ENZIM & KOENZIM product
product
Substrate Kompleks enzim substart Enzim
Enzim
POKOK BAHASAN 1. PERANAN ENZIM BAGI TUBUH 2. PENGERTIAN ENZIM 3. STRUKTUR DASAR ENZIM 4. KLASIFIKASI DAN TATA NAMA ENZIM 5. REGULASI AKTIVITAS ENZIM/SIFAT-
SIFAT ENZIM 6. KOENZIM
ENZIM Enzim sangat penting bagi
kita Tanpa adanya enzim, kehidupan yang kita kenal tidak mungkin ada
PERAN ENZIM DALAM TUBUH Enzim berperan penting dalam proses
metabolisme pencernaan: Berperan dalam percepatan reaksi dan merombak molekul yang lebih besar menjadi molekul yang lebih kecil atau sebaliknya Berperan sebagai alat diagnostik Berperanan dalam pengobatan
α Amilase
mulut
maltosa
Pembuluh darah
maltase Maltosa
GLIKOLISIS
Pati
2 glukosa
DICERNA
MAKANAN
dalam saluran pencernaan
DIMETABOLISME dalam sel
METABOLISME : KATABOLISME MOLEKUL YG LEBIH BESAR MOLEKUL YG LEBIH KECIL GLUKOSA CO2 + H2O + ENERGI
ANABOLISME = SINTESIS
PERLU
MOLEKUL YG LEBIH KECIL MOLEKUL YG LEBIH BESAR GLUKOSA GLIKOGEN
ENZIM SEL
JARINGAN
tersusun dari molekul2 REAKSI KIMIA
ORGANISME
REAKSI KIMIA biasa dalam laboratorium
Mempercepat reaksi -
PERLU PEMANASAN PERLU KATALISATOR
Organisme Suhu Tubuh Relatif Konstan Perlu Katalisator
ENZIM Biokatalisator
Organisme
Sel
Molekul Enzim Endoplasmik Retikulum
Ribosom
Cytoskeleton
Inti
Mitochondrion
Golgi App. Sitosol
Lisosom Peroxisom
Sel Eukariot
ENZIM DAN PENGOBATAN Pada awalnya digunakan pada penyakit-
penyakit gangguan pencernaan, seperti enzim, pepesin,tripsin, amilase atau lipase Pengobatan akibat kurangnya enzim disebabkan oleh gangguan pada gen, Hemofilia
DIAGNOSA PENYAKIT
Amino transferase (MCI ) Aspartat Aminotransferase (MCI ) SGOT (MCI) Alanin Aminotransferase ,ALT,SGPT (hepatitis virus) Amilase (pancreatitis Acut) Seruloplasmin (Degenerasi hepatolentikularis) Kreatin Kinase (Kelainan Otot MCI) Laktat Dehidrogenase ,Isozim (MCI) Fosfatase asam (ca Prostat metastase) Fosfatase,alkali (isozim) Kelainan Tulang penyakit obstruksi hepar.
