[TYPE THE COMPANY NAME] II

TUGAS BIOKIMIA

Resume Lipid, Karbohidrat, Asam Amino & Peptida, Protein, Enzim & Kinetika Enzim, Teknik Pemurnian Enzim

OLEH :

RAHIMAH

J1E109209

Biokimia merupakan salah satu cabang ilmu kimia yang mempelajari tentang

makhluk hidup. Secara tidak langsung biokimia merupakan salah satu disiplin

ilmu dari kimia organik dan sains biologi. Biokimia mempelajari seluruh proses

kimia yang berhubungan dengan makhluk hidup. Lebih dari 40 tahun biokimia

berhasil menjelaskan proses hidup yang merupakan bahasan khusus dalam bidang

ilmu botani sampai kedokteran. Biokimia diusulkan pertama kali oleh Corl

Neuberg pada tahun 1903. Biokimia adalah sains yang menjelaskan struktur dan

fungsional makhluk hidup dalam lingkup kimia. Biokimia mengarahkan bidang

penelitiannya pada struktur, fungsi, dan interaksi biologi pada makromolekul

seperti karbohidrat, lipida (lemak), protein, asam nukleat yang berperan dalam

kehidupan (Poedjiadi, 2009).

LIPID

Lipid adalah senyawa organik berminyak atau berlemak yang tidak larut

didalam air, namun dapat diekstrak dari sel dan jaringan oleh pelarut non polar,

seperti kloroform, atau eter. Istilah lipid kadang-kadang diartikan sama dengan

lemak, dan yang dikenal sebagai bahan makanan adalah mentega, minyak

tumbuhan, minyak daging sapi, kulit ayam, lemak yang terdapat dalam susu,

kuning telur, daging, kacang-kacangan dan lain-lain (Poedjiadi, 2009).

Secara umum dapat dikatakan bahwa lipid berfungsi sebagai :

1. Menjadi cadangan energi dalam bentuk sel lemak.

2. Lemak mempunyai fungsi seluler dan komponen struktural pada membran sel

yang berkaitan dengan karbohidrat dan protein demi menjalankan aliran air,

ion, dan molekul air, keluar dan masuk sel.

3. Menopang fungsi senyawa organik sebagai penghantar sinyal, seperti pada

prostaglandin dan steroid hormon serta kelenjar empedu.

4. Menjadi suspensi bagi vitamin A, D, E, K yang berguna untuk proses biologis.

5. Sebagai penahan goncangan demi melindungi organ vital dan melindungi

tubuh dari suhu luar yang kurang bersahabat.

Sifat Lipid

1. Tidak larut didalm air

2. Larut didalam pelarut organik seperti benzena, eter, aseton, kloroform, dan

karbontetraklorida.

3. Mengandung unsur-unsur karbon, hidrogen, dan oksigen, kadang-kadang juga

mengandung nitrogen dan fosfor.

4. Bila terhidrolisis akan menghasilkan asam lemak.

5. Berperan dalm metabolisme tumbuhan dan hewan.

Penggolongan Lipid

Lipid berdasarkan struktur dan karakteristik non polar :

1. Lemak (fat)

2. Lilin

3. Fosfolipid

4. Lipoprotein

5. Glikolipid

6. Spingolipid

7. Vitamin

8. Eikosanoat

9. Steroid

Lipid berdasarkan hasil hidrolisinya:

Lipid sederhana adalah yaitu ester asam lemak dengan berbagi alkohol,

misalnya: minyak dan lemak.

Lipid majemuk atau kompleks adalah ester asam lemak yang mempunyai

gugus tambahan, misalnya: fosfolipid dan glikolipid

Derivat lipid adalah senyawa yang dihasilkan oleh nproses hidrolisis lipid,

misalnya: sterol (kolesterol dan fitosterol)

Lipid berdasarkan gugus polar dan non polar:

Lipid non polar ( lipid netral ) adalah lipid yang mengandung gugus non polar,

contoh: kelompok lemak (fat)

Berfungsi: berperan dalm metabolisme sebagi cadangan energi.

Lipid yang mengandung gugus polar dan non polar, contoh: fosfolipid

Berfungsi : berperan dalm membran sel dan organel untuk melindungi isi sel

dan organel sel untuk melindungi isi sel dan organel sel dari lingkungan luar

sel.

Lipid berdasarkan struktur kimianya:

Triasilgliserol

Triasilgliserol adalah ester asam lemak dari gliserol

Triasilgliserol adalah ester dari alkohol gliserol dengan tiga molekul asam

lemak. Triasilgliserol adalah komponen utama dari lemak penyimpan atau depot

lemak pada sel tumbuhan dan hewan, tetapi umumnya tidak dijumpai pada

membran. Triasilgliserol adalah molekul hidrofobik nonpolar, karena molekul ini

tidak mengandung muatan listrik atau gugus fungsional dengan polaritas tinggi.

Triasilgliserol yang terdapat di alam bersifat tidak larut didalam air, namun mudah

larut dalam pelarut non polar, seperti kloroform, benzena atau eter yang sering

digunakan untuk ekstraksi lemak dari jaringan.

Senyawa yang mengandung satu jenis asam lemak pada ketiga posisi disebut

triasilgliserol sederhana, contohnya asam stearat, asam palmitat, dan asam oleat.

Triasilgliserol yang mengandung dua atau lebih asam lemak yang berbeda di sebut

triasilgliserol campuran, contohnya kebanyakan lemak alami, seperti minyak

olive, mentega dan lemak makanan lainnya merupakan campuran dari

triasilgliserol sederhana dan campuran yang mengandung berbagai jenis sam

lemak yang berbeda dalam panjang rantai dan derajat kejenuhan.

Triasilgliserol adalah Lipida Penyimpan

Triasilgliserol terutama berfungsi sebagai lemak penyimpan. Pada hampir

semua hewan dan tumbuhan, triasilgliserol terdapat sebagi tetes minyak

mikroskopi, terdispersi dan teremulsi di dalam sitosol dengan halus. Pada adiposit

atau sel lemak, yaitu hewan sel khusus pada jaringan pengikat hewan, sejumlah

triasilgliserol disimpan sebagi tetes lemak, yang hampir mengisi seluruh volume

sel. Pada beberapa hewan, triasilgliserol yang tersimpan di bawah kulit

mempunyai fungsi ganda, keduanya adalah sebagai depot penyimpan energi yang

penting dan sebagai insulasi terhadap suhu yang amat rendah. Misalnya anjing

laut, burung pinguin yang berdarah panas lainnya, terisi penuh dengan

triasilgliserol.

Triasilgliserol yang banyak mengandung mengandung asam lemak jenuh,

berbentuk padat pada suhu ruang serta memiliki titik cair yang tinggi di sebut

“lemak”. Sedangkan triasilgliserol yang banyak mengandung asam lemak tidak

jenuh, berbentuk cair pada suhu ruang serta memilki titik cair yang rendah disebut

“minyak”. Minyak atau lemak yang berasal dari hewan disebut minyak/lemak

hewani contohnya lemak yang terdapat pada jaringan adipose dan sumsum tulang.

Sedangkan yang berasal dari tumbuhan disebut minyak/lemak nabati contohnya

lemak yang terdapat pada buah-buahan, kacang-kacangan.

1. Lilin adalah Ester Asam Lemak dengan Alkohol Berantai panjang

Lilin adalah ester asam lemak berantai panjang yang jenuh dan tidak jenuh

(mempunyai dari 14 sampai sebanyak 36 atom karbon ) dengan alkohol berantai

panjang (mempunyai atom karbon dari 16 sampai 22). Pada vertebrata, lilin

disekresi oleh kelenjar kulit sebagai kulit pelindung untuk membuat kulit bersifat

fleksibel, berminyak, dan tidak tembus air. Rambut, wol dan bulu juga dilapisi

oleh sekresi berlilin. Burung, terutama unggas yang berenang di air, mengeluarkan

lilin dari kelenjar penghiasnya, membuat bulu unggas bersifat tidak lekat dengan

air. Daun berbagai tumbuhan dilapisi oleh lapisan lilin pelindung. Penampakan

berkilat pada daun-daun trofik, misalnya daun “holly” dan redodendron serta daun

“ivy” beracun merupakan refleksi lapisan lilinnya.

