Enzim & Koenzim Roni Y.pdf

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