ARTIKEL ENZIM

TUGAS AKHIR BIOKIMIA

“ENZIM”

Disusun Oleh:

TEORI 1

1.      Oktiyani                                          (22164737A)

2.      Maulidah Rohmayanti                    (22164744A)

3.      Sendhyla Yoma Amaliana S.          (22164745A)

4.      Handaru Yossi Pratiwi                   (22164746A)

5.      Lala Esti Khoirulina                       (22164747A)

 

  

PROGRAM STUDI S1 FARMASI

FAKULTAS FARMASI

UNIVERSITAS SETIA BUDI SURAKARTA

2017

I.            PENDAHULUAN

Enzim merupakan biokatalisator dalm kehidupan kita yang mengatur semua aktifitas fisiologi tubuh, enzim juga memegang peranna penting dalam kesehatan dan penyakit.

1.1       Katalis

Enzim adalah protein yang berfungsi sebagai katalisator untuk reaksi-reaksi kimia didalam sistem biologi. Katalisator mempercepat reaksi kimia. Enzim adalah katalisator protein untuk reaksi-reaksi kimia pasa sistem biologi. sebagian besar reaksi tersebut tidak dikatalis oleh enzim.

Berbeda dengan katalisator nonprotein (H⁺, OH^-, atau ion-ion logam), tiap-tiap enzim mengkatalisis sejumlah kecil reaksi, kerapkali hanya satu. Jadi enzim adalah katalisator yang reaksi-spesifik karena semua reaksi biokimia perlu dikatalis oleh enzim, harus terdapat banyak jenis enzim.

Reaksi-reaksi seperti hidrolisa dan oxidasi berlangsung sangat cepat didalam sel-sel hidup pada pH kira-kira netral dan pada suhu tubuh. Ini dapat terjadi karena adanya enzim. Enzim disintesa di dalam sel, tetapi setelah diextraksi diluar sel masih mempunyai aktivitas.

II.         KESPESIFIKAN ENZIM

1.      Kespesifikan Optik

Dengan kekecualian epimerase (rasemase), yang saling mengubah isomer-isomer optik, enzim umumnya menunjukan kespesifikan optik absolut untuk paling sedikit sebagian dari molekul substrat. Misalnya maltase dapat mengkatalisa hidrolisa α-glukosida, akan tetapi tidak dapat bekerja terhadap β-glukosida.

Kespesifikan optik dapat meluas kesuatu bagian molekul substrat atau ke substrat keseluruhanya. Glikosidase merupakan contoh dari dua hal yang ekstrim ini. Enzim-enzim ini yang mengkatalisis hidrolisis ikatan gliosida antara gula dan alkohol, sangat spesifikuntuk bagian gula dan untuk ikatan (alfa atau beta), tetapi relatif nonspesifik untuk bagian alkohol atau glikogen.

2.      Kespesifikan Gugus

Suatu enzim hanya dapat bekerja terhadap gugus yang khas, misalnya glikosidase terhadap gugus alkohol, pepsin dan tripsinterhadap ikatan peptida, sedangkan esterasa terhadap gugus alkohol, pepsin dan tripsin terhasap ikatan peptida, sedangkan esterase terhadap ikatan ester.

Enzim-enzim tertentu menunjukan kespesifikan gugus yang lebih tinggi. Kamotripsin, terutama menghidrolisa ikatan peptida dimana gugus karboksilnya berasal dari asam-asam amino fenilalanin, tirosin atau triptofan. Karboksipeptidase dan amino peptidase memecahkan asam amino masing-masing dari ujung karboksil atau amino rantai polipeptida.

III.             FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KECEPATAN REAKSI ENZIM

1.      Pengaruh Suhu

Suhu rendah yang memdekati titik beku biasanya tidak merusak enzim. Pada suhu dimana enzim masih aktif, kenaikan suhu sebanyak 10^OC, menyebabkan keaktifan menjadi 2 kali lebih besar (Q₁₀ = 2). Pada suhu optimum reaksi berlangsung paling cepat. Bila suhu dinaikan terus, maka jumlah enzim yang aktif akan berkurang karena mengalami denaturasi. Enzim didalam tubuh manusia memiliki suhu optimum sekitar 37^oC. Enzim organismemikro yang hidup dalam lingkungan dengan suhu tinggi mempunyai suhu optimum yang tinggi.