2. Fosfolipid adalah Komponen Utama Lipid Membran

Fosfolipid mempunyai satu atau lebih gugus “kepala” dengan polaritas tinggi,

selain ekor hidrokarbonnya. Fosfolipid berfungsi terutama sebagai unsur

struktural membran dan tidak pernah disimpan dalam jumlah banyak. Seperti

tersirat di dalam namanya, golongan lipid ini mengandung fosfor dalam bentuk

gugus asam fosfat. Fosfat lipid utama yang ditemukan pada membran adalah

fosfogliserida yang mengandung dua molekul asam lemak yang berikatan ester

dengan gugus hidroksil pertama dan kedua pada gliserol.

Asam lemak yang banyak ditemukan di dalm fosfogliserida memiliki 16 atau

18 atom karbon. Fosfogliserida mengalami hidrolisis jika dipanaskan dengan

asam atau basa untuk menghasilkan komponen unit penyusunnya : asam lemak,

gliserol, asam fosfat, dan alkohol pada bagian kepala. Senyawa ini dapat juga

dihidrolisa secara enzimatik oleh berbagai jenis fosfolipase, yang mengkatalisa

ikatan spesifik pada molekul fosfogliserol.

3. Spingolipid

Spingolipid kelas kedua terbesar dari lipid membran, juga mempunyai kepala

yang bersifat polar dan dua ekor nonpolar, tetapi senyawa ini tidak mengandung

gliserol. Spingolipid tersusun atas satu molekul alkohol amino berantai panjang

spingosin, atau satu diantara turunannya, dan suatu alkohol polar pada bagian

kepala.

Spingosin adalah senyawa induk dari sejumlah alkohol amino berantai

panjang yang ditemukan pada berbagai spingolipid. Terdapat tiga subkelas

spingolipid : Spingomielin, serebrosida, dan gangliosida.

4. Steroid adalah Lipida yang Tidak Tersabunkan dengan Fungsi Khusus

Sel juga mengandung lipid yang tidak tersabunkan,yang tidak mengandung

asam lemak dan karenannya tidak dapat terbentuk sabun. Steroid adalah molekul

kompleks yang larut di dalam lemak dengan empat cincin yang saling bergabung.

Steroid yang paling banyak adalah sterol yang merupakan steroid alkohol.

Kolestrol adalah sterol utama pada jaringan hewan.

5. Lipoprotein Menggabungkan Sifat-sifat Lipida dan Protein

Beberapa lipid berikatan dengan protein spesifik membentuk lipoprotein.

Banyak bukti yang menunjukkan bahwa kombinasi tingkat plasma yang tinggi

dari lipoprotein berdensitas amat rendah (VLDL = very low density lipoprotein )

dengan tingkat yang rendah dari lipoprotein berdensitas tinggi ( HDL = high

density lipoprotein ) merupakan faktor penting penyebab aterosklerosis,

pembentukkan deposit tebal dari kolesterol dan senyawa ester turunannya pada

permukaan sebelah dalam dari pembuluh darah. Aterosklerosis segara

menimbulkan kelumpuhan dan serangan infarksi koroner, yang diakibatkan oleh

terganggunya aliran darah melalui pembuluh darah yang tersumbat, pada otak dan

jantung secara berturut-turut (Wilbram & Matta, 1992).

KARBOHIDRAT

Secara alamiah, karbohidrat merupakan hasil sintesis CO2 dan H2O dengan

bantuan sinar matahari dan zat hijau daun (klorofil) melalui fotosintesis.Zat

makanan ini merupakan sumber energi bagi organisme heterotroph (makhluk

hidup yang memperoleh energi dari sumber senyawa organik di lingkungannya).

Karbohidrat merupakan unsur senyawa organik yang disintesis dari senyawa

anorganik yang mengandung unsur-unsur Karbon (C), Hidrogen (H) dan Oksigen

(O). Berdasarkan Gugus Gula penyusunnya,Karbohidrat di bagi menjadi 3, yaitu:

1. Monosakarida(C6H12O6)

Monosakarida adalah karbohidrat yang terdiri dari satu gugus gula.

Monosakarida ini memiliki rasa manis dan sifatnya mudah larut dalam air.

Contoh dari monosakarida adalah heksosa, glukosa, fruktosa, galaktosa,

monosa, ribose (penyusun RNA) dan deoksiribosa (penyusun DNA)

2. Disakarida(C12H22O11)

Disakarida adalah karbohidrat yang terdiri dari dua gugus gula. Sama seperti

monosakarrida, Disakarida juga memiliki rasa manis, dan sifatnyapun mudah

larut dalam air.Contoh dari Disakarida adalah laktosa (gabungan antara

glukosa dan galaktosa), sukrosa (gabungan antara glukosa dan fruktosa) dan

maltose (gabungan antara dua glukosa)

3. Polisakarida(C6H11O5)

Polisakarida adalah karbohidrat yang terdiri dari banyak gugus gula, dan rata-

rata terdiri dari lebih 10 gugus gula. Pada umumnya polisakarida tidak berasa

atau pahit,dan sifatnya sukar larut dalam air. Contohnya dari polisakarida

adalah amilum yang terdiri dari 60-300 gugus gula berupa glukosa, glikogen

atau gula otot yang tersusun dari 12-16 gugus gula, dan selulosa, pektin,

lignin, serta kitin yang tersusun dari ratusan bahkan ribuan gugus gula dengan

tambahan senyawa lainnya.

(Poedjiadi, 2009).

Karbohidrat memiliki beberapa peran penting dalam tubuh manusia, antara lain

adalah

Sebagai sumber energi utama.Pada beberapa organ tubuh utama,seperti

otak,lensa mata dan sel saraf, sumber energi yang diperlukan adalah glukosa,

dan tidak dapat digantikan oleh sumber energi lainnya. Dalam proses respirasi,

setiap 1 gram glukosa akan menghasilkan 4,1 kalori

Berperan penting dalam proses metanolisme, menjaga keseimbangan asam

dan basa dalam tubuh, dan pembentuk struktur sel, jaringan,serta organ tubuh

Membantu proses pencernaan makanan dalam prose pencernaan

Membantu penyerapan kalsium

Merupakan pembentuk senyawa lainnya,misalnya sebagai asam lemak sebagai

penyusun lemak dan asam amino sebagai penyusun protein

Sebagai komponen penyusun gen dalam inti sel yang amat penting dalam

pewarisan sifat.Gen terdiri dari asam deoksiribunukleat (DNA) dan asam

ribonukleat (RNA) yang merupakan karbohidrat beratom C lima

Merupakan senyawa yang membantu proses berlangsungnya buang air

besar.selulosa merupakan polisakarida yang sulit dicerna,tetapi keberadaannya

dala sisa pencernaan dapat mencegah konstipasi(sembelit)

PROSES PENCERNAAN KARBOHIDRAT DALAM TUBUH

Metabolisme merupakan proses yang berlangsung dalam organisme, baik secara

mekanis maupun kimiawi. Metabolisme itu sendiri terdiri dari 2 proses

yaitu anabolisme (pembentukan molekul) dan Katabolisme (Penguraian molekul).

Pada proses pencernaan makanan,karbohidrat mengalami proses hidrolisis

(penguraian dengan menggunakan molekul air). Proses pencernaan karbohidrat

terjadi dengan menguraikan polisakarida menjadi monosakarida.

Ketika makanan dikunyah,makanan akan bercampur dengan air liur yang

mengandung enzim ptialin (suatu α amilase yang disekresikan oleh kelenjar

parotis di dalam mulut). Enzim ini menghidrolisis pati (salah satu polisakarida)

menjadi maltosa dan gugus glukosa kecil yang terdiri dari tiga sampai sembilan

molekul glukosa.makanan berada di mulut hanya dalam waktu yang singkat dan

mungkin tidak lebih dari 3-5% dari pati yang telah dihidrolisis pada saat makanan

ditelan.

Sekalipun makanan tidak berada cukup lama dlaam mulut untuk dipecah oleh

ptialin menjadi maltosa,tetapi kerja ptialin dapat berlangsung terus menerus

selama satu jam setalah makanan memasuki lambung,yaitu sampai isi lambung

bercampur dengan zat yang disekresikan oleh lambung.Selanjutnya aktivitas

ptialin dari air liur dihambat oelh zat asam yang disekresikan oleh lambung.Hal

ini dikarenakan ptialin merupakan enzim amilase yang tidak aktif saat PH medium

turun di bawah 4,0.

Setelah makan dikosongkan dari lambung dan masuk ke duodenum (usus dua

belas jari),makanan kemudian bercampur dengan getah pankreas.Pati yang belum

di pecah akan dicerna oleh amilase yang diperoleh dari sekresi pankreas.Sekresi

pankreas ini mengandung α amilase yang fungsinya sama dengan α-amilase pada

air liur,yaitu memcah pati menjadi maltosa dan polimer glukosa kecil lainnya.

