enzim mata kuliah (1)

Enzim

By Prof . Ir. Burhanudin Sundu, MSc Agr., PhD

Universitas Tadulako, Palu, Indonesia

Apa itu enzyme ?

Kata “Enzim” berasal dari bahasa latin “en dan zyme” yang artinya “didalam ragi”.

Zat yang mempercepat terjadinya reaksi tetapi dia sendiri tidak ikut bereaksi

• Katalisator• Protein• Spesifitas

Apa itu enzim ?

Berat molekul enzim bervariasi dari 13.000 sampai jutaan Daltons. Walaupun sebagian besar molekul enzim berukuran 30.000-50.000 daltons,

Sejarah enzimKata enzim baru digunakan pada tahun 1876 oleh William Kuhne, Akan tetapi sejarah dimulainya penggunaan enzim tidak diketahui secara pasti. Di zaman lampau, penggunaan mikroorganisme telah dimanfaatkan untuk tujuan produksi alcohol dan pembuatan keju. Ini berarti, tanpa disadari, enzim telah memainkan peran dalam industri rumah tangga sejak dahulu kala.

Sejarah technology enzim modern berawal tahun 1833 ketika Payne dan Persoz mengisolasi ekstrak kompleks dari malt (biji-bijian yang berkecambah). Ekstrak ini kemudian digunakan untuk merubah pati yang tergelatinise menjadi gula – gula sederhana. Mereka kemudian memberi nama ekstrak tersebut “Diastase”,

Sejarah enzimPada tahun 1874, seorang ahli kimia Denmark, Christian Hansen, memproduksi specimen rennet yang diekstrak dari perut sapi dengan menggunakan larutan garam.Temuan diatas baru sekedar pembuka jalan dalam technology enzim karena mekanisme yang terjadi dari proses perubahan pati menjadi gula belum diketahui.

Pada abad ke 19, Louis Pasteur berkeyakinan bahwa fermentasi gula menjadi alcohol terjadi karena adanya kekuatan penting dalam micoroganisme (yeast) yang disebut “ferments’. Ini berarti bahwa perubahan gula menjadi alkohol dapat terjadi jika ada mahluk hidup atau microorganisme dan bukan dari cell yang mati. Kekuatan tersebut diyakini oleh Louis Pasteur tidak dapat dipisahkan dari cel hidup.

Sejarah enzimDugaan Louis Pasteur ini dibantah oleh Eduard Buchner tahun 1897 ketika dia melakukan penelitian dengan menggunakan ekstrak yeast (ragi) tanpa cell hidup ragi. Dia menemukan bahwa gula dapat difermentasi menjadi alcohol walaupun tanpa keterlibatan cell hidup ragi. Ekstrak ragi itu disebutnya sebagai “zymase”. Pada tahun 1907 dia menerima hadiah Nobel dibidang Kimia. Diakhir abad 19, penelitian tentang enzim mulai marak dilakukan.

Pada tahun 1891, Dr Jokichi Takamine membuat patent atas produknya yang diberi nama “Taka Koji” (enzyme amylase) yang diproduksi oleh Jamur “Aspergillus oryzae”. Pada tahun 1894, Takamine beserta keluarga membuat enzim komersial “takadiastase”

Sejarah enzimWalaupun aplikasi dan terminology enzim sudah cukup lama dikenal, tetapi nanti pada tahun 1926, Dr James B. Sumner baru dapat membuktikan bahwa enzim sesungguhnya adalah protein. Dia pula yang pertama melakukan kristalisasi enzim untuk tujuan komersial.

Kristalisasi nezim tripsin dan pepsin baru dapat dilakukan pada tahun 1930an oleh John Northtrop dan Stanley.

Mekanisme kerja enzim dilaporkan pertama kali oleh seorang ahli kimia Jerman bernama Emil Fischer (1852-1919). Dia memperkenalkan konsep kunci dan anak kunci. Enzim memiliki bagian aktif yang disimbolkan anak kunci sehingga harus dibuka dengan kunci. Konsep ini terkesan bahwa anak kunci dan kunci bersifat kaku dan tak berubah.