APA ENZIM ITU? Enzim adalah suatu: • Biomolekul • Dihasilkan oleh sel • Berfungsi sebagai Biokatalisator • Bereaksi spesifik
ENZIM SEBAGAI BIOKATALISATOR CELAH AKTIF
E
+
+
S KOMPLEKS [ES]
E
P
Biokatalisator (senyawa yang mempercepat proses reaksi tanpa habis bereaksi) dalam suatu reaksi kimia sehingga jumlah enzim sebelum dan setelah reaksi adalah tetap E = ENZIM
S = SUBSTRAT
P = PRODUK
kead. transisi tanpa katalisator
E. bebas
E. level
=
G Ea
dgn katalisator inorg Ea'
dgn enzim
Ea'' kead. awal
∆G = Perubahan E. bebas kead. akhir
Perjalanan reaksi
Ea = ENERGI AKTIVASI JUMLAH ENERGI YG DIPERLUKAN UNTUK MEMBAWA SEMUA MOLEKUL DLM. 1 MOLE SUATU BAHAN PD. SUATU SUHU TERTENTU DR. KEADAAN AWAL MENUJU KEADAAN TRANSISI MENGATASI HAMBATAN ENERGI ΔG : PERUBAHAN ENERGI BEBAS
TIDAK DIPENGARUHI KATALISATOR ENZIM BEREAKSI SPESIFIK artinya : SUATU ENZIM HANYA DAPAT BEREAKSI DGN. SUATU SUBSTRAT TERTENTU atau PD. SEJUMLAH KECIL SENYAWA SEJENIS
CONTOH : LAKTOSA
GLUKOSA + GALAKTOSA Heksokinase : - GLUKOSA Laktase - HEKSOSA LAIN: FRUKTOSA
APA STRUKTUR DASAR ENZIM? Enzim hampir
seluruhnya adalah protein (asam amino) dan hampir lebih separuh jumlah protein yang ada dalam sel adalah ENZI M
Gbr.Enzim karbonat anhidrase
MEKANISME KERJA ENZIM
ENZIM
PROTEIN TERSUSUN DARI ASAM AMINO
ASAM AMINO DALAM LARUTAN SELALU berbentuk ion tergantung pH larutan R - C - COOH I NH2
RUMUS UMUM ASAM AMINO
AKTIVITAS KATALITIK ENZIM ERATHUBUNGANNYA DENGAN STRUKTUR ENZIM (PROTEIN)
18
STRUKTUR PROTEIN H O H O H O H | || | || | || | +H N – C – C – N – C – C – N – C – C – – – N – C – C 3 | | | | | | | H R2 H R3 H R R1 ujung amino bebas
»
»
+H
O–
ujung karboksil bebas
IKATAN PEPTIDA
H | R – C – COOH | NH2 asam amino
O
• ASAM AMINO DALAM LARUTAN SELALU BERMUATAN • ∴ PROTEIN JUGA SELALU BERMUATAN
3N
COO– aa1
aa2
aa3
aa4
aa5
RANTAI PEPTIDA 20 jenis a.a. dasar
aa6 19
URUTAN ASAM AMINO PD. RANTAI PEPTIDA DR. UJUNG
AMINO BEBAS SAMPAI UJUNG KARBOKSIL BEBAS (awal)
(akhir)
STRUKTUR PRIMER PROTEIN : ∴ URUTAN a.a PD. TIAP JENIS RANTAI PROTEIN TIDAK SAMA JUMLAH a.a (BERBEDA) letak ujung NH3+ letak ujung –COOH– letak suatu a.a H | R – C – COOH | NH3+ pH < iep
+H+
H | R – C – COO– | NH3+ iep Σmuatan=0
+OH–
H | R – C – COO– | NH2 pH>iep pKa COOH < NH3+ 20
STRUKTUR SEKUNDER :