Namun, pati pada umumnya hampir sepenuhnya di ubah menjadi maltosa dan

polimer glukosa kecil lainnya sebelum melewati lambung.

Hasil akhir dari proses pencernaan adalah glukosa,fruktosa,glaktosa,manosa dan

monosakarida lainnya.Senyawa-senyawa tersebut kemudian diabsorpsi melalui

dinding usus dan dibawa ke hati oleh darah.

Glukosa sebagai salah satu hasil dari pemecahan pati akan mengalami dau proses

di dalam hati,yaitu pertama,Glukosa akan beredar bersama aliran darah untuk

memenuhi kebutuhan energi sel-sel tubuh. Kedua,jika di dalam hati terdapat

kelebihan glukosa (gula darah),glukosa akan di ubah menjadi glikogen(gula otot)

dengan bantuan hormon insulin dan secara otomatis akan menjaga keseimbangan

gula darah. Glikogen di simpan di dalam hati, jika sewaktu-waktu dibutuhkan,

glikogen di ubah kembali menjadi glukosa dengan bantuan hormon adrenaline.

PROTEIN

Protein adalah penyusun kurang lebih 50% berat kering organisme.Protein

bukan hanya sekedaar bahan simpanan atau baha struktural,seperti karbohidrat

dan lemak.Tetapi juga berperan penting dalam fungsi kehidupan. Protein adalah

senyawa organik kompleks yang tersusun atas unsur Karbon (C), Hidrogen (H),

Oksigen (O), Nitrogen (N) dan kadang-kadang mengandung zat Belerang (S), dan

Fosfor (P).

Protein merupakan makromolekul yang terdiri dari satu atau lebih polimer.

Setiap Polimer tersusun atas monomer yang di sebut asam amino.Masing-masing

asam amino mengandung satu atom Karbon (C) yang mengikat satu atom

Hidrogen (H), satu gugus amin (NH2),satu gugus karboksil (-COOH) ,dan lain-

lain (Gugus R).

(Poedjiadi, 2009).

Berdasarkan macam asam amino yang menyusun polipeptid, Protein dapat

digolongkan menjadi 3, yaitu:

1. Protein Sempurna

Protein sempurna adalah protein yang mengandung asam-asam amino

lengkap,baik macam maupun jumlahnya. Contohnya kasein pada susu dan

albumin pada putih telur. Pada umumnya protein hewan adalah Protein Sempurna

2. Protein Kurang Sempurna

Protein kurang sempurna adalah protein yang mengandung asam amino

lengkap,tetapi beberapa diantaranya jumlahnya sedikit.Protein ini tidak dapat

mencukupi kebutuhan pertumbuhan. Namun hanya dapat mempertahankan

kebutuhan jaringan yang sudah ada. Contohnya Protein lagumin pada kacang-

kacangan dan Gliadin pada gandum.

3. Protein Tidak Sempurna

Protein tidak sempurna adalah protein yang tidak mengandung atau sangat sedikit

mengandung asam amino esensial.Protein ini tidak dapat mencukupi untuk

pertumbuhan dan mempertahankan kehidupan yang telah ada.Contohnya Zein

pada jagung dan beberapa protein yang berasal dari tumbuhan.

Protein yang membangun tubuh disebut Protein Struktural sedangkan protein

yang berfungsi sebagai enzim,antibodi atau hormon dikenal sebagai Protein

Fungsional. Protein struktural pada umumnya bersenyawa dengan zat lain di

dalam tubuh makhluk hidup. Contoh protein struktural antara lain nukleoprotein

yang terdapat di dalam inti sel dan lipoprotein yang terdapat di dalam membran

sel. Ada juga protein yang tidak bersenyawa dengan komponen struktur

tubuh,tetapi terdapat sebagai cadangan zat di dalam sel-sel makhluk hidup.

Contoh protein seperti ini adalah protein pada sel telur ayam,burung,kura-kura

dan penyu. Semua jenis protein yang kita makan akan dicerna di dalam saluran

pencernaan menjadi zat yang siap diserap di usus halus,yaitu berupa asam amino-

asamamino.

Asam amino-asam amino yang dihasilkan dari proses pencernaan makanan

berperan sangat penting di dalam tubuh,untuk:

Bahan dalam sintesis subtansi penting seperti hormon,zat antibodi,dan organel

sel lainnya

Perbaikan, pertumbuhan dan pemeliharaan struktur sel,jaringan dan organ

tubuh

Sebagai sumber energi, setiap gramnya akan menghasilkan 4,1 kalori.

Mengatur dan melaksakan metabolisme tubuh,misalnya sebagai enzim

(protein mengaktifkan dan berpartisipasi pada reaksi kimia kehidupan)

Menjaga keseimbangan asam basa dan keseimbangan cairan tubuh.

Sebagai senyawa penahan/bufer,protein berperan besar dalam menjaga

stabilitas pH cairan tubuh.Sebagai zat larut dalam cairan tubuh, protein

membantu dalam pemeliharaan tekanan osmotik di dalam sekat-sekat rongga

tubuh.

Membantu tubuh dalam menghancurkan atau menetralkan zat-zat asing yang

masuk ke dalam tubuh.

Kekurangan protein di dalam tubuh dapat mengakibatkan beberapa

penyakit.Seperti kwashiorkor, anemia, radang kulit, dan busung lapar yang

disebut juga hongeroedem. Karena terjadinya edema (pembengkakan organ

karena kandungan cairan yang berlebihan) pada tubuh.

PROSES PENCERNAAN PROTEIN DALAM TUBUH

Protein dalam makanan hampir sebagian besar berasal dari daging dan sayur-

sayuran.Protein dicerna di lambung oleh enzim pepsin,yang aktif pada pH 2-3

(suasana asam). Pepsin mampu mencerna semua jenis protein yang berada dalam

makanan. Salah satu hal terpenting dari penceranaan yang dilakukan pepsin

adalah kemampuannya untuk mencerna kolagen. Kolagen merupakan bahan dasar

utama jaringan ikat pada kulit dan tulang rawan.

Pepsin memulai proses pencernaan Protein. Proses pencernaan yang dilakukan

pepsin meliputi 10-30% dari pencernaan protein total. Pemecahan protein ini

merupakan proses hidrolisis yang terjadi pada rantai polipeptida.

Sebagian besar proses pencernaan protein terjadi di usus. Ketika protein

meninggalkan lambung,biasanya protein dalam bentuk proteosa, pepton, dan

polipeptida besar. Setelah memasuki usus,produk-produk yang telah di pecah

sebagian besar akan bercampur dengan enzim pankreas di bawah pengaruh enzim

proteolitik, seperti tripsin,kimotripsin, dan peptidase. Baik tripsin maupun

kimotripsin memecah molekul protein menjadi polipeptida kecil. Peptidase

kemudian akan melepaskan asam-asam amino.

Asam amino yang terdapat dalam darah berasal dari tiga sumber, yaitu

penyerapan melalui dinding usus,hasil penguraian protein dalam sel, dan hasil

sintesis asam amino dalam sel. Asam amino yang disintesis dalam sel maupun

yang dihasilkan dari proses penguraian protein dalam hati dibawa oleh darah

untuk digunakan di dalam jaringan, dalam hal ini hati berfungsi sebagai pengatur

konsentrasi asam amino dalam darah.

Kelebihan protein tidak disimpan dalam tubuh,melainkan akan dirombak di

dalam hati menjadi senyawa yang mengandung unsur N,seperti NH3 (amonia) dan

NH4OH (amonium hidroksida), serta senyawa yyang tidak mengandung unsur

N.Senyawa yang mengandung unsur N akan disintesis menjadi urea.Pembentukan

urea berlangsung di dalam hati karena hanya sel-sel hati yang dapat menghasilkan

enzim arginase. Urea yang dihasilkan tidak dibutuhkan oleh tubuh,sehingga

diangkut bersama zat-zat lainnya menuju ginjal laul dikeluarkan melalui

urin.sebaliknya, senyawa yang tidak mengandung unsur N akan disintesis kembali

mejadi bahan baku karbohidrat dan lemak,sehingga dapat di oksidasi di dalam

tubuh untuk menghasilkan energi.