Sebagian besar enzim menjadi tidak aktif pada pemanasan sampai + 60^oC. Ini disebabkan karena proses denaturasi enzim. Dalam beberapa keadaan, jika pemanaasan dihentikan dan enzim didinginkan kembali aktivitasnya akan pulih. Hubungan antara aktivitas enzim dan suhu dapat dilihat pada Gambar berikut:

2.      Pengaruh pH

Sebagian besar enzim didalam tubuh akan menunjukan aktivitas optimum antara pH 5,0 - 9,0, kecuali beberapa enzim misalnya pepsin(pH optimum = 2). Ini disesbabkan oleh :

1. Pada pH rendah atau tingi, enzim akan mengalami denaturasi.

2. Pada pH rendah atau tinggi, enzim maupun substrat dapat mengalami perubahan muatan listrik dengan akibat perubahan aktivitas enzim.

Misalnya suatu reaksi enzim dapat berjalan bila enzim tadi bermuatan negatif (Enz^-) dan substratnya bermuatan positif (SH⁺) :

Enz^- + SH⁺  àEnzSH

Pada pH rendah Enz^- akan bereaksi dengan H⁺ menjadi enzim yang tidak bermuatan.

Enz^- + H⁺   àEnz-H

3.      Pengaruh Konsentrasi Enzim.

Pada konsentrasi enzim substrat tertentu, penambahan enzim dengan konsentrasi bertingkat akan meningkatkan kecepatan reaksi enzimatik pada pembentukan komplek enzim-substrat. Sehingga jumlah produk yang terbentuk akan meningkat. Dikatakan bahwa kecepatan reaksi enzimatik (V) berbanding lurus dengan konsentrasi enzim (E). Makin besar konsentrasi enzim, reaksi makin cepat.

4.      Pengaruh Konsentrasi Substrat.

Bila konsentrasi substrat (S) bertambah, sedangkan keadaan lainya tetap sama, kecepatan reaksi juga akan meningkat sampai suatu batas maksimum V. Pada titik maksimum ini enzim telah jenuh dengan subtrat. Seperti pada gambar.  Pada titik-titik A dan B belum semua enzim bereaksi dengan subtrat, maka pada A dan B penambahan subtrat S akan menyebabkan jumlah EnzS bertambah dan kecepatan reaksi v akan bertambah, sesuai dengan penambahan S.  Pada titik C semua enzim telah bereaksi denagn subtrat, sehingga penambahan S tidak akan menambah kecepatan reaksi, karena tidak ada lagi enzim bebas.  Pada titik B kecepatan reaksi tepat setengah kecepatan maksimum. Konsentrasi subtrat yang menghasilkan setengah kecepatan maksimum dinamakan harga Km atau konstanta Michaelis.

             

5.      Faktor Lain Yang Mempengaruhi Enzim.

Seperti molekul protein yang lain,enzim dapat dipengaruhi oleh beberapa faktur seperti suhu,pH,oksidasi oleh udara atau senyawa lain,penyinaran ultraviolet,sinar X,α,β,γ. Selain itu reaksi enzimatik dipengaruhi oleh konsentrasi enzim substratnya.

IV.             KLASIFIKASI DAN TATA NAMA ENZIM

Fungsi klasifikasi adalah untuk menekan hubungan dan persamaan dengan cara yang tepat dan singkat. Gambaran utama sistem IUB (Internasional Union of Biochemistry) untuk klasifikasi enzim sebagai berikut :

a.       Reaksi-reaksi (dan enzim-enzim yang mengkatalisisnya) dibagi dalam 6 kelas utama, masing-masing kelas dengan 4-13 sub-kelas. 6 kelas utama itu tersusun dibawah ini dengan beberapa contoh sub-kelas yang penting. Nama yang terdapat dalam kurungan adalah nama biasa yang lebih dikenal.