H H O | | || –N–C–C– | CH2 | S ikatan | disulfida S | CH2 | –N–C–C– | | || * α Helix H H O * Lain2 : * LIPIT β = β - PLEATED * KUMPARAN ACAK = RANDOM COIL Cys – SH
R | C–C–N– || | | O H H : : ikatan : : Hidrogen : : : : H H O | | || –N–C–C | R
Cys – SH
21
STRUKTUR TERSIER : celah aktif
E
Dari satu untai rantai polipeptida
monomer
- Contoh : MIOGLOBIN (MYOGLOBINE) MONOMER - Struktur Tersier : • IKATAN HIDROGEN • GAYA2 VAN DER WAALS IKATAN2 YG. LEMAH
22
STRUKTUR KUARTERNER :
MONOMER PROTOMER
T.D. SATU UNTAI RANTAI POLIPEPTIDA HANYA SAMPAI STRUKTUR TERSIER
DIMER subunit
TETRAMER subunit
TERMASUK STRUKTUR KUARTERNER
OLIGOMER
POLIMER 23
STRUKTUR KUARTERNER : SATU MOLEKUL T.D. > 1 RANTAI PEPTIDA T.D. 2 SUBUNIT ATAU LEBIH IKATAN2 YG LEMAH 1 SUBUNIT ~ 1 RANTAI PEPTIDA DIIKAT OLEH : IKATAN HIDROGEN IKATAN ELEKTROSTATIK CELAH AKTIF (ACTIVE SITE) KEGUNAAN : SUPAYA MOLEKULNYA LEBIH STABIL UNTUK MENDAPAT FUNGSI TERTENTU 24
KLASIFIKASI & TATANAMA ENZIM
NAMA ENZIM
DULU SEDERHANA
Mis: EMULSIN, PTYALIN ‘S’ + ASE Mis: UREASE, LIPASE JENIS REAKSI + ASE Mis: TRANSFERASE, DEHIDROGENASE ‘S’ + JENIS REAKSI + ASE Mis: MALAT DEHIDROGENASE ‘S’ Jenis reaksi TATANAMA ENZIM MENURUT I NTERNATI ONAL UNI ON OF BI OCHEM I STRI S (IUB): 1. REAKSI & ENZIMNYA DIBAGI DALAM 6 KELAS UTAMA 2. NAMA ENZIM T.D. 2 BAGIAN: Bgn. 1 NAMA SUBSTRAT Bgn. 2 JENIS REAKSI + ASE
KLASIFIKASI & TATANAMA ENZIM Mis: 1.1.1.1 Alkohol : NAD Oksidoreduktase = alkohol dehidrogenase 3. INFORMASI TAMBAHAN DALAM ( ) Mis: 1.1.1.37 L-MALAT : NAD OKSIDOREDUKTASE (decarboxylating) L-MALAT + NAD+ PIRUVAT + CO2 + NADH + H+ 1.1.1.37 L-MALAT : NAD OKSIDOREDUKTASE L-MALAT + NAD+ OKSALOASETAT + NADH + H+ 4. NOMOR KODE SISTEMATIK Mis : EC.2.7.1.1 enzim yg dimaksud : heksokinase Akseptor gugus alkohol Transferase Transfer fosfat
α-D-GLUKOSA
Heksokinase/Glukokinase Mg++ α-D-GLUKOSA 6-P ATP ADP
KELAS-KELAS ENZIM MENURUT IUBMB ADA 6 KELAS (GOLONGAN) UTAMA : 1. OKSIDOREDUKTASE : MENGKATALISIS REAKSI OKSIDASI – REDUKSI. P.U. : ENZIM2 PD. PROSES OKSIDASI BIOLOGIS LAKTAT + NAD+ PIRUVAT + NADH + H+ Laktat dehidrogenase 2. TRANSFERASE : MENGKATALISIS TRANSFER/PEMINDAHAN GUGUS FUNGSIONAL (BUKAN HIDROGEN) ANTARA SEPASANG SUBSTRAT S–G + S’ S’–G + S α-D-GLUKOSA+ATP α-DGLUKOSA-6-P +ADP Mg++ Heksokinase Glukokinase
KELAS-KELAS ENZIM MENURUT IUBMB 3.