ASAM AMINO & PEPTIDA

Asam amino adalah sembarang senyawa organik yang memiliki gugus

fungsional karboksil (-COOH) dan amina (biasanya -NH2). Dalam biokimia

seringkali pengertiannya dipersempit: keduanya terikat pada satu atom karbon (C)

yang sama (disebut atom C "alfa" atau α). Gugus karboksil memberikan sifat asam

dan gugus amina memberikan sifat basa. Dalam bentuk larutan, asam amino

bersifatamfoterik: cenderung menjadi asam pada larutan basa dan menjadi basa

pada larutan asam. Perilaku ini terjadi karena asam amino mampu menjadi

zwitter-ion. Asam amino termasuk golongan senyawa yang paling banyak

dipelajari karena salah satu fungsinya sangat penting dalam organisme, yaitu

sebagai penyusun protein. Struktur asam amino secara umum adalah satu atom C

yang mengikat empat gugus: gugus amina (NH2), gugus karboksil (COOH), atom

hidrogen (H), dan satu gugus sisa (R, dari residue) atau disebut juga gugus atau

rantai samping yang membedakan satu asam amino dengan asam amino lainnya.

Atom C pusat tersebut dinamai atom Cα ("C-alfa") sesuai dengan penamaan

senyawa bergugus karboksil, yaitu atom C yang berikatan langsung dengan gugus

karboksil. Oleh karena gugus amina juga terikat pada atom Cα ini, senyawa

tersebut merupakan asam α-amino (Poedjiadi, 2009).

Asam Amino sendiri di bagi menjadi 3 jenis :

1. Asam amino essensial.

2. Asam amino non-essensial.

3. Asam amino essensial bersyarat.

Asam amino esensial adalah asam amino yang tidak bisa diproduksi sendiri

oleh tubuh, sehingga harus didapat dari konsumsi makanan. Asam amino non-

esensial adalah asam amino yang bisa diprosuksi sendiri oleh tubuh, sehingga

memiliki prioritas konsumsi yang lebih rendah dibandingkan dengan asam amino

esensial. Asam amino esensial bersyarat adalah kelompok asam amino non-

esensial, namun pada saat tertentu, seperti setelah latihan beban yang keras,

produksi dalam tubuh tidak secepat dan tidak sebanyak yang diperlukan sehingga

harus didapat dari makanan maupun suplemen protein.

Jenis-jenis asam amino essensial :

1. Leucine (Leu, L), (BCAA = Branched-Chain Amino Acids = Asam amino

dengan rantai bercabang) berfungsi membantu mencegah penyusutan otot dan

membantu pemulihan pada kulit dan tulang.

2. Isoleucine (Ile, I), (BCAA = Branched-Chain Amino Acids = Asam amino

dengan rantai bercabang) berfungsi Membantu mencegah penyusutan otot,

membantu dalam pembentukan sel darah merah

3. Valine (Val,V), (BCAA = Branched-Chain Amino Acids = Asam amino

dengan rantai bercabang)

- Tidak diproses di organ hati, dan lebih langsung diserap oleh otot

- Membantu dalam mengirimkan asam amino lain (tryptophan,

phenylalanine, tyrosine) ke otak

4. Lycine (Lys, K)

- Kekurangan lycine akan mempengaruhi pembuatan protein pada otot dan

jaringan penghubugn lainnya

- Bersama dengan Vitamin C membentuk L-Carnitine

- Membantu dalam pembentukan kolagen maupun jaringan penghubung

tubuh lainnya (cartilage dan persendian)

5. Tryptophan (Trp, W)

- Pemicu serotonin (hormon yang memiliki efek relaksasi)

- Merangsang pelepasan hormon pertumbuhan

6. Methionine (Met, M)

- Prekusor dari cysteine dan creatine

- Menurunkan kadar kolestrol darah

- Membantu membuang zat racun pada organ hati dan membantuk

regenerasi jaringan baru pada hati dan ginjal

7. Threonine (Thr, T)

- Salah satu asam amino yang membantu detoksifikasi

- Membantu pencegahan penumpukan lemak pada organ hati

- Komponen penting dari kolagen

- Biasanya kekurangannya diderita oleh vegetarian

8. Phenylalanine (Phe, F)

- Prekursor untuk tyrosine

- Meningkatkan daya ingat, mood, fokus mental

- Digunakan dalam terapi depresi

- Membantuk menekan nafsu makan

Jenis-jenis asam amino non-essensial :

1. Aspartic Acid (Asp, D)

- Membantu mengubah karbohidrat menjadi energy

- Membangun daya tahan tubuh melalui immunoglobulin dan antibodi

- Meredakan tingkat ammonia dalam darah setelah latihan

2. Glyicine (Gly, G)

- Membantu tubuh membentuk asam amino lain

- Merupakan bagian dari sel darah merah dan cytochrome (enzim yang

terlibat dalam produksi energi)

- Memproduksi glucagon yang mengaktifkan glikogen

- Berpotensi menghambat keinginan akan gula

3. Alanine (Ala, A)

- Membantu tubuh mengembangkan daya tahan

- Merupakan salah satu kunci dari siklus glukosa alanine yang

memungkinkan otot dan jaringan lain untuk mendapatkan energi dari asam

amino

4. Serine (Ser, S)

- Diperlukan untuk memproduksi energi pada tingkat sel

- Membantuk dalam fungsi otak (daya ingat) dan syaraf

Jenis-jenis asam amino essensial bersyarat :

1. Arginine (Arg, R), (asam amino essensial untuk anak-anak)

- Diyakini merangsang produksi hormon pertumbuhan

- Diyakini sebagai pemicu Nitric Oxide (suatu senyawa yang melegakan

pembuluh darah untuk aliran darah dan pengantaran nutrisi yang lebih

baik) dan GABA

- Bersama glycine dan methionine membentuk creatine

2. Histidine (His, H), (asam amino essensial pada beberapa individu)

- Salah satu zat yang menyerah ultraviolet dalam tubuh

- Diperlukan untuk pembentukan sel darah merah dan sel darah putih

- Banyak digunakan untuk terapi rematik dan alergi

3. Cystine (Cys, C)

- Mengurangi efek kerusakan dari alkohol dan asap rokok

- Merangsang aktivitas sel darah putih dalam peranannya meningkatkan

daya tahan tubuh

- Bersama L-Aspartic Acid dan L-Citruline menetralkan radikal bebas

- Salah satu komponen yang membentuk otot jantung dan jaringan

penyambung (persendian, ligamen, dan lain-lain)

-- Salah satu elemen besar dari kolagen

4. Glutamic Acid (Glu, E), (Asam Glutamic)

- Pemicu dasar untuk glutamine, proline, ornithine, arginine, glutathine, dan

GABA

- Diperlukan untuk kinerja otak dan metabolisme asam amino lain

5. Tyrosine (Tyr, Y)

- Pemicu hormon dopamine, epinephrine, norepinephrine, melanin (pigmen

kulit), hormon thyroid

- Meningkatkan mood dan fokus mental

6. Glutamine (Gln, Q)

- Asam amino yang paling banyak ditemukan dalam otot manusia

- Dosis 2 gram cukup untuk memicu produksi hormon pertumbuhan

- Membantu dalam membentuk daya tahan tubuh

- Sumber energi penting pada organ tubuh pada saat kekurangan kalori

- Salah satu nutrisi untuk otak dan kesehatan pencernaan

- Mengingkatkan volume sel otot

7. Taurine

- Membantu dalam penyerapan dan pelepasan lemak

- Membantu dalam meningkatkan volume sel otot

8. Ornithine

- Dalam dosis besar bisa membantu produksi hormon pertumbuhan

- Membantu dalam penyembuhan dari penyakit

- Membantu daya tahan tubuh dan fungsi organ hati

Asam amino biasanya diklasifikasikan berdasarkan sifat kimia rantai samping

tersebut menjadi empat kelompok. Rantai samping dapat membuat asam amino

bersifat asam lemah, basa lemah, hidrofilik jika polar, dan hidrofobik jika

nonpolar.

Asam Amino Polar

Memiliki gugus R yang tidak bermuatan

Senyawa : Serin , threonin, sistein, metionin, asparagin, glutamin

Bersifat hidrofilik --> mudah larut dalam air

Cenderung terdapat di bagian luar protein

Sistein berbeda dgn yg lain, karena ggs R terionisasi pada pH tinggi (pH =

8.3) sehingga dapat mengalami oksidasi dengan sistein membentuk ikatan

disulfide

(-S-S-) --> sistin (tdk tmsk dlm a.a. standar karena selalu tjd dari 2 buah

molekul sistein dan tidak dikode oleh DNA)

Asam Amino Non Polar

Memiliki gugus R alifatik

Glisin, alanin, valin, leusin, isoleusin dan prolin

Bersifat hidrofobik. Semakin hidrofobik suatu a.a spt Ile (I) --> biasa terdapat

di bagian dlm protein.

