BIOKIMIA ENZIM

BIOKIMIA ENZIM Enzim berasal dari kata EN-ZYME yang berarti dalam ragi. Dihubungkan dengan aktivitas enzim dalam ragi, misalnya pada pembuatan tape ketan atau ketela dengan menggunakan ragi roti. Enzim merupakan suatu biokatalis, artinya suatu katalisator yang disintesis oleh organisme hidup. Secara structural enzim adalah protein, sehingga sifat-sifat protein dimiliki oleh enzim, seperti termolabil, rusak oleh logam berat (Ag,Pb,Hg), terganggu oleh perubahan pH. Aktivitas enzim umumnya bersifat spesifik. Nomenklatur yang mula-mula digunakan sangat sederhana, yaitu dengan mencantumkan akhiran ase pada nama substrat di mana enzim itu bekerja. Misalnya proteinase : yaitu enzim yang bekerja pada protein, lipase : enzim yang bekerja pada lipid, dsb. Ada pula yang mencantumkan akhiran ase pada jenis reaksinya, missal oksidase yaitu enzim yang bereaksi secara oksidasi, reduktase yaitu enzim yang bereaksi secara reduksi. Namun kesemuanya masih memberikan kesimpangsiuran atau kurangtepatnya nomenklatur enzim; sehingga IUB (International Union of Biochemistry) menganut satu aturan kode dengan cara membagi enzim kedalam enam kelas, yaitu : 1. Oksidoreduktase : Enzim yang mengkatalisis reaksi oksidasi-reduksi antara dua substrat Ex : katalase (1.11.1.6 Enzim yang bekerja pada H2O2 : disebut H2O2 Oksidoreduktase) 1.1 bekerja pd gugus C-OH 1.4 bekerja pd gugus CH-NH2 1.9 bekerja pd gugus Hem 1.11 bekerja pd gugus H2O2 2. Transferase : Mengkatalisis pemindahan gugus (selain H) antara sepasang substrat. Ex : heksokinase (2.7.1.1 Pemindah gugus yang mengandung fosfat, misal ATP : D-heksosa-6 fosfo tranferase) 2.3 pemindah gugus asil trnsfr\ 2.7 pemindah gugus fosfat 3. Hidrolase : Mengkatalisis hidrolisis ikatan ester, eter, peptida, glikosil, anhidrida asam, c-c, c-halida, P-N. Ex : pseudokolin esterase (3.1.1.8 asilkolin asilhidrolase) 4. Liase : Mengkatalisis pemindahan gugus dari substrat, meninggalkan ikatan rangkap. Ex : fumarase (4.2.1.2 L-malat-hidro-liase) L-malat = fumarat + H2O 5. Isomerase : Ex : triosafosfat isomerase 5.3.1.1 D-gliseraldehida-3 fosfat keto isomerase 6. Ligase : Mengkatalisis penggabungan 2 senyawa diikuti oleh pemecahan ikatan piropospat dalam ATP atau senyawa yang sejenis. Ex : glutamin sintase 6.3.1.2 L-glutamat : amonia ligase (ADP) ATP – L-glutamat + NH43+ = ADP + ortofosfat — L glutamin Keterangan : • Digit I menunjukkan kelas; Digit II menunjukkan sub kelas; Digit III menunjukkan sub sub kelas; Digit terakhir menunjukkan nama Enzim. KOFAKTOR Sejumlah besar enzim membutuhkan suatu komponen lain untuk dapat berfungsi sebagai katalis. Komponen ini secara umum disebut kofaktor. Kofaktor dapat dibagi lagi dalam tiga kelompok, yaitu : a. gugus prostetik b. koenzim c. activator (ion-ion logam yang dapat atau mudah terlepas dari enzim) a. GUGUS PROSTETIK Adalah kelompok kofaktor yang terikat pada enzim, dan tidak mudah lepas dari enzimnya, Contoh : Flavin Adenin Dinukleotida (FAD) adalah gugus prostetik dari enzim suksinat dehidrogenase b.KOENZIM 1. Merupakan senyawa organik dengan berat molekul