b.      Nama enzim mempunya 2 bagian. Yang pertama adalah nama substrat  atau substrat-subtrat. Yang kedua, diakhiri dengan “ase”, menunjukan jenis reaksi yang dikatalisis. Akiran “ase” tidak lagi tercantum langsung pada nama substrat.

c.       untuk menjelaskan sifat reaksi, dapat didikuti kata atau kalimat yang diberi tanda kurung. Misalnya, enzim yang mengkatalisis reaksi L-malat+ NAD+ + piruvat + CO2 + NADH + H = dikenal sebagai enzim malat, dinamakan 1.1.137 L-malat: NAD oksidoreduktase (dekarboksilase).

d.      Masing-masing enzim mempunyai nomer kade sistemik (E.C.). Nomer ini menunjukan jenis reaksi sebagai kelas (digit pertama), sub-kelas(digit kedua), dan sub-kelas (digit ketiga). Digit keempat adalah untuk nama enzim tertentu. Jadi, E.C. 2.7.1.1. menyatakan kelas 2 (transferase), subkelas 7 (pemindahan fosfat), sub-kelas 1 (suatu alkohol berfungsi sebagai akseptor fosfat). Digit yang terakhir menyatakan enzim, heksokinase, atau ATP : D-heksosa-6fosfotransferase, suatu enzim yang mengkatalis pemindahan fosfat dari ATP kegugus hidroksil pada karbon 6 glikosa.

Adapun 6 golongan sesuai dengan reksi dikatalisis adalah:

1.      Oksidoreduktase: Kelompok enzim yang mengkatalisis reaksi reduksi.

2.      Transfarase : Kelompok enzim yang mengkatalisis  reaksi pemindahan berbagai gugus seperti amina,karboksil,karbinil,metil,asil dll.

3.      Hidrolase à Enzim-enzim yang mengkatalisis reaksi hidrolisis yaitu pemutusan ikatan kovalen sambil mengikat air. Ada tiga jenis hidrolase, yaitu hidrolase yang memecah ikatan ester, memecah ikatan glikosida dan yang memecah ikatan peptide. Enzim amylase dapat memecah ikatan-ikatan pada amilum hingga terbentuk maltosa. Enzim: α-1,4-glucanohydrolase (systemic) dan α- amilase (trivial).

4.      Liase à Kelompok enzim yang mengkatalisis reaksi pemisahan suatu gugus dari suatu substrat (bukan cara seperti hidrolisa) lewat pemutusan ikatan kovalen tanpa mengikat air. Yang termasuk golongan ini adalah enzim yang bekerja pada ikatan C-C, C-O, C-N, C-S, dan C-halida.

5.      Isomerase à Kelompok enzim yang mengkatalisis reaksi isomerisasi.
6.      Ligase (ligare = mengikat)  à Enzim yang mengkatalisis penggabungan 2 senyawa diikuti oleh pemecahan ikatan pirofosfat pada ATP atau senyawa yang sejenis. Yang termasuk golongan ini adalah enzim-enzim yang mengkatalisis reaksi pembentukan ikatan C-O, C-S, C-N, dan C-C.

V.                KOENZIM

Banyak enzim hanya dapat bekerja (enzim mengkatalis reaksi-reaksi subtratnya) jika terdapat suatu molekul organok nonprotein yang spesifik. Molekul organik itu disebut koenzim. Koenzim atau kofaktor yang terikat sangat kuat bahkan terikat dengan ikatan kovalen dengan enzim disebut gugus prostetik. Hanya bila enzim dan koenzim keduanya terdapat akan terjadi katalisis. Sistem komplit enzim dan koenzim disebut holoenzim, sedangkan bagian protein sistem tersebut dinamakan apoenzim. Jadi:

KOENZIM + APOENZIM    `           HOLOENZIM

Jenis reaksi yang sering memerlukan partisipasi koenzim adalah oksidoreduksi, reaksi-reaksi pemindahan gugus dan somerasi, dan yang menghasilkan pembentukan ikatan kovalen (kelas1, 2, 5, dan 6) sebaliknya, reaksi lisis, termasuk reaksi hidrolisis seperti yang dikatalis oleh enzim-enzim saluran pencernaan, tidak memerlukan koenzim (kelas 3 dan 4)