Prolin berbeda dgn a.a --> siklis. Tapi mempunyai byk kesamaan sifat dgn

kelompok alifatis ini.

Umum terdapat pada protein yang berinteraksi dengan lipid

Asam Amino Gugus Aromatik

Fenilalanin, tirosin dan triptofan

Bersifat relatif non polar--> hidrofobik

Fenilalanin bersama dgn V, L & I --> a.a plg hidrofobik

Tirosin gugus hidroksil , triptofan --> cincin indol

Sehingga mampu membentuk ikatan hidrogen --> penting untuk menentukan

struktur ensim

Asam amino aromatik mampu menyerap sinar UV λ 280 nm --> sering

digunakan utk menentukan kadar protein

Asam Amino Bermuatan Positif (+)

Lisin, arginin, dan histidin

Mempunyai gugus yg bsft basa pd rantai sampingnya

Bersifat polar --> terletak di permukaan protein dapat mengikat air.

Histidin mempunyai muatan mendekati netral (pd gugus imidazol) disbanding

- lisin --> gugus amino - arginin --> gugus guanidino

Krn histidin dpt terionisasi pada pH mendekati pH fisioligis --> sering

berperan dlm reaksi ensimatis yg melibatkan pertukaran proton

Asam Amino Bermuatan Negatif (-)

Aspartat dan glutamat

Mempunyai gugus karboksil pada rantai sampingnya --> bermuatan (-) / acid

pada pH 7

Berbagai jenis asam amino membentuk rantai panjang melalui ikatan peptida.

Ikatan Peptida adalah ikatan antara gugus karboksil satu asam amino dengan

gugus amin dari asam amino lain yang ada di sampingnya.Asam amino yang

membentuk rantai panjang ini disebut protein (Polipeptida). Polipeptida di dalam

tubuh manusia disintesis di dalam ribosom.Setelah disintesis,protein

mengalami”pematangan”menjadi protein yang lebih kompleks. Asam amino yang

diperlukan tubuh ada 20 macam.sepuluh diantaranya sangat penting bagi

pertumbuhan sel-sel tubuh manusia dan tidak dapat dibuat dalam tubuh,sehingga

harus didapatkan dari luar tubuh.Asam amino itu disebut asam amino

esensial.selain asam amino esensial terdapat juga asam emino non-esensial.Asam

amino non-esensial merupakan asam amino yang dapat dibuat dalam tubuh

manusia.Bahan bakunya berasal dari asam amino lainnya.Namun ada juga yang

mengatakan bahwa asam amino terbagi menjadi 3, ditambah dengan asam amino

semiesensial. Asam amino semiesensial adalah asam amino yang dapat

menghemat pemakaian beberapa asam amino esensial.

ENZIM & KINETIKA ENZIM

Enzim adalah biokatalisator organik yang dihasilkan organisme hidup di

dalam protoplasma, yang terdiri atas protein atau suatu senyawa yang berikatan

dengan protein. Enzim mempunyai dua fungsi pokok sebagai berikut :

1. Mempercepat atau memperlambat reaksi kimia.

2. Mengatur sejumlah reaksi yang berbeda-beda dalam waktu yang sama.

Enzim disintesis dalam bentuk calon enzim yang tidak aktif, kemudian

diaktifkan dalam lingkungan pada kondisi yang tepat. Misalnya, tripsinogen yang

disintesis dalam pankreas, diaktifkan dengan memecah salah satu peptidanya

untuk membentuk enzim tripsin yang aktif. Bentuk enzim yang tidak aktif ini

disebut zimogen.

Enzim tersusun atas dua bagian. Apabila enzim dipisahkan satu sama lainnya

menyebabkan enzim tidak aktif. Namun keduanya dapat digabungkan menjadi

satu, yang disebut holoenzim. Kedua bagian enzim tersebut yaitu apoenzim dan

koenzim.

1. Apoenzim

Apoenzim adalah bagian protein dari enzim, bersifat tidak tahan panas, dan

berfungsi menentukan kekhususan dari enzim. Contoh, dari substrat yang sama

dapat menjadi senyawa yang berlainan, tergantung dari enzimnya.

2. Koenzim

Koenzim disebut gugus prostetik apabila terikat sangat erat pada apoenzim.

Akan tetapi, koenzim tidak begitu erat dan mudah dipisahkan dari apoenzim.

Koenzim bersifat termostabil (tahan panas), mengandung ribose dan

fosfat. Fungsinya menentukan sifat dari reaksinya. Misalnya, Apabila koenzim

NADP (Nicotiamida Adenin Denukleotid Phosfat) maka reaksi yang terjadi

adalah dehidrogenase. Disini NADP berfungsi sebagai akseptor hidrogen.

Koenzim dapat bertindak sebagai penerima/akseptor hidrogen, seperti NAD atau

donor dari gugus kimia, seperti ATP (Adenosin Tri Phosfat).

Enzim bekerja berdasar prinsip ‘kunci dan anak kunci’ (lock and key). Pada

salah satu sisi enzim terdapat tempat aktif yang memiliki bentuk yang dapat

berpasangan tepat sama dengan bentuk permukaan substrat. Akibatnya satu enzim

hanya dapat digunakan untuk satu jenis substrat. Contoh enzim yang sering

digunakan sebagai materi praktikum adalah enzim katalase. Enzim ini banyak

terdapat pada organel peroksisom dan berfungsi memecah peroksida (H2O2) yang

bersifat toksik menjadi H2O dan O2.

Kerja enzim juga sangat dipengaruhi oleh zat inhibitor, yaitu bahan yang

menghambat kerja enzim. Ada 2 jenis inhibitor, yaitu inhibitor kompetitif dan

inhibitor non kompetitif. Inhibitor kompetitif bekerja dengan cara berikatan pada

tempat aktif enzim. Akibatnya substrat yang tidak bisa berikatan dengan enzim.

Sedangkan inhibitor non kompetitif tidak berikatan dengan tempat aktif, tetapi

menyebabkan perubahan pada tempat aktif. Ini pun berakibat substrat tidak bisa

berikatan dengan enzim.

Sifat-sifat enzim sebagai berikut :

Enzim mengalami denaturasi/kerusakan pada temperatur tinggi.

Efektif dalam jumlah kecil.

Tidak berubah pada waktu reaksi berlangsung.

Tidak memengaruhi keseimbangan, tetapi hanya mempercepat reaksi.

Spesifik untuk reaksi tertentu.

Faktor-faktor yang memengaruhi enzim dan aktivitas enzim sebagai berikut.

1. Temperatur atau suhu

Umumnya enzim bekerja pada suhu yang optimum. Apabila suhu turun, maka

aktivitas akan terhenti tetapi enzim tidak rusak. Sebaliknya, pada suhu tinggi

aktivitas menurun dan enzim menjadi rusak.

2. Air

Air berperan dalam memulai kegiatan enzim. Contoh pada waktu biji dalam

keadaan kering kegiatan enzim tidak kelihatan. Baru setelah ada air, melalui

imbibisi mu-lailah biji berkecambah.

3. pH

Perubahan pH dapat membalikkan kegiatan enzim, yaitu mengubah hasil akhir

kembali menjadi substrat.

4. Hasil akhir

Kecepatan reaksi dalam suatu proses kimia tidak selalu konstan. Misal,

kegiatan pada awal reaksi tidak sama dengan kegiatan pada pertengahan atau

akhir reaksi. Apabila hasil akhir (banyak), maka akan menghambat

aktivitas enzim.

5. Substrat

Substrat adalah zat yang diubah menjadi sesuatu yang baru. Umumnya,

terdapat hubungan yang sebanding antara substrat dengan hasil akhir apabila

konsentrasi enzim tetap, pH konstan, dan temperatur konstan. Jadi, apabila

substrat yang tersedia dua kali lipat, maka hasil akhir juga dua kali lipat.

6. Zat-zat penghambat

Zat-zat penghambat adalah zat-zat kimia yang menghambat aktivitas kerja

enzim. Contoh, garam-garam dari logam berat, seperti raksa.

Contoh-contoh enzim dalam proses metabolisme sebagai berikut.

1. Enzim katalase

Enzim katalase berfungsi membantu pengubahan hidrogen peroksida menjadi

air dan oksigen.