HIDROLASE :
MEMOTONG SUBSTRAT DENGAN MENGAMBIL SUATU MOLEKUL AIR (HIDROLISIS) Contoh : Enzim - Amilase - Lipase - Karboksi peptidase A
Reaksi ––– β-D-GALAKTOSIDA + H2O = suatu alkohol + D-galaktosa
KELAS-KELAS ENZIM MENURUT IUBMB 4. LIASE (LYASE) : MENGKATALISIS REAKSI PEMBENTUKAN ATAU PEMECAHAN IKATAN RANGKAP DUA, ATAU PEMBELAHAN LAIN YG. MENYANGKUT PENYUSUNAN KEMBALI ELEKTRON Contoh : ∼ ∼
∼
ALDOLASE : KETOSA-I-P ALDOSA + DIHIDROKSI ASETON-P FUMARASE : HO – CH – COOH H – C – COOH | = || + H2O CH2 – COOH HOOC – C – H MALAT FUMARAT PIRUVAT DEKARBOKSILASE : O O || || – OOC – C – CH + H+ CO2 + H – C – CH3 3 PIRUVAT ASETALDEHID
KELAS-KELAS ENZIM MENURUT IUBMB 5. ISOMERASE : MEMINDAHKAN SATU KELOMPOK DI DALAM SUATU MOLEKUL UNTUK MEMBENTUK ISOMER All Trans – retinin 11 – cis – retinin
6. LIGASE : MENGGABUNGKAN 2 MOLEKUL, DISERTAI PEMUTUSAN IKATAN PIROFOSFAT PD. ATP ATAU SENYAWA SEJENIS Mis :~ PIRUVAT KARBOKSILASE : O O || || – OOC – C – CH + CO – OOC – C – CH – COO – 3 2 2 PIRUVAT
ATP
ADP+Pi
OKSALOASETAT
Klasifikasi Enzim Secara Internasional
APA SIFAT-SIFAT ENZIM? enzyme Biological catalyst
pH
A+B
C
Specificity
SIFAT-SIFAT ENZIM 1. Bersifat koloid, luas permukaan besar, bersifat hidrofil. Dapat bereaksi dengan senyawa asam maupun basa, kation maupun anion 2. Biokatalisator, mempercepat jalannya reaksi tanpa ikut bereaksi. Sebagai biokatalisator dibutuhkan dalam jumlah sedikit, namun reaksinya sangat cepat dan dapat digunakan berulang-ulang. 3. Enzim adalah protein, karena itu sifatnya sama dengan protein pada umumnya. Kalau suhu terlalu tinggi atau terlalu asam ia tidak bisa bekerja, bahkan mungkin rusak.
SIFAT-SIFAT ENZIM 4. Enzim merupakan senyawa yang jauh lebih
kecil sehingga reaksi dapat berlangsung didalam sel 5. Dalam proses katalisis suatu reaksi, enzim bereaksi terlebih dahulu dengan substrat sehingga terbentuklah senyawa baru atau kompleks enzim substrat E + S ES E+P
product
product
Substrate Kompleks enzim substart Enzim
Enzim
Kerja dari Enzim
enzyme-product complex
enzyme-substrate complex
substrate enzim
product
enzim
Persamaan atau hipotesis Michaelis-Menten
SIFAT-SIFAT ENZIM 6. Enzim dapat meningkatkan laju 7 13 reaksi sekitar 10 -10 kali lebih cepat dari katalis non enzim 7. Enzim dapat menurunkan energi aktivasi suatu reaksi
SIFAT-SIFAT ENZIM 8.Bersifat spesifik, artinya suatu enzim hanya aktif pada substrat tertentu atau satu substrat untuk satu enzim. Enzim bersifat spesifik, karena bagian yang aktif (permukaan tempat melekatnya substrat) hanya setangkup dengan permukaan substrat tertentu
SIFAT-SIFAT ENZIM 9. Konsentrasi substrat akan mempengaruhi kegiatan enzim. 10.Bekerja pada suhu dan pH yang optimum. 11.Bekerja secara reversible, enzim yang menghasilkan produk dapat dipergunakan untuk mengkatalisis reaksi lainnya.
SIFAT-SIFAT ENZIM 12.Umumnya enzim bekerja mengkatalisis reaksi satu arah, meskipun ada juga yang mengkatali-sis reaksi dua arah, contoh: lipase, mengkatalisis pembentukan dan penguraian lemak. Contoh: lipase Lemak + H2O Asam lemak + Gliserol
SIFAT-SIFAT ENZIM 13.Enzim hanya disintesis oleh dan didalam sel Enzim akan disintesis jika sel mempunyai gen untuk enzim tersebut Vitamin C atau asam ascorbat harus ada didalam makanan karena tubuh tidak mempunyai enzim yang membantu pembentukan Vit C 14.Bekerjanya ada yang di dalam sel (endoenzim) dan di luar sel (ektoenzim), contoh ektoenzim: amilase dan maltase.