Seringkali vitamin golongan B-kompleks merupakan bagian struktur koenzim. Misalnya untuk metabolisme asam-asam amino diperlukan vitamin B₆. Untuk oksidasi biologi diperlukan nikotinamida, tianin, riboflavin, asam pantotenat dan asam lipoat. Untuk metabolisme zat dengan satu atom C (C-1 unit) diperlukan asam folat dan vitamin B₁₂.

Fungsi koenzim adalah sebagai karier sementara dari gugus fungsional yang berperan dalam reaksi enzimatis tersebut.

  

VI.             MEKANISME KERJA ENZIM

1.        Prinsip Umum

Pembicaraan tentang mekanisme yang digunakan untuk mempercepat kecepatan reaksi melalui 3 contoh yang akan diberikan : katalis asam dan basa pada umumnya, katalis oleh ion-ion logam, dan katalis oleh enzim yang mengandung piridoksal fosfat.

2.      Katalisis Asam-Basa Umum

Reaksi yang kecepatanya berubah-ubah akibat perubahan konsentrasi ion hidrogen atau konsentrasi ion hidronium dalam larutan, tetapi tidak tergantung pada konsentrasi asam atau basa lainya yang terdapat dalam larutan, dikatakan dapat mengalami katalisis asam spesifik atau katalisis basa spesifik. Reaksi yang kecepatanya tergantung pada semua asam dan basa yang terdapat dalam larutan dikatakan dapat mengalami katalisis asam umum (general acid) atau katalisis basa umum (general base). Mutarotasi glukosa adalah salah satu rekasi yang tunduk pada katalisis asam-basa umum.

3.      Peranan Ion Logam

Ion logam melaksanakan peranan katalisi dan struktural yang penting pada protein. Sebenarnya, lebih dari seperempat dari semua enzim yang dikenal mengandung ion logam yang berikatan erat atau memerlukan ion logam untuk beraktivitasnya. Fungsi ion logam ini diselidiki dengan cara fisika, lebih-lebihdengan kristalografi sinar-X, nuclearmagnetic (ESR). Keterangan ini digabungkan dengan pengetahuan pembentukan dan kerusakan kompleks logam dan reaksi dalam lingkaran koordinasi ion logam untuk memberi pengertian tentang peranan ion logam pada reksi yang dikatalisi oleh enzim.

A.      Metaloenzim dan enzim yang diaktifkan logam

Lazim untuk membedakan antara metaloenzim dan enzim yang diaktifkan oleh logam. Metaloenzim adalah enzim yang mengandung sejumlah tertentu ion-logam yang berfungsi yang dipertahankan selama pemurnian. Enzim yang diaktifkan oleh logam tidak mengikat logam sekuat seperti pada metaloenzim tetapi meskipun demikian memerlukan tambahan logam untuk pengaktifanya. Akan tetapi, perbedaan ini, khususnya tidak membantu, karena dikenal banyak contoh klasifikasi yang letaknya pada batas perbedaan. Banyak enzim mempertahankan ion logam selama prosedur pemurnian normal tetapi kehilangan logamnya bila dimurniakn dengan adanya “chelating agent” (zat-zat pengikat). Aktivitas enzim kemudian hilang. Aktivitas ini diperbaiki hanya setelah penambahan ion logam. Perbedaan antara metaloenzim dan enzim yang diaktifkan logam, bila hars ditarik garis, jadi terletak pada afinitas enzim tertentu untuk ion logamnya. Dari aspek mekanisme dimana ion logamnya melakukan fungsinya, tampak bahwa keduanya sama pada metaloenzim dan enzim yang diaktifkan oleh logam.