2. Enzim oksidase

Enzim oksidase berfungsi mempergiat penggabungan O2 dengan suatu

substrat yang pada saat bersamaan juga mereduksikan O2, sehingga terbentuk

H2O.

3. Enzim hidrase

Enzim hidrase berfungsi menambah atau mengurangi air dari suatu senyawa

tanpa menyebabkan terurainya senyawa yang bersangkutan. Contoh: fumarase,

enolase, akonitase.

4. Enzim dehidrogenase

Enzim dehidrogenase berfungsi memindahkan hidrogen dari suatu zat ke zat

yang lain.

5. Enzim transphosforilase

Enzim transphosforilase berfungsi memindahkan H3PO4 dari molekul satu ke

molekul lain dengan bantuan ion Mg2+.

6. Enzim karboksilase

Enzim karboksilase berfungsi dalam pengubahan asam organik secara bolak-

balik. Contoh pengubahan asam piruvat menjadi asetaldehida dibantu oleh

karboksilase piruvat.

7. Enzim desmolase

Enzim desmolase berfungsi membantu dalam pemindahan atau penggabungan

ikatan karbon. Contohnya, aldolase dalam pemecahan fruktosa menjadi

gliseraldehida dan dehidroksiaseton.

8. Enzim peroksida

Enzim peroksida berfungsi membantu mengoksidasi senyawa fenolat,

sedangkan oksigen yang dipergunakan diambil dari H2O2.

KINETIKA ENZIM

Kinetika enzim merupakan bidang biokimia yang terkait dengan

pengukuran kuantitatif dari kecepatan reaksi yang dikatalisis enzim dan

pemeriksaan sistematik faktor-faktor yangg mempengaruhi kecepatan

tersebut. Analisis kinetik memungkinkan para ahli merekonstruksi jumlah

dan urutan tahap-tahap individual yang merupakan perubahan substrat oleh

enzim menjadi produk. Aktivitas seperangkat enzim yg seimbang dan

lengkap merupakan dasar penting untuk mempertahankan homeostasis.

Pemahaman tentang kinetik enzim penting untuk memahami bagaimana

stress fisiologis seperti anoksia, asidosis atau alkalosis metabolik, toksin

dan senyawa farmakologik mempengaruhi keseimbangan tersebut.

Reaksi Kimia Dijelaskan dengan Persamaan Kesetimbangan

Persamaan kesetimbangan di bawah menjelaskan reaksi satu molekul

dari masing-masing substrat A dan B untuk membentuk satu molekul dari

masing-masing produk P dan Q.

1. A + B P + Q

Tanda panah ganda menunjukkan reversible (terbalikan). Jika A dan B

dapat membentuk P dan, maka P dan Q juga dapat membentuk A dan B.

Dengan demikian penentuan suatu reaktan sebagai “substrat” atau

“produk” sedikit banyak bersifat arbitrer karena produk suatu reaksi

yang dituliskan dalam satu arah adalah substrat bagi reaksi yang

berlawanan. Namun, istilah “produk” sering digunakan untuk menandai

reaktan yang pembentukannya menguntungkan secara termodinamis.

2. A + B P + Q

Tanda panah satu arah menunjukkan irreversible (tidak terbalikan).

Digunakan untuk menjelaskan reaksi di dalam sel hidup tempat produk

reaksi (ii) segera dikonsumsi oleh reaksi selanjutnya yang dikatalisis

oleh enzim. Oleh karena itu, pengeluaran segera produk P atau Q secara

efektif meniadakan kemungkinan terjadinya reaksi kebalikan sehingga

persamaan (ii) secara fungsional menjadi irreversibel pada kondisi

fisiologis. Contohnya adalah ketika kita bernapas.

Perubahan Energi Bebas Menentukan Arah dan Keadaan Seimbang

dari Reaksi Kimia

Go = - RT ln Keq

Keterangan:

Go : perubahan energi bebas Gibbs

R : konstanta gas (1,98 kal/mol/K atau 8,31 J/mol/K)

T : suhu mutlak dalam derajat Kelvin

Keq : konstanta equivalen

Keq setara dengan hasil kali konsentrasi produl-produk reaksi, masing-

masing dipangkatkan sesuai stoikiometrinya, dibagi hasil kali substrat yang

masing-masing dipangkatkan sesuai stoikiometrinya.

Jika Go

adalah suatu angka negatif, Keq akan lebih besar dari satu dan

konsentrasi produk pada keseimbangan akan melebihi konsentrasi substrat.

Jika Go

positif, Keq akan kurang dri satu dan akan menguntungkan

pembentukan substrat.

Karena Go

adalah fungsi keadaaan awal dan akhir zat-zat yang bereaksi,

besaran ini hanya dapat memberikan informasi mengenai arah dan keadaan

kesimbangan.

Go

tidak bergantung pada mekanisme reaksi dan tidak memberikan

informasi mengenai laju (kecepatan) reaksi.

Oleh karena itu meskipunn suatu reaksi mungkin memiliki Go

atau Go

yang negatif besar, namun reaksi tersebut tetap berlangsung meskipun

dengan kecepatan yang sangat rendah.

Kinetik dari Katalisis Enzim

1. Enzim menurunkan barrier energi reaktivasi

2. Enzim tidak mempengaruhi Keq

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kecepatan Reaksi yang Dikatalisis

Enzim

1. Suhu

Q10 atau koefisien suhu yaitu faktor yang meningkatkan proses biologis

bila suhu naik 100 C. Umumnya enzim yg stabil pada peningkatan suhu

maka Q10 = 2

2. Enzim intrasel bekerja optimum antara pH 5-9. Hilangnya atau

tambahnya muatan akan merugikan atau membuat enzim tidak aktif.

Reaksi yang Dikatalisis oleh Enzim Dilakukan pada Kecepatan Inisial

karena pada kecepatan inisial, kecepatan reaksi sesuai dengan konsentrasi

enzim.

Konsentrasi Substrat Mempengaruhi Laju Reaksi

Pada pembahasan berikut, reaksi enzim dianggap seolah-olah hanya

memiiki satu substrat dan satu produk. Sementara kebanyakan enzim

memiliki lebih dari satu substrat, prinsip-prinsip yang dibahas di bawah

juga berlaku bagi enzim dengan banyak substrat.

Untuk suatu enzim tipikal, peningkatan konsentrasi substrat akan

meningkatkan v1 hingga tercapai nilai maksimal Vmax (Gambar 8-3). Jika

peningkatan lebih lanjut konsentrasi substrat tidak meningkatkan v1, enzim

dikatakan “jenuh” oleh substrat. Perhatikan bahwa bentuk kurva yang

menghubungkan aktivitas dengan konsentrasi substrat (Gambar 8-3) tampak

hiperbolik. Pada setiap saat, hanya molekul substrat yang berkaitan dengan

enzim dalam bentuk kompleks.

ES yang dapat diubah menjadi produk. Kedua, konstanta

kesetimbangan untuk pembentukan kompleks enzim-substrat tidaklah besar

tanpa batas.

Jika terdapat kelebihan substrat (titik A dan B di Gambar 8-4), hanya

sebagian enzim yang mungkin berada dalam bentuk kompleks ES. Dengan

demikian di titik A atau B, peningkatan atau penurunan [S] akan

meningkatkan atau menurunkan jumlah kompleks ES disertai perubahan

yang sesuai di v1. Di titik C (Gambar 8-4), pada hakikatnya semua enzim

terdapat dalam bentuk kompleks ES. Karena tidak ada enzim bebas yang

tersedia untuk membentuk ES, peningkatan lebih lanjut [S] tidak dapat

meningkatkan laju reaksi. Dalam kondisi ini, v1 semata-mata bergantung

pada—dan karenanya dibatasi oleh—kecepatan disosiasi (penguraian)

produk enzim tersebut sehingga enzim ini dapat mengikat lebih banyak

substrat.

Gambar 8-4. Representasi suatu enzim pada konsentrasi substrat yang

rendah (A), tinggi (C), dan setara dengan Km (B). Titik A, B, dan C

berkorespondensi dengan titik-titik di Gambar 8-3.)

(Gambar 8-3. Efek

konsentrasi substrat

pada kecepatan

awal suatu reaksi

yang dikatalisis

oleh enzim.)

Persamaan Michaelis-Menten dan Hill (Model Pengaruh Kadar

Substrat)

v1 = Vmax[S] / Km + S

Keterangan:

v1 kecepatan reaksi.