kecil; non protein 2. Stabil terhadap panas 3. Banyak diperlukan untuk aktivitas Enzim kecuali Enzim pencernaan (reaksi hidrolitik) 4. Terikat pada Enzim ada yang secara kovalen (prostetik) kebanyakan non kovalen 5. Dianggap sebagai substrat ke-2 : Contoh : NAD,NADP,ATP,tiamin pirofosfat - Pada reaksi Oksidasi – reduksi Laktat + NAD+ —– piruvat + NADH+ + H+ (ko-substrat) - berfungsi sebagai reagen pemindah gugus Ex : D-G + A = A-G + D Gugus fungsional G dipindah dari molekul D-G, ke molekul penerima A; melibatkan koEnzim; D-G Co-E A-G D Co-E-G A Ex : transaminasi Klasifikasi koenzim 1. Pemindah gugus H NAD+ , NADP+, FMN, FAD As. Lipoat, co-Enzim Q —- kebanyakan derivat vit. B dan adenosin monopospat. 2. Pemindah gugus selain H  Gula phosphat  CoA.SH  KoEnzim folat  KoEnzim kobomida (vit. B12)  As. Lipoat  Thiamin piropospat  Piridoksal pospat  Biotin c. AKTIVATOR Adalah ion-ion logam yang dapat terikat atau mudah terlepas dari enzim. Contoh K+, Mg++,Mn++, Cu++ atau Zn++ ISOZIM  Enzim dengan sifat-sifat kimia dan fisika yang berbeda tetapi mempunyai aktivitas katalitik yang sama  Contoh Isozim : laktat dehidrogenase (mengubah asam keto piruvat menjadi asam laktat) • Proporsinya berubah secara bermakna dalam keadaan patologik • Berbeda pada struktur kuartener • Molekul oligomer terdiri dari 4 protomer dari 2 jenis, H dan M • Molekul tetrametrik memiliki aktivitas katalitik • Kemungkinan bentuk/urutan isomer : HHHH ——- I1 HHHM ——- I2 HHMM ——- I3 HMMM —— I4 MMMM —— I5 ENZIM DALAM DIAGNOSIS KLINIK * Enzim plasma fungsional : Ex : lipoprotein lipase, pseudokolin esterase pro Enzim pembekuan dan pemecahan darah Umumnya disintesis dalam hati; konsentrasi darah, sama atau sudah lebih tinggi dari jaringan * Enzim plasma non fungsional : – tidak melakukan fungsi fisioliogik yang dikenal - substratnya sering tidak terdapat dalam plasma - kadarnya jauh lebih rendah dari jaringan sehingga dapat membantu diagnostik dan prognostik klinik yang berharga - berasal dari destruksi eritrosit, leukosit dan sel-sel lain Penentuan aktivitas Enzim untuk bukti diagnostik : 1. Lipase : kadar rendah — penyakit hati, def. Vit. A, DM kadar tinggi — karsinoma pankreas dan pankreatitis akut 2. Amilase : rendah – penyakit kati tinggi – obstruksi usus tinggi, parotitis, diabetes, pankreatitis akut 3. Tripsin : tinggi – penyakit pankreatitis akut (lebih sensitif) 4. Kolin esterase : rendah — penyakit hati, malnutrisi, infeksi akut, anemia tinggi — sindroma nefritik 5. Alkalin fosfatase : tinggi – rakhitis, hiper paratiroidism, sarkoma osteoblastik, ikterus obstruksi, karsinoma metastatik 6. Fosfatase asam : tinggi – karsinoma metastatik prostat 7. Trans aminase : GOT : Glutamic oxaloacetate trans aminase GPT : Glutamic piruvic trans aminase Perkiraan GOT — infark miokard GPT & GOT tinggi — penyakit hati akut 8. Laktat dehidrogenase (LDH) : tinggi —- infark miokard (dalam 24 jam) rendah —- leukimia 9. Isosim LDH : Pengukuran polo isosim 10. Isositrat dehidrogenase (ICD) : Untuk diagnosis penyakit hati 11. Kreatin fosfokinase : Untuk diagnosis gangguan