B.       Kompleks rangkap tiga enzim-logam-substrat

Untuk banyak “ternary” (3 komponen) kompleks yang dibentuk antara active site enzim (Enz), suatu ion logam (M), dan suatu substrat (S) yang menyesuaikan diri dengan stoikiometri sederhana 1:1:1,4 skema yang mungkin terbentuk adalah :

                                                     

4 skema adalah enzim yang diaktifkan logam, metaloenzim tidak dapat membentuk kompleks jembatan substrat karena mereka mempertahankan logam selama pemurnian (yaitu, berada sebagai Enz-M) Selain data pengikatan logam, teksik yang garis besarnya tergantung pada  daftar 6-2 membantu memastikan skema mana yang beroperasi. Daftar 2 mencatat beberapa enzim untuk mana skema koordinasi telah  ditetapkan.

 Dari ini  dan muncul data lainya, muncul 2 kesimpulan :

1.  Sebagian besar tetapi tidak semua kinase (ATP : fosfotransferase) membentuk

     kompeks jembatan substrat dari jenis enz-nukleotida-M.

2.  Fosfotransferase yang memakai priruvat atau fosfoenolpiruvat sebagai substrat,

     enizm yang mengkatalisis rekasi lain dari fosfoennolpiruvat, dan karboksilase       membentuk kompleks jembatan logam.

C. Kompleks 3 komponen (ternary compleks)

 Daftar 6-3 mencatat 3 enzim sebagai pembentuk kompleks jembatan substrat dan kompleks jembatan enzim. Ini karena mereka membentuk satu jenis kompleks jembatan dengan satu substrat dan jenis lain dengan yang lainya. Suatu teksik yang berguna untuk penyelidikan kompleks logam yang dibentuk oleh 2 substrat enzim adalah untuk membentuk ternary (3 komponen) kompleks “abortif” antara enzim, ion logam, salah satu substrat, dan salah satu produk. Kompleks disebut abortif karena mereka tidak dapat menghasilkan suatu reaksi (produk adalah dimana substrat harusnya berada). Kestabilanya memudahkan penyelidikan. Data pengurangan proton menunjukan bahwa piruvat kinase dan  kreatin kinase membentuk ternary kompleks abortif dari jenis yang diperhatikan dibawah ini.

 

Daftar 1. Teknik percobaan untuk menentukan pola koordinasi yang terdapat antara enzim, ion logam, dan substrat. (NMR, nuclear magnetic resonance; ESR, electron spin resonance.)

2. Pola koordinasi kompleks terner enzim-logam substrat dari beberapa enzim.Enzim-enzim yang bertanda (+) membentuk pola koordinasi  yang berbeda dengan tiap-tiap subtsratnya. Dalam hal ini, substrat yang bersangkutan disusun dalam kurung.

Perhatikan bahwa Mn membentuk suatu kompleks jembatan logam  siklik  dengan satu kinase (privat kinase) dan suatu kompleks jembatan substrat dengan yang lainya (kreatin kinase). Hasilnya, piruvat dan kreatin, membentuk suatu kompleks jembatan enzim dengan hbunganya dengan logam. Juga perhatikan bahwa, bila ADP kompleks abortif diganti oleh ATP, suatu reaksi akan terjadi. Data jenis ini dipakai untuk memberi kesan sifat kompleks yang aktif, dan katalitik.

D. Komplekd-jembatan-enzim (M-Enz-S):

 Secara perbandingan sedikit diketahui tentang peranan logam pada kompleks jembatan-enzim. Mereka diduga melakukan peranan struktural, mungkin mempertahankan konformasi aktif (misalnya, glutamin sintetase). Peranan ion logam Tidak perlu dibatasi pada stabilisasi, karena logam dapat juga membentuk jembatan logam dengan substrat. Ini terjadi dengan piruvat kinase.

  

    Selain peranan strukturalnya, ion logam pada piruvat kinase tampak mengikat satu substrat (ATP) pada tempat dan mengaktifkannya.

E. Kompleks jembatan-substrat (Enz-S-M)

     Pembentukan ternary kompleks jembatan substrat nukleosida trifosfat dengan enzim, logam, dan substrat nampaknya duhubungkan dengan penggantian air oleh ATP lingkaran koordinasi logam.