Vmax kecepatan maksimum.

S substrat

Km kadar substrat yang memberikan kecepatan reaksi separuh

kecepatan reaksi maksimal pada kadar enzim tertentu.

Tergantung pada kecepatan reaksi inisial kadar S dan Km dapat

digambarkan dengan mengevaluasi persamaan tersebut dibawah 3 keadaan:

1. Bagaimana kalau kadar S kadar Km

v sesuai kadar S

“untuk menentukan aktivasi enzim digunakan substrat yang di bawah

Km”

2. Bagaimana kalau kadar S > kadar Km

v = V

“harus pada kondisi optimal”

3. Bagaimana kalau kadar S = Km

v = ½ V

(Gambar 8-5. Plot

timbal-balik ganda

atau plot

Lineweaver-Burk

1/v, versus 1/[S]

yang digunakan

untuk mengevaluasi

Km dan Vmax.)

Inhibitor Kompetitif

Inhibitor kompetitif dapat diatasi dengan meningkatkan konsentrasi

substrat

Struktur inhibitor kompetitif klasik cenderung mirip dengan struktur

substrat.

Inhibitor kompetitif bekerja dengan menurunkan jumlah molekul enzim

bebas yang tersedia untuk mengikat substrat, yi, untuk membentuk ES

dan akhirnya menghasilkan produk.

Inhibitor Nonkompetitif

Pengikatan inhibitor tidak mempengaruhi pengikatan substrat

Inhibitor nonkompetetif sederhana menurunkan Vmax, tetapi tidak

mempengaruhi Km.

Inhibitor nonkompetitif yang lebih kompleks terjadi jika pengikatan

inhibitor memang mempengaruhi afinitas (yang tampak) enzim terhadap

substrat.

Gambar 8-10. Plot Lineweaver-

Burk untuk inhibisi non-

kompetitif sederhana

(Gambar 8-9. Plot

Lineweaver-Burk

untuk inhibisi

kompetitif.

Perhatikan hilangnya

inhibisi secara total

pada [S] yang tinggi

(yi. 1/[S] yang

rendah.)

TEKNIK PEMURNIAN ENZIM

Suatu enzim tidak bisa dapat ditemukan langsunf=d dalam bentuk enzim

murni. Mengingat enzim itu berada dalam tubuh makhluk hidup seperti didalam

sel tumbuhan, hewan, dan manusia. Pada mulanya jika ingin mendapatkan suatu

enzim untuk keperluan tertentu, maka perlu mengambil suatu sel dari bagian makhluk

hidup. Namun akhirnya cara tersebut dipandang tidak efektif sehingga dicari berbagai cara untuk

mendapatkan enzim murni.

Pemekatan enzim dilakukan untuk memisahkan konsentrat protein

darikomponen biomolekul lainnya diantaranya karbohidrat, lemak dan asam

nukleat. Adadua metode pemekatan enzim yaitu analitik dan preparatif

(penyiapan). Metode analitik menggunakan pengendapan asam (misalnya asam

trikloroasetat),pengendapan organik (misalnya aseton atau etanol), dan

imunopresipitasi yang dapat menyebabkandenaturasi protein. Metode preparatif

bertujuan untuk tetap mempertahankan aktifitas enzim, misalnya menggunakan

garam, pelarut organik,polimer organik, ultrafiltrasi dan liofilisasi.

Fraksinasi merupakan tahap akhir dalam pemurnian enzim, yang

bertujuanuntuk memisahkan enzim dari protein non enzim lainnya. Metode

fraksinasi umum untuk pemurnian enzim, meliputi kromatografi kolom dan

elektroforesis.

1. Elektroforesis

Elektroforesis adalah teknik pemisahan fraksi-fraksi zat berdasarkan migrasi

partikel bermuatan di bawah pengaruh medan listrik karena adanya perbedaan

ukuran, bentuk, muatan, atau sifat kimia molekul. Elektroforesis dapat digunakan

untuk menentukan berat molekul protein, mendeteksi kemurnian dan kerusakan

protein, menetapkan titik isoelektrik protein, dan memisahkan spesies-spesies

molekuler yang berbeda secara kuantitatif dan kualitatif.

Protein memiliki gugus-gugus yang dapat terionisasi sehingga membentuk

gugus bermuatan pada pH tertentu baik sebagai anion maupun kation sehingga

dapat dipisahkan dengan teknik elektoforesis. Protein akan bermuatan tergantung

pada pH larutan dan titik isoelektrik. Pada titik isoelektrik, protein tidak akan

bergerak di bawah pengaruh medan listrik. Jika pH larutan di bawah pI, protein

bergerak sebagai kation dan kecepatannya naik dengan turunnya pH lalu kation ini

akan bergerak ke elektroda negatif. Jika pH larutan di atas pI, protein bergerak

sebagai anion dan kecepatannya naik dengan meningkatnya pH lalu anion ini akan

bergerak ke elektroda positif. Media yang digunakan untuk elektroforesis harus

dapat mengurangi atau mencegah terjadinya konveksi dan tidak bereaksi dengan

sampel atau menghambat pergerakan partikel sebagai akibat adanya ikatan antara

sampel dengan matriks. Keberhasilan pemisahan protein dengan elektroforesis

dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain buffer, suhu, waktu, dan arus listrik

yang digunakan. Buffer berfungsi untuk mempertahankan pH baik dalam chamber

maupun gel serta pembawa muatan listrik.

Pada umumnya, buffer yang digunakan bersifat sedikit alkalis dengan pH

sekitar 8-9. Pada pH tersebut, sebagian besar protein bermuatan negatif dan

bergerak ke kutub anoda yang biasanya terletak pada bagian dasar gel. Hal ini

mencegah kemungkinan protein untuk bergerak ke atas dari sistem elektroforesis

(Scopes, 1987). Elektroforesis dilakukan pada suhu dingin (0-40C) untuk

mengurangi kehilangan aktivitas protein akibat denaturasi dan kerusakan akibat

proteolysis. Selain itu, kenaikan suhu yang tinggi selama elektroforesis dapat

menyebabkan pemisahan yang kurang baik. Waktu yang diperlukan untuk

elektroforesis berkaitan erat dengan arus listrik yang digunakan. Semakin tinggi

arus listrik yang digunakan, maka semakin pendek waktu yang dibutuhkan, tetapi

suhu akan meningkat.

Menurut Harris dan Angal (1989), elektroforesis gel poliakrilamida (PAGE)

adalah metode yang paling banyak digunakan karena memiliki kapasitas

pemisahan yang tinggi. Salah satu metode PAGE yang umumnya digunakan

adalah SDS-PAGE (Sodium Dodecyl Sulphate Polyacrilamide Gel

Electrophoresis). Radikal-radikal bebas yang terbentuk dari ammonium persulfat

(APS) akan bereaksi dengan akrilamida di mana terjadi penyimpanan radikal

bebas di dalam molekul akrilamida sehingga terbentuk akrilamida aktif.

Akrilamida aktif ini akan bereaksi dengan cara yang sama dengan akrilamida yang

lain sehingga dihasilkan suatu rantai polimer yang panjang. Gel poliakrilamida

terbentuk oleh adanya polimerisasi dari monomer akrilamida dan pembentukan

ikatan silang kovalen antar rantai panjang akrilamida. Cross linking agent yang

digunakan adalah N,N’-metilenbis-akrilamida. Kompleks APS-TEMED

mengkatalisa pembentukan radikal bebas dari persulfat yang selanjutnya berfungsi

sebagai inisiator polimerisasi.

Lembaran elektroforesis gel poliakrilamida terdiri atas 2 bagian, yaitu gel

penahan (stacking gel) dan gel pemisah (separating gel). Stacking gel terletak

pada bagian atas dari separating gel. Stacking gel berfungsi sebagai tempat

dicetaknya sumur untuk memasukkan sampel. Selain itu, stacking gel berfungsi

untuk mengkonsentrasikan sampel membentuk pita yang tajam sebelum

memasuki separating gel. Separating gel berfungsi sebagai tempat terjadinya

pemisahan protein.

Penambahan SDS pada gel poliakrilamida menghasilkan SDS-PAGE yang

digunakan untuk sampel yang terdenaturasi. SDS adalah detergen anionikyang

bersama dengan β-merkaptoetanol dan pemanasan akan merusak struktur tiga

dimensi protein dengan cara memecah ikatan disulfida yang selanjutnya tereduksi

menjadi gugus sulfidril. Protein yang terdenaturasi sempurna akan mengikat SDS

dalam jumlah yang setara dengan berat molekul protein tersebut. Setiap 1.4 gram

SDS dapat mengikat 1 gram protein.