Sejarah enzim

Daniel E Koshland 1958, memperkenalkan konsep “tangan dan sarung tangan“ dimana enzim dapat merubah bentuknya ketika mengikat substrat. Jadi struktur enzim agak fleksibel. Ketika berinteraksi dengan substrat, bagian aktif dari enzim akan menyesuaikan bentuknya.

Pada industri makanan ternak, komersialisasi enzim baru dilakukan pada tahun 1980 an.

Kegunaan enzimIndustri Enzim Sumber

Detergen Protease, AmylaseLipasecellulase

BacillusHumicola, PseudomonasBacillus

Industri Pati Amylase, glukoisomeraseGlucoamylase

BacillusAspergillus

Susu olahan ProteaseLipase, sulfyhydroxydaseLactase

RizomucorAspergillusKluyveromyces, aspergillus

Juice dan wine Pectinase, cellulaseCellobiase, glukosidasePolyphenoloksidase

AspergillusAspergillusAspergillus

Industri roti Amylase, proteaseGlukooksidase, xylanase

AspergillusAspergillus

Tekstil AmylaseCellulaseCatalase

BacillusTrichoderma, HumicolaAspergillus

Makanan ternak Phytase, xylanaseCellulaseMannanase, beta glukanase

AspergillusTrichoderma, HumicolaAspergillus, Bacillus

Industri kertas Xylanase Trichoderma, BacillusKulit Protease Aspergillus

Mekanisme kerja enzim

Faktor yang mempengaruhi kerja enzim

Faktor yang mempengaruhi kerja enzim

Reaksi inhibisi

Reaksi inhibisi

• Sisi aktif mempunyai 2 bagian yg penting:– Bagian yang mengenal substrat dan

kemudian mengikatnya– Bagian yang mengkatalisis reaksi, setelah

substrat diikat oleh enzim

• Asam amino yang membentuk kedua bagian tersebut tidak harus berdekatan dalam urutan secara linear, tetapi dalam konformasi 3D mereka berdekatan

• Koenzim atau kofaktor yang terikat sangat kuat bahkan terikat dengan ikatan kovalen dengan enzim gugus prostetik

• Enzim aktif lengkap dengan semua komponennya holoenzim

• Bagian yang terdiri dari protein saja pada suatu enzim Apoenzim / apoprotein

• Fungsi koenzim adalah sebagai karier sementara dari gugus fungsional yg berperan dalam reaksi ensimatis tersebut.

Co enzime• Beberapa enzim ada dalam bentuk protein murni.

Tetapi beberapa enzim biasanya terdiri dari protein (apoenzim) yang tidak akan aktif tanpa kehadiran non-protein (cofaktor). Kombinasi dari apoenzim dan kofaktor disebut holoenzim. Jika kofaktor dihilangkan, enzim tidak akan berfungsi. Kofaktor dapat berupa metal atau komponen organik membutuhkan komponen molekul organic dengan ikatan yang tidak terlalu kuat yang biasa disebut coenzim. Jika ikatan antara enzim dengan dengan cofaktor sangat kuat, ini disebut grup prostetik.

KOFAKTOR

• Sejumlah enzim masih perlu senyawa lain yg bu kan protein agar dapat melaksanakan fungsi

katalitiknya perlu kofaktor• Enzim sederhana protein saja Enzim yg lebih kompleks protein + kofaktor• Kofaktor logam senyawa organik nonprotein yang spesifik• Ikatan enzim + kofaktor : ada yg kuat (kovalen) ada yang lemah

KOENZIM

• KOENZIM + APOENZIM HOLOENZIM (nonprotein + protein) protein Kofaktor yg berupa katalitik aktif Senyawa organik non Protein yg spesifik

