mutiara indah sari : enzim usu repositorylibrary.usu.ac.id/download/fk/d0400135.pdfmutiara indah...

Mutiara Indah Sari : Enzim

USU Repository©2006

Mutiara Indah Sari : Enzim USU Repository©2006

DAFTAR ISI

I. PENDAHULUAN…………………………………………………………………1

I. 1. Katalis…………………………………………………………………………...1

II. Kespesifikan Enzim ………………………………………………………………3

III Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Kecepatan Reaksi Enzim …………………..4

IV. Klasifikasi dan Tata Nama Enzim……………………………………………….9

V. Koenzim.................................................................................................................15

VI. Mekanisme Kerja Enzim . ....................................................................................16

VII. Rangkuman..........................................................................................................26

KEPUSTAKAAN ................................................................................................... ..27


ENZIM

I. Pendahuluan.

Tanpa adanya enzim, kehidupan yang kita kenal tidak mungkin ada. Sebagai biokatalisator

yang mengatur semua kecepatan semua proses fisiologis, enzim memegang peranan utama

dalam kesehatan dan penyakit. .Meskipun dalam keadaan sehat semua proses fisiologis akan

berlangsung dengan cara yang tersusun serta teratur sementara homeostasis akan

dipertahankan, namun keadaan homeostasis dapat mengalami gangguan yang berat dalam

keadaan patologis.

1.1. KATALIS

Enzim adalah protein yang berfungsi sebagai katalisator untuk reaksi-reaksi kimia

didalam sistem biologi. Katalisator mempercepat reaksi kimia. Walaupun katalisator ikut

serta dalam reaksi, ia kembali ke keadaan semula bila reeaksi telah selesai. 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. Sebenarnya untuk hampir setiap senyawa organik, terdapat satu enzim

pada beberapa organisme hidup yang mampu bereaksi dengan dan mengkatalisis beberapa

perubahan kimia.

1


Walaupun aktivitas katalik enzim dahulu diduga hanya diperlihatkan oleh sel-sel yang

utuh (karena itu istilah en-zyme, yaitu, "dalam ragi"), sebagian besar enzim dapat diekstraksi

dari sel tanpa kehilangan aktivitas biologik (katalik)nya. Oleh karena itu, enzim dapat

diselidiki diluar sel hidup. Ekstrak yang mengandung enzim dipakai pada penyelidikan

reaksi-reaksi metabolik dan pengaturanya, struktur dan mekanisme kerja enzim dan malahan

sebagai katalisator dalam industri pada sintetis senyawa-senyawa yang biologis aktif seperti

hormon dan obat-obatan. Karena kadar enzim serum manusia pada keadaan patologik

tertentu dapat mengalami perubahan yang nyata, pemeriksaan kadar enzim serum merupakan

suatu alay diagnostik yang penting bagi dokter.

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.

Enzim bekerja sangat sfesifik. Suatu enzim hanya dapat mengatalisa beberapa reaksi,

malahan senngkali hanya satu reaksi saja. Ini merupakan salah satu sifat penting enzim.

Ada segolongan enzim yang dapat mengatalisa jenis reaksi yang sama, misalnya

memindahkan fosfat, oxidasi-reduksi, dan sebagainya. Oleh karena itu ada suatu kespesifikan

(specificity).

2


II. KESPESIFIKAN ENZIM

Kespesifikan enzim dapat dibedakan dalam :

1. Kespesifikan Optik

Dengan kekecualian epimerase (rasemase), yang saling mengubah isomerisomer

optik, enzim umumnya menunjukan kespesifikan optik absolut untuk paling sedikit sebagian

dari molekul substrat. Misalnya maltase dapat mengkatalisa hidrolisa β-glukosida, akan tetapi

tidak dapat bekerja terhadap D-glukosida. Enzim yang bekerja terhadap D-karbohidrat tidak

dapat mengkatalisa L-karbohidrat, begitu pula dengan enzim-enzim yang mengkatalisa asam

L-amino tidak dapat mengkatalisa asam D-amino.

Kespesifikan optik dapat meluaskesuatu 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 tripsin terhadap ikatan peptida, sedangkan esterasa

terhadap gugus alkohol, pepsin dan tripsin terhasap ikatan peptida, sedangkan esterase

terhadap ikatan ester. Akan tetapi, dalam pembatasan ini

3


sejumlah besar substrat dapat diolah, jadi, misalnya, pengurangan jumlah enzim pencernaan

yang mungkin sebaliknya dibutuhkan.

