Struktur, fungsi, Klasifikasi dan Sistem kerja enzimBiokimia GiziKarelius, S.Si, M.Sc

EnzimEnzim merupakan unit fungsional pada metabolisme sel. Enzim bekerja tahap-demi tahap secara berurutan, mengkatalis reaksi-antara pada metabolisme di dalam sel, dimana pada proses tersebut molekul nutrisi didegradasi, energi kimia yang dihasilkan ditangkap dan ditransformasi, dan makromolekul penyusun sel disintesa dari prekursornya yang lebih sederhana.Di antara enzim-enzim tersebut, terdapat satu golongan enzim yang disebut enzim regulator atau enzim pengendali, yang peka terhadap berbagai isyarat metabolik dan merubah kecepatan katalitiknya sesuai dengan isyarat yang ada. Sistem enzim bekerja secara terkoordinasi untuk menghasilkan keadaan harmonis antara berbagai aktivitas metabolisme yang sangat penting untuk memelihara kelangsungan hidup sel.

Sejarah enzimSejak masa silam manusia sudah pandai membuat minuman beralkohol, pengolahan makanan dan untuk keperluan sehari-hari lainnya yang memerlukan suatu bahan tambahan untuk mempercepat prosesnya. Namun demikian, baru tahun 1800-an penelitian ke arah enzim dilakukan, diantaranya pencernaan makanan oleh cairan lambung, pemecahan karbohidrat berbagai ekstrak tumbuhan oleh saliva. Pada tahun 1850-an Lois Pasteur mempostulatkan bahwa fermentasi (gula menjadi alkohol) kemudian disebut enzymes (artinya di dalam ragi).Pada tahun yang sama Edward Buchner mengekstrak suatu bahan aktif yang larut dalam air dari sel ragi yang merupakan kumpulan enzim yang mengkatalis proses fermentasi. Penemuan ini membuktikan bahwa enzim penting tersebut masih dapat berfungsi setelah dikeluarkan dari sel hidup.Pada awal abad 20, Emil Fischer, melakukan penelitian sistematik utama mengenai sifat kekhususan enzim (terhadap substrat)Pada tahun 1926, enzim pertama kali berhasil diisolasi dalam bentuk kristal murni. Enzim tersebut adalah urase, yang diperoleh dari ekstrak sejenis kacang oleh James Sumner, dilah yang mempostulatkan bahwa semua enzim adalah proten.Pada tahun 1930, John Northrop bersama timnya berhasil mengkristalkan pepsin dan tripsin, dan juga mendapatkan bahwa kedua enzim tersebut adalah protein.Sejak itu penelitian mengenai enzim semakin intensif, saat ini lebih dari 2000 enzim telah diidentifikasi, masing-masing mengkaltalis reaksi yang berbeda.

Enzim memiliki struktur proteinSejauh ini semua enzim murni merupakan protein, sedangkan aktivitas katalitik enzim tergantung pada konformasi strukturnya sebagai protein. Jika struktur lipatan (tersier) protein dirusak, baik dengan pemanasan, diberi pH mencolok, atau dengan bahan yang dapat menyebabkan denaturasi protein lainnya, sifat katalis enzim juga akan hilang. Dengan demikian, struktur primer, sekunder, tersier dan bahan kuartener protein paada enzim, sangat penting dalam aktivitas katalitiknya.

Komposisi EnzimKomposisi enzim, beberapa diantaranya hanya mengandung rantai polipeptida, tanpa gugus lain selain residu asam amino, contohnya enzim pankreas ribonuklease. Namun demikian beberapa enzim memerlukan komponen kimia lain dalam melakukan aktivitasnya. Komponen lain tersebut disebut kofaktor, dapat berupa zat-zat anorganik seperti ion-ion logam, atau dapat berupa suatu molekul organik kompleks yang disebut koenzim, beberapa enzim memerlukan keduanya sekaligus. Dalam beberapa enzim, koenzim dan ion logam ada yang terikat secara lemah dengan molekul enzimnya, tetapi ada pula yang terikat kuat dan permanen bersama molekul enzim, dalam hal ini sebut gugus protetik. Susunan lengkap enzim dengan koenzim atau ion logam, yang aktif secara katalitik disebut haloenzim. Bagian koenzim atau kofaktor relatif stabil terhadap pemanasan, sedangkan bagian protein yang disebut apoenzim, dapat mengalami denaturasi oleh pemanasan.

Kofaktor anorganik dengan enzimnya

KofaktorEnzimFe2+ dan Fe3+Sitokrom oksidaseKatalasePeroksidaseCu2+Sitokrom oksidaseZn2+DNA PolimeraseKarbonik anhidraseAlkohol dehidrogenaseMg2+HeksokinaseGlukosa-6-fosfatasePiruvat kinaseMn2+ArginaseK+Piruvat kinaseNi2+uraseMoNitrat reduktaseSeGlutation peroksidase

Koenzim dengan gugus fungsi yang ditanganinya

KoenzimGugus yang ditransferTiamin pirofosfataldehidFlamin adenin dinukleotida (FAD)Atom hidrogenNikotinamid adenin dinukleotida (NAD)Ion hidrida (H+)Koenzim AGugus asliPirodoksal fosfatGugus amino5-deoksiadenosikobalami (B12)Atom H dan gugus alkilBiotinCO2tetrahidrofolatGugus dengan satu atom C

Klasifikasi EnzimBerbagai enzim dapat dikenali, karena nama-nya memiliki alkhiran ase dari nam, misalnya substratnya misalnya urase adalah enzim yang mengkaltalisis hidrolisis urea dan arginase mengkatalis penguraian arginin. Tetapi beberapa enzim memiliki nama yang tidak menggambarkan nama substratnya, seperti pepsin dan tripsin. Adakalanya sebuah enzim memiliki dua macam nama, atau dua enzim memilki nama yang sama. Karena ketidaktentuan itu, dan karena jumlah enzim yang ditemukan semakin banyak, maka diperlukan sistem tata nama enzim secara sistematis, sekaligus klasifikasinya.Sistem tata nama dan klasifikasi enzim secara internasional telah disepakati, dimana enzim digolongkan ke dalam 6 kelas, setiap kelas dibagi ke dalam sub-kelas berdasarkan reaksi yang dikatalisisnya.