PUSAT AKTIF ENZIM Enzim Mitokondria ,
menghasilkan energi Enzim Ribosom, sintesis protein Enzim mikrosom, biosintesis protein Enzim Lisosom, pemecahan berbagai bahan yang tidak diperlukan oleh tubuh
SIFAT-SIFAT ENZIM
15.Enzim dapat dipacu atau dihambat aktifitasnya. Umumnya enzim tak dapat bekerja tanpa adanya suatu zat non protein tambahan yang disebut kofaktor. 16.Air dan vitamin memacu aktivitas enzim.
FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KERJA ENZIM
1.Konsentrasi Enzim 2.Konsentrasi Substrat 3.Suhu 4.pH 5.Inhibitor 6.Kofaktor
PENGARUH KONSENTRASI ENZIM TERHADAP AKTIVITAS ENZIM Agar reaksi berjalan optimum, maka
perbandingan jumlah antara enzim dan zubstrat harus sesuai. Jika enzim terlalu sedikit dan substrat terlalu banyak reaksi akan berjalan lambat bahkan ada substrat yang tidak terkatalisasi. Sebaliknya jika semakin banyak enzim, reaksi akan semakin cepat. Kecepatan rekasi enzim (v) berbanding lurus dengan konsentrasi enzim (Enz). Makin besar jumlah enzim makin cepat reaksinya
PENGARUH KONSENTRASI SUBSTRAT TERHADAP AKTIVITAS ENZIM Penambahan kadar substrat
sampai jumlah tertentu dengan jumlah enzim yang tetap, akan mempercepat reaksi enzimatik sampai mencapai maksimum. Penambahan substrat selanjutnya tidak akan menambah kecepatan reaksi. Daya ikat (afinitas=Km) tiap enzim dengan substrat berbedabeda
PENGARUH SUHU TERHADAP AKTIVITAS ENZIM
Suhu rendah,mendekati titik beku biasanya
tidak merusak enzim. Pada suhu dimana enzim masih aktif, kenaikan suhu sebanyak 100C, 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 0C dan memperlihatkan stabilitas pada rentang suhu 45-55 0C. Sebagian besar enzim menjadi tidak aktif pada pemanasan sampai diatas 50 0C (± 60 0C).
PENGARUH pH TERHADAP AKTIVITAS ENZIM Bila aktivitas enzim diukur pada pH yang
berlainan, maka 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 : Pada pH rendah atau tinggi, enzim akan mengalami denaturasi. Pada pH rendah atau tinggi, enzim maupun substrat dapat mengalami perubahan muatan listrik dengan akibat perubahan aktivitas enzim.
Efek ph terhadap enzim Pepsin
Tripsin
2
4
6
8
10
INHIBITOR Inhibitor digolongkan menjadi 2 jenis utama,
yaitu: 1) Inhibitor yang bekerja secara tidak dapat balik (irreversible), 2) Inhibitor yang bekerja secara dapat balik (reversible).
INHIBITOR IRREVERSIBEL Penghambat yang irreversible adalah golongan yang
bereaksi dengan, atau merusakkan suatu gugus fungsional pada molekul enzim yang penting bagi aktivitas katalitiknya. Sebagai contoh, adalah senyawa diisoprofilfluorofosfat (DFP), yang menghambat enzim asetilkolinesterase, yaitu enzim yang penting di dalam transmisi impuls syaraf.
PENGARUH INHIBITOR REVERSIBELTERHADAP AKTIVITAS ENZIM
Laju reaksi enzim dapat diturunkan menggunakan berbagai jenis inhibitor enzim, : 1. Inhibisi kompetitif Pada inihibisi kompetitif, inhibitor dan substrat berkompetisi untuk berikatan dengan enzim. Seringkali inhibitor kompetitif memiliki struktur yang sangat mirip dengan substrat asli enzim. Sebagai contoh, metotreksat adalah inihibitor kompetitif untuk enzim dihidrofolat reduktase. 2. Inhibisi non kompetitif Pada inhibisi non kompetitif, inhibitor tidak dapat berikatan dengan enzim bebas, namun hanya dapat dengan komples ES. Kompleks EIS yang terbentuk kemudian menjadi tidak aktif. Jenis inhibisi ini sangat jarang, namun dapat terjadi pada enzim-enzim multimerik.