Enzim-enzim tertentu menunjukan kespesifikan gugus yang lebih tinggi.

Kamotripsin, terutama menghidrolisa ikatan peptida dimana gugus karboksilnya berasal dari

asam-asam amino fenilalanm, 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

Perubahan suhu dan pH mempunyai pengaruh besar terhadap kerja enzim. Kecepatan

reaksi enzim juga dipengaruhi oleh konsentrasi enzim dan konsentrasi substrat. Pengruh

aktivator, inhibitor, koenzim clan konsentrasi elektrolit dalam beberapa keadaan juga

merupakan faktor-faktor yang penting. Hasil rekasi enzim juga dapat menghambat kecepatan

reaksi.

1. PENGARUH SUHU.

Suhu rendah yang mendekati titik beku biasanya tidak merusak enzim. Pada suhu

dimana enzim masih aktif, kenaikan suhu sebanyak 10°C, 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

4

sekitar 37°C. Enzim organismemikro yang hidup dalam lingkungan dengan suhu tinggi

mempunyai suhu optimum yang tinggi.

Sebagian besar enzim menjadi tidak aktif pada pemanasan sampai ± 60°C. Ini

disebabkan karena proses denaturasi enzim. Dalam beberapa keadaan, jika pemanaasan

dihentikan dan enzim didinginkan kembali aktivitasnya akan pulih. Hal ini disebabkan oleh

karena proses denaturasi masih reversible. pH dan zat-zat pelindung dapat mempengaruhi

denaturasi pada pemanasan ini.

Hubungan antara aktivitas enzim dan suhu dapat dilihat pada Gambar berikut.

5 Mutiara Indah Sari : Enzim

USU Repository©2006

2. PENGARUH pH

Bila aktivitas enzim diukur pada pH yang berlainan, maka sebagian besarenzim

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+ _____ EnzSH

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

Enz- + H+ ______ Enz-H

Demikian pula pada pH tinggi, SH+ yang dapat bereaksi dengan Enz-, maka pada pH yang

extrem rendah atau tinggi konsentrasi efektif SH+ dan enz akan berkurang, karena itu

kecepatan reaksinya juga berkurang. Seperti pada gambar berikut.

6


3. PENGARUH KONSENTRASI ENZIM

Kecepatan rekasi enzim (v) berbanding lurus dengan konsentrasi enzim (Enz). Makin

besar jumlah enzim makin cepat reaksinya. Lihat pada gambar.

Dalam reaksinya Enz akan mengadakan ikatan dengan substrat S dan membentuk

kompleks enzim-substrat, Enzs. EnzS ini akan dipecah menjadi hasih reaksi P dan enzim

bebas Enz.

Makin banyak Enz terbentuk, makin cepat reaksi ini berlangsung. Ini terjadi sampai

batas tertentu.

Gambar.3. Pengaruh (Enz) terhadap kecepatan reaksi enzim.

7


4. PENGARUH KONSENTRASI SUBSTRT

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.

Gambar. 4.Pengaruh [S] terhadap kecepatan reaksi enzim

8



5. PENGARUH FAKTOR-FAKTOR LAIN

Enzim dapat dirusak dengan pengocokan, penyinaran ultraviolet dan sinar-x, sinar-β

dan sinar-μ. Untuk sebagian ini disebabkan karena oxidasi oleh peroxida yang dibentuk pada

penyinaran tersebut. Kerja enzim juga dipengaruhi oleh adanya inhibitor seperti

obatan-obatan dan sebagainya

IV. KLASIFIKASI DAN TATA NAMA ENZIM

Fungsi klasifikasi adalah untuk menekan hubungan dan persamaan dengan cara yang

tepat dan singkat. Usaha semula untuk menciptakan suatu sistem tata nama enzim-enzim

menghasilkan susunan yang membingungkan dari nama-nama yang tidak pasti artinya dan

umumnya tidak mempunyai keterangan apa-apa seperti emulsin, peptin dan zimase. enzim

selanjutnya diberi nama subtratnyan dengan menambah akhiran "ase". Jadi enzim-enzim

yang memecahkan pati (amilon) disebut amilase; yang memecahkan lemak (lipos), lipase;

dan yang bekerja pada protein, protease. Golongan enzim-enzim diberi nama oksidase,

glikodase, dehidrogenase, dekarboksilase, dan sebagainya.