Klasifikasi enzim beserta reaksi yang dikatalisnya

GolonganKelasJenis reaksi yang dikatalis1oksidoreduktaseTransfer elektron2transferaseTransfer gugus fungsi3hidrolaseHidrolisis menghasilkan air4liaseReaksi adisi dan eliminasi5isomeraseTransfer gugus dalam molekul membentuk isomer6ligasePembentukan ikatan C-C, C-S, C=O, dan C-N dengan reaksi kondensasi yang dikopling dengan pemutusan ATP

Penjelasan Klasifikasi enzimSetiap enzim mempunyai nama dengan kode klasifikasi sebanyak 4 digit, yang menggambarkan reaksi yang dikatalisisnya. Sebagai contoh ATP : glukosa fosfotransferase menunjukkan reaksi transfer gugus fosfat dari ATP kepada glukosa. Merupakan kelas kedua dalam klasifikasi enzim pada tabel klasifikasi, sedangkan nomor klasifikasinya adalah 2.7.1.1, angka-angka tersebut merupakan kode sebagai berikut :Digit ke 1: kelas (transferase)Digit ke 2: sub kelas (fosfotransferase)Digit ke 3: sub-sub kelas (fosfotransferase dengan gugus hidroksil sebagai penerima)Digit ke 4: D-glukosa sebagai senyawa penerima gugus fosfat yang ditransfer.Pada umumnya nama sistematik suatu enzim relatif panjang, sehingga dikenal juga nama trivial dari enzim tersebut. Untuk ATP : glukosa fosfotransferase di atas, nama trivialnya heksokinase hekso untuk glukosa (6 atom C) dan kinase untuk reaksi yang menggunakan ATP sebagai sumber gugus fosfat.

Sistem kerja enzimProses katalisis diperlukan interaksi antara katalis dengan substrat demikian pula proses yang terjadi dengan enzim. Ada 2 model hipotesis yang diajukan mengenai bagaimana enzim berikatan dengan substrat saat melakukan katalisis, yaitu model lock-and-key dan model induced-fitModel lock-and-key menggambarkan bahwa enzim dan substrat, seperti kunci gembok dan anaknya, hanya anak kunci yang cocok yang bisa masuk ke dalam gembok, demikian pula halnya hanya substrat yang sesuai yang dapat dikatalisis oleh enzim tertentu dalam reaksinya. Model ini mengisyaratkan bahwa struktur enzim berlaku kaku sehingga hanya substrat dengan struktur tertentu yang dapat asuk ke dalam enzim sesuai dengan struktur enzim tersebut.Model kedua, dikenal dengan induced-fit, menggambarkan bahwa enzim akan mengalami sedikit perubahan struktur konformasi jika berikatan dengan substrat. Model ini beranggapan bahwa struktur enzim tidak kaku, tetapi memiliki bagian berupa ruang yang mudah mengalami konformasi jika substrat masuk ke dalamnya.

Model interaksi lock-and-key

Pada umumnya enzim memiliki kekhasan terhadap substrat yang mendekati absolut, artinya enzim tersebut hanya mengkatalis satu macam substrat saja.Contohnya enzim aspartase yang mengkatalis reaksi reversibel adisi amonia terhadap ikatan rangkap asam fumarat membentuk asam L-aspartat. Aspartase tidak mengkatalis adisi amonia terhadap ikatan rangkap asam lain. Aspartase juga memiliki spesifik geometri dan optik substrat, demikian spesifiknya sehingga hanya mengkatalisis isomer L-aspartat tetapi tidak D-aspartat, juga asam maleat isomer cis- dari fumarat.Sebagaimana umumnya yang terjadi, pada senyawa karbon, reaksi tidak melibatkan keseluruhan molekul, tetapi berlangsung pada bagian tertentu dari molekul tersebut yang disebut gugus fungsi. Hal ini berhubungan dengan keberadaan enzim sebagai protein sehingga rantai samping polipeptida protein atau asam amino sangat menentukan enzim yang berperan dalam interaksi yang terjadi.

Faktor yang mempengaruhi kerja enzimpHSebagai protein, struktur enzim dipengaruhi oleh pH lingkungannya. Gugus aktif dapat bermuatan positif, negatif atau ganda pada pH tertentu. Enzim bekerja maksimal pada pH tertentu disebut pH optimum.SuhuKarena enzim merupakan protein, maka pada temperatur tertentu enzim akan memberikan aktivitas maksimum, yaitu disebut temperatur optimum, sedangkan di atas temperatut tersebut enzim akan mengalami penurunan aktivitas akibat terjadinya denaturasi pada enzim.InhibitorAdalah suatu senyawa yang dapat menghambat kerja dari enzim. Senyawa ini berperan penting dalam mempelajari sifat obat atau racun berkaitan dengan fungsinya dengan melihat hambatannya terhadap enzim tertentu yang terlibat dalam gangguan fungsi sel.

pH optimum beberapa enzim

EnzimpH OptimumPepsin1,5Tripsin7,7Katalase7,6Arginase9,7Fumarase7,8Ribonuklease7,8Amilase5,6 7,2Lipase7,0Sukrase6,2

Profil aktivitas enzim terhadap kenaikan temperatur