otot rangka dan jantung 12. Seruloplasmin : tinggi —- sirosis, hepatitis, kehamilan rendah —- penyakit wilson Reaksi Enzimatis Reaksi enzimatis dapat digambarkan sebagai berikut Reaksi : E + S = ES E + P E = enzim S = substrat ES = kompleks enzim-substrat P = produk Mekanisme reaksi enzim-enzim ini dapat digambarkan dengan menggunakan : 1. Model Fischer (model kaku) 2. Model Koschland (model konformasi,model fleksibel) Model Fischer Model Koschland Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi enzimatis 1. Suhu - kecepatan reaksi naik jika suhu naik; energi kinetik naik - Q10 = koefisien temperatur Ex : Q10 = 2 artinya kecepatan reaksi naik 2x dengan peningkatan suhu 10oC dan kecepatan menjadi 1/2 dengan penurunan 10oC (pada kontraksi otot jantung) 2. pH - umumnya aktivitas Enzim optimum pada pH : 5.0 – 9.0 Reaksi Enz- + SH+ —– EnzSH —– P + Enz Pada pH rendah, Enz kehilangan muatan - Enz- + H+ —– EnzH Pada pH tinggi, SH mengionisasi SH+ ——- S + H+ 3. Substrat E S ——– P Ditinjau kerja enzim pada substrat tunggal. Kadar substrat dinaikkan, kecepatan reaksi enzim meningkat bila kadar substrat terus dinaikkan, pada kadar substrat tertentu dicapai kecepatan reaksi enzim yang maksimal (Vmaks). Setelah Vmaks dicapai, penambahan substrat tidak lagi meningkatkan kecepatan reaksi enzim. Km : konstante michaelis - Adalah konsentrasi substrat yang mempunyai kecepatan reaksi 1/2 dari V maks - rumus persamaan Michaelis. Menten Vmaks (S) V1 = ————— Km + (S) A. Jika [S] sangat kecil dibanding Km (titik A). penambahan (S) ke Km pada bagian penyebut sangat sedikit berubah, karena Vmaks dan Km konstan, dapat ditulis dengan K Vmaks (S) Vmaks(S) V1 = ————— = ————— = K(S) Km+(S) Km Sehingga jika (S) sangat kecil untuk menghasilkan Km, kecepatan V1 tergantung pada (S) B. Jika [S] jauh lebih besar dari Km. Penambahan Km ke (S) pada penyebut, sangat sedikit berubah. Km dapat dihilangkan. Vmaks (S) Vmaks(S) V1 = ————– = ————— = Vmaks Km+(S) (S) Jadi kecepatan = Vmaks = maksimal C. Jika (S) = Km Vmaks(S) Vmaks(S) Vmaks(S) Vmaks V1 = ———— = ————- = ———— = ———— Km+(S) (S) + (S) 2(S) 2 Jadi V1 = ½ Vmaks Penentuan Km dan Vmaks menggunakan bentuk linier dengan persamaan Michaelis-Menten Vmaks (S) V1 = ————- Km + (S) Dibalik 1 Km + (S) —– = ————— V1 Vmaks (S) 1 Km 1 (S) —- = ——— . ——- + ————- Vi Vmaks (S) Vmaks (S) 1 Km 1 1 —- = ——— . ——- + ———- Vi Vmaks (S) Vmaks Persamaan garis lurus 1 Km 1 Y = —— ; a = ———- ; b = ——— Vi Vmaks Vmaks Km dapat ditentukan dengan : 1. plot line weaver – Burk (grafik ) 2. cara Eadie dan Hofster Vi 1 Vmaks —- = – Vi . —— + ——— (S) Km Km Vi Vmaks Y = ——- , titik potong pada Y = ——– (S) Km X = Vi , titik potong pada X = Vmaks Kemiringan = – 1/Km 4. Inhibitor Berdasarkan daya kerjanya, maka dibedakan 2 macam inhibitor a. inhibitor kompetitif b. inhibitor non kompetitif a. inhibitor kompetitif atau analog substrat - mempunyai bentuk molekul yang mirip substrat - misal : malonat(I) dgn suksinat (S) thd suksinat dehidrogenase suksinat dpt dihidrolisis menjadi fumarat, malonat tdk dapat. - terjadi pada daerah katalitik; struktur