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

9


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. Keterangan tambahan, bila diperlukan 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 nomor kode sistemik (E.C.). Nomor 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-6-fosfotransferase, suatu enzim yang mengkatalis pemindahan

fosfat dari ATP kegugus hidroksil pada karbon 6 glikosa.

6 kelas utama enzim dengan beberapa contohnya diberikan dibawah ini :

1. Oksidoreduktase

Enzim-enzim yang mengkatalisis oksidoreduksi antara 2 substrat s dan S’

10


Sred + S+oks + S’red

Kelas yang besar dan penting ini meliputi enzim-enzim yang juga dikenal sebagai

dehidrogenase atau sebagai oksidase. Yang termasuk adalah enzim-enzim yang mengkatalisis

oksidoreduksi dari gugus CH-OH, CH CH, C=O, CH-NH2, dan CH=NH. Diantara subkelas

yang mewakilinya adalah

1.1 Enzim yang bekerja pada gugus Ch-OH sebagai donor elektron.

Misalnya :

1.1.1.1 Alkohol : NAD oksidoreduktase [ alkohol dehidrogenase ]

Alkohol + NAD+ = aldehid atau keton + NADH + H+

1.4 Enzim yang bekerja pada gugus CH-NHZ sebagai elektron.

Misalnya: 1.4.1.3 L-Glutamat : NAD (P) oksidoreduktase (deaminasi) [glutamat

dehidrogenase dari hati binatang]. NAD (P) berarti bahwa baik NAD maupun NADP

bekerja sebagai akseptor elektron.

L-Glutamat + H20 + NAD(P) = alfa-ketoglutarat + NH4+ + NAD(P)H + H+

1.9 Enzim yang bekerja pada gugus hem dari donor elektron.

Misalnya :

1.9.3.1. Sitokrom c : O2 oksidoreduktase [sitokrom oksedase].

4 sitokrom c reduksi + O2 + 4 H+ = 4 sitokrom c teroksidasi + 2 H20.

1.11 Enzim yang bekerja pada H202 sebagai asektor elektron. Misalnya :

1.11.1.6 H20z oksidoreduktase [katalase].

H202 + H202 = 02 + 2H2 0.

11


2. Transferase.

Enzim-enzim yang mengkatalisis pemindahan suatu gugus, G (lain dari hidrogen),

antara sepasang substrat S dan S’.

S-G + S’ = S’-G + S

Dalam kelas ini termasuk enzim-enzim yang mengkatalisis pemindahan gugus satu

karbon, residu aldehida atau keton, dan gugus yang mengandung asil, alkil, glikosil, fosfor

atau sulfur. Beberapa subkelas penting adalah :

2.3 Asiltransferase. Misalnya :

2.3.1.6 Asetil-KoA : kolin O-aseetiltransferase [ kolin asiltrasferase].

Asetil-KoA + kolin = KoA + asetilkolin.

2.4 Glikosiltransferase. Misalnya :

2.4.1.1 alfa-1,4-glukan : ortofosfat glikosil transferace [fosforilase]

(a;fa-1,4,-glukan)n, + ortofosfat = (alfa-1,4 glikosil)n-l + alfa-D-glukosa-l-fosfat.

2.7 Enzim-enzim yang mengkatalisis pemindahan gugus yang mengandung

fosfat. Misalnya :

2.7.1.1 ATP : D-heksosa-6fosfotransferase [heksokinase]

ATP + D-heksosa = ADP + D-heksosa-6fosfat.

12


3. Hidrolase

Enzim-enzim yang mengkatalisi hidrolisis ikatan-ikatan ester, eter, peptida, glikosil,

anhidrida asam, C-C, C-halida, atau P-N. Misalnya :

3.1 Enzim-enzim yang bekerja pada ikatan ester. Misalnya :

3.1.1.8 Asilkolin asil-hidrolase [pseudokolinesterase].

Asilkolin + H2O = kolin + Asam.

