar Enzim terhadap V

4. Suhu Bila T V Bila T naik 10oC kecepatan reaksi 2 X lipat Bila T turun 10oC kecepatan turun X lipat

Aktivitas enzim

0oC 37oC t Suhu optimal = suhu dimana reaksi berjalan dengan cepat. Bila suhu > suhu optimal reaksi menurun karena enzim mengalami denaturasi Q10 = Koefisien suhu = rasio perubahan kecepatan apabila suhu naik 10oC

5. Oksidasi (Dehidrogenasi) 1. Hilangnya aktivitas katalitik 2. Perubahan konformasi 6. Radiasi Enzim teroksidasi peroksida 7. pH 1. pH rendah atau tinggi Enzim mengalami denaturasi aktivitas enzim menurun 2. pH rendah atau tinggi merubah muatan enzim/substrat reaksi terganggu 3. Perubahan pH yang tinggi perubahan konformasi enzim menjadi tak aktif

Contoh : E- + SH+ ESH pH rendah: E- + H+ EH pH tinggi : SH+ S + H+ E

100% SH+

pH rendah pH tinggi pH maksimum

8. Inhibitor (penghambatan) aktivitas enzim I. Penghambatan a. kompetitif reversibel b. non kompetitif (tak bersaing) = irreversibel II. Penghambatan a. pada sisi aktif/asisi katalitik/ sisi substrat b. pada sisi lain /sisi alosterik

I. Penghambatan kompetitif * Inhibitor (I) merupakan senyawa yang analog dengan substrat * Struktur I sama dengan substrat (S) * I mengikat E pada tempat pengikatan S Contoh: H -2H H-C-COO H-C-C-OOH HOOC-C-H suksinat HOOC-C-H H Dehidrogenase (DH) Asam suksinat Asam fumarat OH O=C asam malonat sbg Inhibitor kompetitif H-C-COOH suksinat DH

II. A. Hambatan non kompetitif reversibel (hambatan alosterik) * Inhibitor terikat pada E di tempat sisi alosterik bukan tempat S terikat E) * Inhibitor menurunkan harga V, dapat diperbaiki apabila jumlah S >>>> I, maka reaksi jalan terus + I EI E EIS E + P + S ES E + P B. Hambatan non kompetitif irreversibel (I mengikat enzim dan mengubah struktur E) +I E EIS X E + P +S

Model-model sisi aktif/katalitik/substrat * Sisi aktif: tempat pada E yang mengadakan reaksi dengan S atau yang ditempat koenzim * Model: I. Emil Fischer (dahulu) II. Koshland I. Model Fischer mempunyai kelemahan karena sisi aktif bersifat kaku seperti key and lock II. Model (Induced Fit = mendorong kecocokan) - sisi aktif lebih fleksibel - substrat akan menginduksi perubahan konfor- masi enzim

Modifiers (Modulator) * Molekul yang dapat mengubah aktivitas E * Di dalam tubuh secara fisiologis berguna untuk mengatur kerja E dan metabolismenya * Ada 2 macam modulator 1. Modulator positif: memacu aktivitas katalitik E 2. Modulator negatif: menurunkan aktivitas katalitik E

Fungsi logam (M) hubungannya dengan E 1. sebagai peranan struktural, katalitik 2. sebagai pengubah Keq: logam meningkat reaksi lebih cepat 3. pengubah konformasi E inaktif menjadi aktif atau sebaliknta

Ada 4 kemungkinan bentuk konformasi yang terdiri dari E, M, dan S dengan stokiometri: 1 : 1 : 1 1. E S M : komplek jembatab S 2. M E S : komplek jembatan E 3. E M S : komplek jembatan S 4. M E : komplek jembatan siklis S Empat keadaan tersebut hanya mungkin pada metal activated enzyme

Isozim - Enzim-enzim yang secara fisik berbeda, tetapi mengkatalisis reaksi yang sama (mempunyai aktivitas katakitik sama) - Terbentuk /terdapat pada E yang mempunyai strutur kuarterner, contoh: laktat DH - terdiri dari 4 protomer dari 2 tipe H & M - hanya mol. tetramer yang memp. Aktivitas katalitik , maka bila dikombinasi ada 5 bentuk isozim

Bentuk-bentuk isozim laktat dehidrogenase H H H H I1 H H H M I2 H H M M I3 H M M M I4 M M M M I5 Enzim hubungannya dengan proses-proses : * diagnostik * terapeutik * prognostik

Prinsip dasar pengetahuan tentang enzim dalam bentuk: - pengukuran kadar enzim dalam plasma dan jaringan - pengukuran substrat dalam darah

Dasar pemikiran: Perubahan kadar enzim dalam plasma atau substratnya merupakan refleksi adan adanya proses patologis pada sel, jaringan atau organ

Macam enzim dalam plasma 1. Enzim plasma fungsional: lipoprotein lipase: enzim yang diperlukan untuk penjendalan darah, sedang yang untuk menghan- curkan penjendalan darah: pseudokolin esterase. Dalam keadaan normal kadarnya dalam darah > di jaringan 2. Enzim plasma non fungsional Amilase pankreas, lipase, alkalin fosfatase, dll. yang dalam keadaan normal kadarnya rendah

Bagaimana cara untuk mengetahui bahwa sel, jaringan atau organ dalam kondisi patologis? Sangat ideal bila yang dianalisis adalah enzim-enzim yang hanya diproduksi atau disekresi sel, jaringan atau organ tersebut. Contoh jantung: keratin fosfokinase, laktat dehidrogenase Defisiensi? Akan terjadi penimbunan senyawa-antara tertentu dalam darah dikeluarkan lewat urine

Maka dengan mengukur kadar senyawa-antara tertentu dapat ditunjukkan reaksi enzimatis mana yang mengalami kegagalan atau yang dihambatEnzim-enzim dalam serum yang sering digunakan untuk diagnosis klinis

Pengobatan? Diberikan senyawa yang merupakan produk dari reaksi kimia yang dihambat kadar senyawa-antara dalam darah / urin akan turun

Kofaktor enzim Dalam fungsinya sbg katalisator kadang-kadang enzim perlu senyawa lain kofaktor kofaktor dapat berupa logam maupun mol. organik kompleks koenzim beberapa koenzim terikat sangat erat dng molekul enzim gugus prostetik kofaktor ion logam bekerja melalui 2 cara: 1. ion logam sbg jembatan penghubung antara enzim dan substrat lewat pembentukan kompleks koordinasi 2. ion logam memang bekerja sbg gugus katalitiknya sendiri

Beberapa enzim yang mengandung atau memerlukan ion logam sebagai kofaktor

Zn2+ Dehidrgenase alkohol, karbonat anhidrase, karboksipeptidaseMg2+Fosfohidrolase, fosfotransferaseMn2+Arginase, fosfotransferaseFe2+ atauSitokrom, peroksidse, katalase,Fe3+Sitokrom, peroksidase, katalaseCu2+ (Cu3+)Tirosinase, sitokrom oksidaseK+Fofsfokinase piruvat (juga membutuhkan ion Mg2+)Na+ATPase membran plasma(juga membutuhka K+ Mg2+)

KoenzimPada umumnya bentuk aktif vitamin B (B1, B2, B3, B5, B6, B10, B11, B12)Biasanya ferfungsi sebagai senyawa perantara pengantar - elektron atau - atom-atom spesifik atau - gugus fungsional dalam rangkaian reaksi enzimatis Contoh: TPP (bentuk aktif vit. B1) NAD (bentuk aktif vit.B3) dsb.

Koenzim dan fungsinya dalam pemindahan gugus