KOENZIM
Holoenzim : Apoenzim (bag protein) dan Kofaktor Koenzim adalah:
Molekul atau senyawa organik non protein spesifik,
seperti: NADH, NADPH, FAD, dll. Tahan terhadap panas, Berat molekul rendah, Mudah terdisiosiasi dan mudah dipisahkan dari enzimnya dengan cara dialisis Mekanisme kerja: mengantarkan gugus kimia dari satu enzim ke enzim lainnya dan akan melepaskan diri dari sisi aktif enzim sewaktu reaksi telah berlangsung
Kerja koenzim REAKSI OKSIDOREDUKSI REAKSI PENGALIHAN GUGUS DAN
ISOMERASI REAKSI MEMBENTUK IKATAN KOVALEN
REAKSI PEMINDAHAN GUGUS Koenzim yang diperlukan untuk reaksi oksidasi
reduksi (pemindahan H atau elektron) adalah asam lipoat, FAD,FMN,glutation, Hem, KoQ NAD, NADP dan vit C Koenzim yang diperlukan oleh enzim untuk pemindah gugus yang bukan H adalah asam lipoat, ATP, Biotin, folat, piridoksal fosfat
KOENZIM SEBAGAI KOSUBSTRAT Terjadi proses kebalikan dari proses kimia
substrat jika substrat mengalami oksidasi maka koenzim mengalami reduksi Hasil pencapaian koenzim yang sebenarnya ingin dicapai pada reaksi bukan substratnya, pada glikolisis akan terbentuk asam laktat dan piruvat namum yang ingin dipertahankan adalah koenzim NAD
Sebagian besar dari koenzim adalah
turunan dari keluarga vitamin B, Keluarga vit B yang langsung bekerja sebagai koenzim adalah asam lipoat dan biotin
Sebagian lain baru berfungsi bila
mengalami sedikit perubahan seperti asam folat, B12 , B1 dan B6
Sebagian lain berfungsi bila terjadi
perubahan yang besar menjadi turunannya seperti niasin, riboflavin dan asam pantotenat
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.
Coenzyme
Vitamin source
Major metabolic roles
Mechanistic role
Retinal
Vitamin A
Vision
Prosthetic group
Thiamine pyrophosphate (TPP)
Thiamine (B1)
Transfer of 2 carbon fragments containing a carbonyl
Prosthetic group
Flavin adenine dinucleotide (FAD)
Riboflavin (B2)
Oxidation-reduction rxns involving 1 & 2 electron transfers
Prosthetic group
Coenzyme A (CoA)
Pantothenate (B3)
Transfer of acyl groups
Cosubstrate
Pyridoxal phosphate (PLP)
Pyridoxine (B6)
Transfer of groups to and from amino acids
Prosthetic group
Adenosylcobalamin
Cobalamin (B12)
Intramolecular rearrangements
Prosthetic group
Methylcobalamin
Cobalamin (B12)
Transfer of methyl groups
Prosthetic group
Vitamin K
Vitamin K
Carboxylation of some glutamate residues
Prosthetic group
Coenzyme
Vitamin source
Major metabolic roles
Mechanistic role
Biotin
Biotin
ATP-dependent carboxylation of substrates or carboxyl-group transfer between substrates
Prosthetic group
Tetrahydrofolate
Folate
Transfer of 1 carbon substituents, especially formyl and hydroxymethyl groups; provides the methyl group for thymine in DNA
Cosubstrate
Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+)
Niacin
Oxidation-reduction rxns involving 2-electron transfers
Cosubstrate
Lipoamide
none
Oxidation of a hydroxyalkyl group from TPP and subsequent transfer as an acyl group
Prosthetic group
Ubiquinone (Q)
none
Lipid-soluble electron carrier
Cosubstrate
Koenzim lainnya bukan
keluarga vit B tapi masih golongan vitamin yaitu, vit C dan Vit K
Koenzim yang bukan dari
golongan vitamin adalah Koenzim Q (KoQ atau Q) berperan dalam pemindahan elektron dan sintesis ATP dalam mitokondria