3.2 Enzim-enzim yang bekerja pada senyawa glikosil. Misalnya :

3.2.1.23 beta-D-galaktosida galaktohidrolase [beta-galaktosida]

beta-galaktosida + H20 = alkohol + D-Galaktosa.

3.4 Enzim-enzim yang bekerja pada ikatan peptida.

Nama-nama klasik (pepsin, plasmin, rennin, kimotripsin) masih banyak dipakai

karena over lapping dan kespesifikan yang tidak menentu yang membuat tata nama menurut

sistem tidak praktis pada dewasa ini.

4. liase.

Enzim-enzim yang mengkatalisis pembuangan gugus dari substrat dengan mekanisme

yang lain dari pada hidrolisis, dan meninggalkan ikatan rangkap.

XY

I I

C-C = X-Y + C=C

Yang termasuk golongan ini adalah enzim yang bekerja pada ikatan C-C, C-O, C-N,

C-S, dan C-halida. Yang termasuk subkelasnya adalah :

13


4.1.2 Aldehida-Base. Misalnya :

4.1.2.7 Ketosa-l-fosfat = dehidroksoaseton fosfat + aldehida.

4.2 Karboks-oksigen fase. Misalnya :

4.2.1.21-malat hidro-liase /furnarase/

L-malt = fumarat + H20

5. Isomerase

Yang termasuk kelas ini adalah semua enzim yang mengkatalisis interkonversi

isomer-isomer optik, geometrik, atau posisi. Beberapa subkelasnya adalah :

5.1 Rasemase dan epimerase. Misalnya

5. 1. 1.1 Alanin rasemase

L-alanin + D-alanin

5.2 Sis-trans isomerrase. Misalnya :

5.2.1.3 Semua trans-retinen 11-sistrans isomerase [retinen isomerase].

Semuatrans-retinen = 11-sis-retinen.

5.3 Enzim-enzim yang mengkatalisis interkonversi aldosa dan ketosa. Misalnya:

5.3.1.1 D-gliseraldehida-3-fosfat ketol-isomerase [triosafosfat isomerase].

D-Gliseraaldehida-3-fosfat = dihidroksiaseton fosfat

6. Ligase (ligare = mengikat)

Enzim yang mengkatalisis penggabungan 2 senyawa diikuti oleh pemecahan ikatan

pirofosfat pada ATP atau senyawa yang sejenis. Yang termasuk golongan ini

14


adalah enzim-enzim yang mengkatalisis reaksi pembentukan ikatan C-O, C-S, C-N, dan C-C.

Subkelasnya diwakili oleh :

6.2 Enzim-enzim yang mengkatalisi pembentukan ikatan G-S. Misalnya :

6.2.1.4 Suksinat : KoA ligase (GDP) [suksinat tiokinase]

GTP + suksinat : KoA ligase (GDP) + Pi + suksinil

6.3 Enzim-enzim yang mengkatalisis pembentukan ikatan C-N. Misalnya :

6.3.1.2 L-Glutamat : Amonia ligase (ADP) [Glutamin sintetase].

ATP + L-Glutamat + NH4 = ADP + oriofosfat + L-Glutamin

6.4 Enzim-enzim yang mengkatalisis pembentukan ikatan C-C. Misalnya :

6.4.1.2 Asetil-KoA : CO2 ligase (ADP) [asetil-KoA karboksilase].

ATP + asetil-KoA + CO2 = ADP + Pi + malonil- KoA

V. KOENZIM

Banyak enzim hanya dapat bekerja (enzim mengkatalis reaksi-reaksi subtratnya) jika

terdapat suatu molekul organik nonprotein yang spesifik. Molekul organik itu disebut

koenzim. 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 :

apoenzim + koenzim + holoenzim

Jenis reaksi yang sering memerlukan partisipasi koenzim adalah oksidoreduksi,

reaksi-reaksi pemindahan gugus dan somerasi, dan yang menghasilkan

15


pembentukan ikatan kovalen (kelas l, 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 clan vitamin B12.

VI. MEKANISME KERJA ENZIM

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.

Katalisis asam-basa umum

Reaksi yang kecepatannya 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 kecepatannya tergantung pada semua asam

dan basa yang terdapat dalam larutan dikatakan dapat mengalami katalisis asam umum

(general acid) atau katalisis basa

16


umum (general base). Mutarotasi glukosa adalah salah satu rekasi yang tunduk pada katalisis

asam-basa umum.