APOENZIM : - bagian protein dari enzim - bila sendirian tidak aktif

• Ikatan enzim + koenzim * kuat membentuk gugus prostetik * lemah membentuk kosubstrat• Fungsi koenzim : sebagai zat perantara pembawa : gugus-gugus, atom-atom dan elektron-elektron yg dipindah- kan dalam reaksi enzimatik• Contoh : 1. Pembawa atom H NAD, NADP, FMN, KoQ 2. Pembawa elektron heme, NHI 3. Pembawa gugus fosfat ATP 4. Pembawa gugus aldehid TPP

VITAMIN B SEBAGAI KOENZIM

• KOENZIM VITAMIN

TPP THIAMIN (VIT B1) NAD/NADP NIASIN FAD RIBOFLAVIN (VIT B2) PIRIDOKSAL-FOSFAT PIRIDOKSIN (VIT B6) KOENZIM A ASAM PANTOTENAT KOENZIM KOHAMIDA VIT B12 KOENZIM FOLAT ASAM FOLAT

KOFAKTOR LOGAM

• Ikatan enzim + kofaktor logam : * kovalen membentuk metalloenzim * lemah • Fungsi kofaktor logam : 1. Ikut langsung pada proses katalisis,

berfungsi menyerupai gugus katalitik 2. Stabilisator tempat katalisis 3. Berikatan dengan S & E

PROENZIM/ZYMOGEN

• Enzim yg disekresi dalam bentuk yg belum aktif• Tujuan : - melindungi organ tubuh - menyediakan bahan setengah jadi• Contoh : Pepsinogen Untuk mengaktifkan pepsinogen perlu H atau

enzim proteolitik H+/pepsin Pepsinogen Pepsin PROENZIM ENZIM AKTIF

Nukleotida

Nukleotida adalah molekul yang tersusun dari gugus basa, gula, dan satu atau lebih gugus fosfat. Basa penyusun nukleotida biasanya adalah berupa purina atau pirimidina sementara gulanya adalah pentosa (ribosa), baik berupa deoksiribosa maupun ribosa.

• Merupakan prekursor / dasar untuk asam nukleat, RNA dan DNA

• Struktur terdiri dari – Basa– Gula– phosphat

• Nukleotida berbeda dengan nukleosida karena nukleosida tdk mempunyai gugus fosfat

• Sehingga kita sering menuliskan nukleotida sebagai – Nukleosida monofosfat– Nukleosida difosfat– Nukleosida trifosfat

Tergantung pada jumlah fosfat yg dimiliki

• Deoksiribonukleotida ditulis dng tambahan “d” menunjukkan adanya gugus hidroksil pd atom C nomer 2

• Terdiri dari 2 golongan :– Ribonukleotida– Deoksiribonukleotida

• Jenis nukleotida : – Nama tergantung pada basanya– Jumlah fosfat yang dimiliki

Adenin AMP, ADP, ATP, dAMP, dADP, dATPGuanin GMP, GDP, GTP, dGMP, dGDP, dGTPSitosin CMP, CDP, CTP, dCTP, dCDP, dCTP Timin TMP, TDP, TTP, -Urasil UMP, UDP, UTP, dUMP, dUDP, dUTP

• Nukleotida mengikat basa nitrogennya pada atom C no. 1, dgn ikatan glikosida

• Gugus fosfat terikat pada gugus hidroksil atom C no. 5

• Kedua kondisi diatas, menyebabkan nukleotida mempunyai sifat sifat:– Gugus phosphat bertindak sbg asam kuat

(pKa= 1)– Gugus amina dr basa purin dan pirimidine,

dpt di protonasi– Nukleotida mampu menyerap sinar uv

dapat diukur konsentrasinya

Asam nukleat• Merupakan bagian organisme hidup yg sangat

penting• Membawa informasi genetika yang akan

diturunkan / ditransfer dr generasi ke generasi. Semua informasi yg ada dlm sel DNA

• Ada 2 macam:– Asam deoksiribonukleat : AND / DNA– Asam ribonukleat : ARN / RNA

• Asam nukleat mrpk polimer nukleotida yg dihubungkan dgn ikatan fosfodiester

DNA (DeoxyriboNucleic Acid )

• Dikenal sebagai materi genetik• Merupakan komponen kromosom• Merupakan polimer deoksiribonukleotida

yg dihubungkan dengan ikatan fosfodiester

• Backbone (rangka) terdiri dr: gugus fosfat dan gula yg saling berseling

• Memiliki orientasi 5’ 3’ jk gugus fosfat dr C5 berikatan dgn OH C3

• Didalam sel dalam jalin ganda (double helix)

• Dimana gugus fosfat berada di luar dan basa nitrogennya di dalam

• Jalin ganda yg terbentuk bersifat anti parallel ?