 Sementara reaksi enzim pertama denagn ATP dan selanjutnya dengan logam dapat lebih cepat, ini tidak dipikirkan dapat terjadi dalam keadaan fisiologis karena konsentrasi enzim intrasel umumnya jauh dibawah konsentrasi ATP atau ion logam. Fungsi ion logam pada reaksi fosfotransferase pembentukan suatu kompleks lifosfat-adenin yang kaku dari konformasi yang sesuai dalam kompleks kwaterner yang aktif.

F. Kompleks jembatan-logam :

 

Kristalografi sinar-X dan data rangkaian peptida telah menetapkan bahwa residu histidil adalah yang mengatur pengikatan logam pada active site banyak protein (misalnya, karboksipeptidase A, sitokrom c, rubredoksin, metmioglobin, dan methemoglobin). Akan tetapi, sedikit diketahui mengenai mekanisme pembentukan kompleks binary (2 komponen) Enz-M, kecuali bahwa langkah pembatasan kecepatan (=rate limiting step0 pada banyak kasus adalah penyingkiran air dari lingkungan koordinasi ion logam. Untuk banyak peptidase pengaktifan oleh ion logam adalah proses yang lambata yang memerlukan beberapa jam untuk penyelesaianya. Karena Mn dapat bergerak dari satu residu asam amino ke residu asam amino lainya dalam mikrodetik, kecepatan pengikatan logam diperkirakan sangat cepat. Reaksi yang lambat mungkin adalah rangkaian penyusunan binary Enz-M ke konformasi yang aktif, yaitu: Pengikatan logam.

1. Peranan ion logam pada katalisis

Ion logam dapat berpartisipasi dalam salah satu dari 4 mekanisme yang dipakai enzim untuk mempercepat kecepatan reaksi kimia :

1. katalisis asam-asam umum,

2. katalisis kovalen,

3. Mendekatkan pereaksi, dan

4. Mengadakan tekanan pada enzim atau substrat.

Ion logam, seperti proton, adalah asam Lewis atau elektrotil dan oleh karena itu dapat menerima bagian alam pasangan elektron yang membentuk ikatan sigma. Ion logam juga dapat dianggap “super acids” karena mereka terdapat pada larutan yang netral, sering mempunyai muatan posotif yang lebih besar dari pada satu, dan dapat membentuk ikatan pi. Selain (dan tidak sperti proton) itu, logam dapat berperan sebagai cetakan 3-dimensi untuk orientasi dan ikatan gugus basa yang terdapat pada enzim atau substrat.

Ion logam juga dapat menerima elektron melalui ikatan sigma atau pi untuk mengaktifkan elektrofil atau nukleofil (katalis asam-basa umum). Denagan memberikan elektron, logam dapat mengaktifkan nukleofil atau berperan sebagai nukleofil itu sendiri. Lingkaran koordinasi logam dapat mempersatukan enzim dan substrat (pendekatan) atau membentuk distorasi yang menghasilakan chelate pada enzim atau substrat (tekanan0. suatu ion logam uga dapat “menyelubungi’ nukleofil dan karena itu mencegah reaksi sampingan yang sebaliknya mungkin timbul. Akhirnya, pengaturan stereokimia dicapai oleh kemampuan lingkaran koordinasi logam untuk beerperan sebagai cetakan 3-dimensi untuk mengikat gugus-gugus reaktif pada orientsi sterik yang sfesisik.

Daftar. Contoh-contoh peranan ion logam pada mekanisme kerja enzim.

ENZIM	Peranan kerja enzim
Histidin deaminase Kinase, liase, piruvat dekarboksilase Anhidrase karbonat Enzim kobamida Piruvat karboksilase, Karboksi peptidase, alkohol dehidrogenase Protein besi nonhem Piruvat kinase, piruvat karboksilase Fosfotransferase, D-xilosa isomerase, hemoprotein.	Menutupi nukleofil Mengaktifkan elektrofil Mengaktifkan nukleofil Logam berperan sebagai nukleofil Menarik elektron π Donor elektron π Ion logam berkumpul dan mencari ikatan Pengaruh tekanan