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-lebih dengan 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 reaksi yang dikatalisasi 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 pengaktifannya. 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 dimurnikan dengan adanya “chelating agent” (zat-zat pengikat).

Aktivitas enzim kemudian hilang.

17


Aktivitas ini diperbaiki hanya setelah penambahan ion logam. Perbedaan antara metaloenzim

dan enzim yang diaktifkan logam, bila harus 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 :

Enz-S-M Enz-S-M

Kompleks jembatan substrat Kompleks jembatan enzim

M

/

Enz

\

S

Enz-M-S

Kompleks jembatan logam Enz-M-S

sederhana Kompleks jembatan logam siklik

Walaupun semua 4 skema adalah mungkin untuk enzim yang diaktifkan logam,

metaloenzim tidak dapat membentuk kompleks jembatan substrat karena mereka

mempertahankan logam selama pemurnian (yaitu, berada sebagai Enz-M)

18


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 lainnya, 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, enzim

yang mengkatalisis reaksi 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 “abortip” 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). Kestabilannya memudahkan penyelidikan.

Data pengurangan proton menunjukan bahwa piruvat kinase dan

19


kreatin kinase membentuk ternary kompleks abortif dari jenis yang diperhatikan dibawah ini.

Mn ADP-Mn

/ /

Piruvat kinase — A Kreatin kinase

\ \

Piruvat Kreatin

Daftar 1. Teknik percobaan untuk menentukan pola koordinasi yang terdapat antara enzim,

ion logam, dan substrat. (NMR, nuclear magnetic resonance; ESR, electron spin resonance.)

Pola Koordinasi Enz-M-S atau M / Enz I

\ Teknik Percobaan Enz-S-M S M-Enz-S

Pengaruh Ca2+ Biasanya Biasanya Mengaktifkan atau mengaktifkan menghambat menghambat ESR Substrat dengan Memperbesar Memperkecil Enz-Mn relaksasi inti relaksa inti substrat substrat Spektrum Esr dari Mn Spektrum Spektrum berbeda pada M-S dan pada identik komplek tersier Spektrum ESR dari Pemisahan yang Tidak ada Fe atau Cu pada sangat halus oleh pemisahan yang kompleks tersier inti magnet substrat sangat halus

20


Daftar 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.

Jembatan Substrat Jembatan logam (Enz- Jembatan enzim (M (Enz-S-M) M-S) atau Enz-S)

M / Enz I

\ S Kreatin kinase Piruvat kinase Sitras liase Adenilat kinase Pep Karboksilase Dopamin hidroksi 3-Fosfogliserat Ribosa difosfat Lasesilae kinase Karboksilase Glutamin sitetase Heksokinase PEP karboksilase +UDPG pirofosforilase Tetrahidrofolat PEP sintase + Triptofan Rna sintetase Enolase sitetase + UDPG-Piro- Fosfoglukomutase (S=Ppi) fosforilase Pirofosfosfatase +Valin RNA sintetase (S=UTP) Anorganik (S=Ppi) +Triptofan RNA Histidin deaminase sintetase D-Xilosa isomerase (S=ATP) Aldolase +Valin RNA Karboksipeptidase (S=ATP) O-Metilaspartase DNA-polimerase Nuklease stafilokok

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

hubungannya dengan logam. Juga perhatikan bahwa, bila ADP

21


kompleks abortif diganti oleh ATP, suatu reaksi akan terjadi. Data jenis ini dipakai untuk

memberi kesan sifat kompleks yang aktif, dan katalitik.

D. Kompleks-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.

M /

Piruvat kinase - ATP \ Kreatin

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 dihubungkan dengan penggantian air oleh ATP

lingkaran koordinasi logam.

ATP4- + M(H20)62+ ATP- M(H20)32+ + 3H20 Substrat kemudian berikatan

dengan enzim membentuk kompleks ternary :

ATP + M(H20)32+ + Enz Enz- ATP- M(H20)3

2+

22


Sementara reaksi enzim pertama dengan 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

M / Enz-M-S or Enz I \

S 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 step) pada banyak

kasus adalah penyingkiran air dari lingkungan koordinasi ion logam. Untuk banyak peptidase

pengaktifan oleh ion logam adalah proses yang lambat yang memerlukan beberapa jam untuk

penyelesaiannya. 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.