mirip dengan substrat - sifat : reversibel - kerja inhibitor EnzI (inactive) —— Enz + PEnz Enz EnzS (active) —— Enz + P  inhibitor non kompetitif reversibel - tidak ada persaingan antara S dan I - menurunkan Vmaks, tetapi tidak mempengaruhi Km - terbentuk komplek EnzS dan EnzIS - sifat : irreversibel EnzI Enz EnzIS —– Enz + P EnS Enz + P Inhibitor irreversibel - Racun Enzim seperti : yodoasetamid Ion logam berat (Ag+, Hg+) Oxidant dsb Dapat mengurangi aktivitas Enzim – tidak terdapat persamaan struktur dengan S, sehingga peningkatan (S) , umumnya tidak menghilangkan penghambatan ini Pro enzymes atau zymogen  enzym yang belum aktif (prekursor Enzim)  ex : pro kimo tripsin (245-aminoase residu poli peptida)  pengaktifan pro kimo tripsin menjadi -kimo tripsin melibatkan 3 tempat proteolitik dan pembentukan senyawa antara aktif yaitu -kimo tripsin Peran ion logam Ion logan berperan penting pada struktur dan katalisis protein. Lebih dari 25 % seluruh Enzim mengikat kuat atau membutuhkan ion logam untuk aktifitasnya. a. MetalloEnzim dan “Enzim diaktifkan logam” MetalloEnzim adalah Enzim yang mgd sejumlah ion logam ttt, yang dipertahankan selama proses pemurnian. “Enzim diaktifkan logam” yi, ENZIM yang tidak mengikat logam dg kuat. b.Kompleks ternary Enzim-logam-substrat Terdapat 4 bentuk mineral dalam struktur molekul enzim-substrat: Enz-S-M M-Enz- S Jembatan substrat kompleks jembatan-Enzim M Enz-M-S S Enz Kompleks jembatan kompleks jembatan logam sederhana logam siklik Keempat bentuk mungkin untuk Enzim diaktifkan logam. Metalo Enzim tidak mampu membentuk En-S-M Kompleks jembatan-Enzim (M-Enz-S) :  logam turut berperan mempertahankan konformasi aktif atau membentuk jembatan logam dengan substrat PENGATURAN AKTIVITAS ENZIM Pengaturan aktivitas enzim dilakukan melalui beberapa cara 1. Pembentukan proenzim 2. Pengaturan allosterik 3. Inhibisi umpan balik 4. Modifikasi kovalen TURN OVER ENZIM (pergantian enzim) Merupakan pergantian yang lama dengan yang baru, jadi berhubungan dengan sintesis dan degradasi enzim. .Jadi enzim dalam keadaan yang dinamis, berarti yang lama akan selalu diganti yang baru.  degradasi Enzim melibatkan proses proteolitik yang dikatalisis oleh Enzim lain  kemampuan Enzim untuk degradasi proteolitik tergantung pada konformasi. Konformasi dipengaruhi oleh : substrat, koEnzim dan ion logam Sintesis Enzim ditekan oleh :  Produk akhir : molekul kecil seperti purin or asam amino Misal : adanya histidin dalam medium Salmonella typhimurium menekan sintesis semua Enzim yang mengikat biosintesis histidin. Sebaliknya bila histidin dihilangkan sintesis Enzim normal  Katabolit : senyawa antara dalam rangkaian reaksi yang diikat Enzim katabolik perubahan pro Enzim menjadi Enzim : oleh Enzim proteolitik atau ion H+ Mengapa Enzim tertentu di sekresi dalam bentuk tidak aktif ? • diperlukan tidak setiap waktu (intermitent) ex : Enzim untuk pembentukan dan pemecahan bekuan darah pada proses pencernaan : waktu-waktu tertentu dan teratur dapat diprediksi • melindungi jaringan asal (tempat penyimpanannya) dari autodigesti