Pergerakan kompleks SDS-protein yang berukuran besar akan mempunyai

mobilitas yang lebih kecil. Adanya gliserol dalam buffer sampel berfungsi untuk

meningkatkan berat jenis larutan sampel sehingga dapat masuk dengan mudah

ketika diinjeksi ke dalam sumur gel. Buffer sampel juga mengandung pewarna

bromphenol blue yang berfungsi untuk membantumemonitor jalannya

elektroforesis. Jika pewarna telah mencapai bagian bawah gel, maka elektroforesis

dihentikan.

Sebelum dilakukan prosedur pewarnaan, terlebih dahulu dilakukan proses

fiksasi terhadap gel hasil elektroforesis. Proses fiksasi bertujuan untuk

mengendapkan dan mengimobilisasi pita-pita protein pada gel dan menghilangkan

komponen-komponen non protein yang dapat mengganggu pewarnaan seperti

SDS. Proses fiksasi dilakukan dengan menggunakan campuran metanol-asam

asetat-air, formaldehid, TCA, atau asam perklorat 5-10%. Pita-pita protein hasil

pemisahan dengan elektoforesis diperjelas dengan teknik pewarnaan. Syarat dari

pewarna yang digunakan untuk staining adalah dapat berikatan kuat dengan

protein, tetapi tidak bereaksi dengan gel. Ikatan antara pewarna dan gel adalah

ikatan non kovalen sehingga mudah dilepaskan dengan pencucian secara intensif

(Scopes, 1987). Proses penghilangan warna (destaining) dilakukan dengan

merendam gel dalam larutan peluntur sampai diperoleh latar belakang yag relatif

jernih sehingga pita-pita protein yang dihasilkan dapat diamati dengan jelas. Berat

molekul protein dapat diketahui dengan membandingkan mobilitas relatif (Rf)

protein dengan protein standar yang berat molekulnya sudah diketahui. Rf protein

merupakan perbandingan jarak antara titik awal ke pita protein dengan titik awal

ke titik akhir elektroforesis.

2. Kromatografi

Kromatografi menunjukkan proses pemisahan berdasarkan distribusi

diferensial dari komponen sampel di antara 2 fase, yaitu fase stasioner dan fase

bergerak. Komponen yang memiliki interaksi yang kuat dengan fase stasioner

akan bergerak lebih lambat dibandingkan komponen yang memiliki interaksi yang

kuat dengan fase bergerak sehingga terjadi resolusi (Harris dan Angal, 1989).

Kromatografi kolom merupakan sistem pengaliran suatu fluida melalui kolom

yang mengandung matriks bahan pengisi dan substanta yang ingin dipisahkan

menjadi beberapa komponen dengan adanya perbedaan daya ikat terhadap bahan

pengisi. Pemurnian enzim dengan kromatografi kolom merupakan cara yang

paling efektif dibandingkan cara pemisahan yang lain.

Berdasarkan mekanisme kerjanya, kromatografi kolom dapat dikelompokkan

menjadi 4 metode, yaitu kromatografi pertukaran ion, kromatografi affinitas,

kromatografi filtrasi gel, dan kromatografi interaksi hidrofobik (Walsh, 2002).

Kromatografi pertukaran ion merupakan metode pemisahan protein di mana

pemisahan terjadi secara selektif berdasarkan perbedaan muatan dengan ion yang

terikat pada matriks. Pada kromatografi pertukaran ion, larutan enzim diberi

muatan tergantung pada pH, struktur, dan titik isoelektrik enzim. Jika pH larutan

enzim di bawah titik isoelektrik, maka enzim akan bermuatan positif dan

kromatografi yang akan dilakukan adalah kromatografi pertukaran kation. Jika pH

larutan enzim di atas titik isoelektrik, maka enzim akan bermuatan negative dan

kromatografi yang akan dilakukan adalah kromatografi pertukaran anion. Contoh

bahan pertukaran kation adalah CM selulosa, SE selulosa, FE selulosa, Dowex 50,

dan Aberlite IRC 50. Contoh bahan pertukaran anion adalah DEAE selulosa,

DEAE sephadex, dan TEAE selulosa (Harris dan Angal, 1989). Kromatografi

pertukaran ion paling baik dipergunakan pada tahap awal pemurnian.

Kromatografi ini dapat menampung volume yang besar karena kapasitas tinggi.

Kecepatan dan pemisahannya pun tinggi apabila digunakan jenis matriks yang

tepat.

Kromatografi affinitas merupakan metode pemisahan protein karenaadanya

interaksi spesifik antara komponen sampel dengan ligan yang terikat pada matriks.

Pada prinsipnya, suatu ligan yang terikat kovalen pada matriks yang tidak larut air

akan menyerap salah satu atau beberapa komponen dari campuran. Komponen

yang diserap harus memiliki affinitas yang spesifik terhadap ligan tersebut.

Komponen yang tidak memiliki affinitas akan melaju terus. Beberapa bahan baik

organik maupun anorganik dapat digunakan sebagai matriks. Bahan organik yang

sering dipakai antara lain karbohidrat (selulosa, agarose, pati) dan poliakrilamida.

Bahan anorganik yang dapat dipakai antara lain gelas (poros dan solid) dan koloid

silika. Kromatografi affinitas biasanya dipergunakan pada tahap menjelang akhir

pemurnian.

Kromatografi filtrasi gel merupakan metode pemisahan protein berdasarkan

perbedaan ukuran molekul. Proses pemisahan menggunakan matriks gel berpori

yang dipak di dalam kolom dan dikelilingi oleh solven. Sampel yang mengandung

campuran molekul besar dan kecil dilewatkan ke dalam kolom. Molekul protein

yang lebih kecil dapat menembus ke dalam pori-pori butiran dan karenanya

tertahan selama aliran ke bawah kolom. Molekul protein yang besar tidak dapat

menembus ke dalam poripori butiran dan melewati kolom lebih cepat. Molekul

protein yang berukuran menengah akan mengalir ke bawah pada kecepatan antara

tergantung pada tingkat kemampuan menembus butiran.

Kromatografi filtrasi gel disebut juga dengan saringan molekul. Salah satu

bahan yang penting sebagai gel adalah dekstran (polimer gula yang biasanya larut

dalam air) yang telah mengalami reaksi cross linkage dengan bantuan

epiklorohidrin. Hasil yang didapat adalah dekstran yang menjadi tidak larut dalam

air, tetapi masih dapat menyerap molekul-molekul di dalam molekulnya sendiri.

Gel dekstran disebut juga dengan Sephadex. Sephadex stabil dalam air, garam,

pelarut organik, alkali, dan asam lemah. Selain itu, Sephadex juga stabil pada

kisaran pH 1-10 sehingga hal yang paling utama dalam memilih buffer adalah

kestabilan molekul yang dikehendaki dalam buffer yang dipilih. Kromatografi

filtrasi gel baik dipergunakan pada tahap akhir pemurnian. Kromatografi ini

memiliki kapasitas terbatas dan kecepatan fraksinasi rendah.

kromatografi filtrasi gel dan kromatografi pertukaran ion.

Gambar 3. Prinsip pemisahan protein menggunakan filtrasi gel Kromatografi

interaksi hidrofobik merupakan metode pemisahan protein karena perbedaan

polaritas antar molekul protein pada kekuatan ion tertentu. Peningkatan kekuatan

ionik larutan karena penambahan garam netral seperti ammonium sulfat atau

sodium klorida akan meningkatkan interaksi hidrofobik protein. Protein diikat

oleh matriks yang bersifat non polar. Protein dibebaskan dari ikatan ini dengan

menggunakan eluen yang polaritasnya diturunkan (Rachmadani, 2007).

DAFTAR PUSTAKA

Harris ELV, Angal S. 1989. Protein Purification Methods a Practical Approach.

Oxford Univ. Pr., UK.

Poedjiadi, A. 2006. Dasar-dasar Biokimia. UI-Press. Jakarta.

Rachmadani, D. 2007. Mempelajari Enzim Kitonase Termostabil dari Isolat

Baccilus Licheniformismb-2 Asal Tompaso, Manado. Departemen

Ilmu dan Teknologi Pangan Fakultas Teknologi Pertanian Institut

Pertanian. Bogor.

Wilbraham, A. C. & Matta, M. S. 1992. Pengantar Kimia Organik dan Hayati.

ITB. Bandung.