23


Enz + M(H20)62+ Enz- M(H2O)6-n

2+ + nH20

Penyusunan kembali cepat menjadi konformasi aktif (Enz) :

M / Enz-M + S <--

--> Enz-M-S or Enz I \ S

G. Peranan ion logam pada katalisis

Ion logam dapat berpartisipasi dalam salah satu dari 4 mekanisme yang

dipakai enzim untuk mempercepat kecepatan reaksi kimia :

l . 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 positif 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

24


substrat (pendekatan) atau membentuk distorasi yang menghasilkan chelate pada enzim atau

substrat (tekanan). Suatu ion logam juga dapat “menyelubungi” nukleofil dan karena itu

mencegah reaksi sampingan yang sebaliknya mungkin timbul. Akhirnya, pengaturan

stereokimia dicapai oleh kemampuan lingkaran koordinasi logam untuk berperan sebagai

cetakan 3-dimensi untuk mengikat gugus-gugus reaktif pada orientasi sterik yang spesifik.

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

ENZIM Peranan kerja enzim

Histidin deaminase Menutupi nukleofil

Kinase, liase, piruvat dekarboksilase Mengaktifkan elektrofil

Anhidrase karbonat Mengaktifkan nukleofil

Enzim kobamida Logam berperan sebagai nukleofil

Piruvat karboksilase, Karboksi peptidase, Menarik elektron π

alkohol dehidrogenase

Protein besi nonhem Donor elektron π

Piruvat kinase, piruvat karboksilase Ion logam berkumpul dan mencan ikatan

Fosfotransferase, D-xilosa isomerase, Pengaruh tekanan

hemoprotein.

25


VII. Rangkuman

Enzim merupakan katalisator protein yang mengatur kecepatan berlangsungnya berbagai

proses fisiologis. Sebagai katalisator, enzim ikut serta dalam reaksi dan kembali ke keadaan

semula bila reaksi telah selesai.

Enzim bekerja mengkatalisis reaksi yang spesifik yaitu suatu enzim hanya dapat

mengatalisa beberapa reaksi, malahan seringkali hanya satu reaksi saja. Ini merupakan salah

satu sifat penting enzim. Kespesifikan enzim dapat dibedakan dalam kespesifikan Optik dan

kespesifikan Gugus.

Temperatur, pH, konsentrasi substrat, konsentrasi enzim, inhibitor mengubah kecepatan

reaksi yang dikatalisis enzim dengan implikasi yang penting bagi kesehatan dan penyakit.

Fungsi klasifikasi enzim adalah untuk menekan hubungan dan persamaan dengan cara

yang tepat dan singkat. Sistem IUB (Internasional Union of Biochemistry) untuk klasifikasi

enzim menggolongkan enzim dalam enam kelas utama yaitu kelas Oksidoreduktase,

Transferase, Hidrolase, Liase, Isomerase, Ligase yang masing-masing kelas mempunyai 4

hingga 13 subkelas.

Banyak enzim memerlukan molekul koenzim untuk dapat berfungsi sebagai katalisator.

Enzim kelas 1,2,5,6 sistem IUB memerlukan molekul koenzim yang umumnya merupakan

derivat vitamin B dan juga derivat nukleotida AMP.

Mekanisme kerja enzim 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

26


DAFTAR KEPUSTAKAAN

- Champe P C PhD , Harvey R A PhD. Lippincott’s Illustrated Reviews:

Biochemistry 2nd .1994: 47-60

- Lehninger A, Nelson D , Cox M M .Principles of Biochemistry 2nd 1993 :

198-236

- Murray R K, et al. Harper's Biochemistry 25th ed. Appleton & Lange. America

2000 : 67-113

- Stryer L .1995. Biochemistry 4th :181-237

- Penuntun Praktikum Biokimia 1976. Edisi 4. Biokimia FK-UI. Jakarta;. 98-112

- BIOKIMIA “Eksperimen Laboratorium”. Penerbit Widya Medika. 2000. Bagian

Biokimia FK-UI. Jakarta; 50-65.

27

mutiara indah sari : enzim usu repositorylibrary.usu.ac.id/download/fk/d0400135.pdfmutiara indah...

Documents