•Susunan basa nitrogen pada jalin ganda DNA tidak random

Guanin (G) – Sitosin (C)Adenin (A) - Timin (T)

Antara basa nitrogen satu dengan yang lain dihubungkan dengan ikatan hidrogen

•Watson and Crick : replikasi sangat mungkin untuk suatu DNA diperbanyak dg informasi yg sama

• DNA di dalam sel ditemukan 3 bntk utama– Bentuk B– Bentuk A– Bentuk Z

Perbedaanya ?

• seperti halnya protein, asam nukleat juga mempunyai struktur primer, sekunder dan tersier– asam nukleat mempunyai arah sense- Mempunyai individualitas ditentukan dari urutan

basa nitrogennya disebut sebagai struktur primer- Informasi genetik ada pada struktur primer

PP

A

3’

5’

C

PP

3’

5’

G

P

3’

5’

T

P

3’

5’

C

5’

OH

3’ACGTC

Struktur sekunder

• Double helix– Watson n Crick menjawab struktur 3D DNA dgn X-

ray diffraction pattern : hsl penelitian Rosalind Franklin

– Mampu menyimpulkan bahwa :• mempunyai struktur double helix• dengan 10 basa setiap putaran• putaran 360, • basa Nitrogen A-T , G – C• cekukan mayor and minor• double helix memutar ke kanan• self replication

Semikonservatif pd Replikasi DNA

Mekanisme pengkopian DNA melibatkan pembukaan double helix

Setiap rantai menjadi pola / templat untuk pita baru

Semi konservatif apa beda dengan konservatif dan dispersive?

• X-ray diffraction : ada 2 macam• Yg telah diterjemahkan struktur 3 D nya :

B form• Bentuk yang umum adalah B form• A form RNA double helix

– Gugus OH pd RNA tidak memungkinkan melipat lebih dekat membentuk A form yang lebih lebar

Dalam kondisi normal (kondisi fisiologis) DNA relatif stabil

Kadang menjadi tidak stabil krn proses2 replikasi, transkripsi

• Disosiasi double helix DNA denaturasi– apabila DNA dipanaskan diatas melting

temperaturnya (Tm) maka double helix akan terbuka

– Tm tergantung pada rasio (G+C)/(A+T)– G/C content dapat dihitung dengan (G+C) /

(Total Basa N) x 100%

RNA

Ada 4 mcm

• Hn RNA• mRNA• rRNA• tRNA• snRNA

• hnRNA heterogeonous nuclear RNA merupakan hasil transkripsi langsung dr DNA

• mRNA – telah mengalami proses posttranskripsi menghilangkan intron informasi genetik dlm btk codon (urutan 3 nukleotida)

• rRNA – Komponen ribosom dimana translasi berlangsung

• tRNA – Menerjemahkan kode genetik– Menghubungkan antara asam nukleat dengan asam amino

protein• snRNA

– Small nuclear RNA membantu proses splicing dalam post transkripsi proses

Transfer RNA (tRNA)composed of a nucleic acid and a specific amino acid

provide the link between the nucleic acid sequence of mRNA and the amino acid sequence it codes for.

An anticodon a sequence of 3 nucleotides in a tRNA that is complementary to a codon of mRNA Structure of tRNAs

Fungsi biologis• DNA sebagai

pembawa informasi genetik– DNA komponen dr

kromosom• Fungsi yang lain:

– Nukleotida sbg pembawa energi

– Nukleotida sebagi koensim

– enzim