Oleh : Muhammad Arif M. S.Pi.

ENZIM

Protein yang bertindak sebagai biokatalisator

Komponen enzimFaktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim

Cara kerja enzimSifat-sifat enzim

• Enzim adalah protein

• Bekerja spesifik

• Berfungsi sebagai katalis

• Diperlukan dalam jumlah sedikit

• Bekerja secara bolak-balik

• Dipengaruhi faktor lingkungan

Menurunkan energi aktivasi (energi yang diperlukan untuk reaksi)

Enzim merupakan katalis dalam sistem biologi/Biokatalis. Katalis adalah molekul yang berfungsimempercepat reaksi kimia.

Hampir semua enzim merupakan protein (ygsifatnya fungsional, bukan struktural), namuntidak semua protein bertindak sebagai enzim. Duasifat penting enzim adalah memiliki daya katalitikyang sangat besar dan sangat spesifik

Enzim

Sebagai biokatalis enzim ikut bereaksi, struktur enzimtidak berubah baik sebelum dan sesudah reaksi dan

pada akhir reaksi enzim didapatkembali dalam bentuksemula

Enzim

Protein Enzim protein sederhana

Protein +Bukan Protein

Protein = apoenzim

Enzim Konjugasi

Bukan protein =Gugus prostetik

Organik =Koenzim

Anorganik = kofaktor

Mekanisme pembentukan Kompleks enzim-substrat

1. Emil Fischer menganalogikan substrat dan sisi aktif sebagaianak kunci dan kunci (lock and key)

2. Koshland (induced fit), kesesuaian bentuk awalnya belum ada. Pengikatansubstrat menyebabkan perubahan konformasi enzim

lock and key induced fit

Daya katalitik enzim, kemampuan enzim menempatkan substrat ke dalam kedudukan yang menguntungkan pada kompleks enzim-

substrat

Kompleks enzim-substrat

Situs/sisi aktif, yaitu tempat tertentu

pada molekul enzim untuk mengikat

substrat

Mekanisme kerja enzim Menurunkan energi

aktivasi Energi aktivasi: jumlah

energi yang diperlukan untuk membawa semua molekul dalam satu mol suatu bahan pada suatu

suhu tertentu dari keadaan awal menuju

keadaan transisi Keadaan transisi, kemungkinan terbentuk dan

terputusnya ikatan kimia

Sifat sifat enzim

Enzim merupakan biokatalisator yang mempercepat jalannya reaksi tampa ikut bereaksi

Thermolabil. Mudah rusak bila dipanskan lebih dari 60 C

Merupakan senyawa protein, shingga sifat protein masih melekat pada enzim

Dibutuhkan dalam jumlah sedikit, sbg biokatalisator , rekasinya menjadi sangat cepat dan berulang ulang

Bekerja didalam sel (endoenzim) dan diluar sel (ektoenzim)

Lanjutan sifat-sifat enzim

Umumnya enzim bekerja mengkatalis reaksi satuarah, meskipun ada yang mengkatalis reaksi duaarah

Bekerjanya spesifik, karena sisi aktif enzimsetangkup dengan permukaan subtrat tertentu

Umumnya enzim tidak dapat bekerja tanpa adanya suatu zat non protein tambahan yang disebut kofaktor.

Enzim : Katalisator (Biokatalisator) Eksoenzim → bekerja di luar sel. Endoenzim → bekerja di dalam sel Holoenzim:

Apoenzim (protein)

Koenzim (BO dgn BM↓) spt Vitamin. Kofaktor (logam, spt : Mg2+, Mn2+, Fe2+, dll) → Koenzim

anorganik

Urease (thn 1926) : pertama kali diisolasi dlm bentuk kristalin.

Ciri-ciri yang menonjol :1. Efisiensi katalistiknya tinggi2. Derajat kekhususannya tinggi thd substrat

Penamaan & Klasifikasi Enzim: ~ ase : untuk enzim tunggal Sistem ~ ase : untuk enzim kompleks dlm sistem

Klasifikasi enzim

Enzim diklasifikasikan berdasarkan tipereaksi dan mekanisme reaksi yang dikatalisis

Semua enzim ini diidentifikasi dengan menambahkan akhiran –ase pada nama substansi atau substrat yang dihidrolisis

Contoh: •lipase menghidrolisis lipid

•amilase menghidrolisis amilum•protease menghidrolisis

protein.

√

√

√

Pemakaian penamaan tersebut tidak memadaikarena banyak enzim mengkatalisis substratyang sama tetapi dengan reaksi yang berbeda

√

Contoh:• enzim yang megkatalisis reaksi reduksi terhadap

fungsi alkohol gula • enzim yang mengkatalisis reaksi oksidasi pada

substrat yang sama.

Sistem penamaan enzim sekarang tetap menggunakan –ase, namun ditambahkan pada

jenis reaksi yang dikatalisisnya

√

√

• Nama enzim terdiri atas 2 bagian, pertamamenunjukkan substrat dan kedua ditambah

dengan -ase yang menunjukkan tipe reaksi yang dikatalisis

Contoh: heksosa isomerase (subsrat: heksosa dengan reaksi isomerase).

Contoh: • enzim dehidrogenase mengkatalisis reaksi

pengeluaran hidrogen• enzim transferase mengkatalisis pemindahan

gugus tertentu.

√

√ International Union of Biochemistry (IUB) telah mengadopsi sistem penamaan yang kompleks

tetapi tidak meragukan berdasarkan mekanisme reaksi

• Reaksi dan enzim yang mengkatalisis, membentuk 6kelas, masing-masing mempunyai 4-13 subkelas

Sistem penamaan enzim menurut IUB

EC major classes of enzymes

Klas Tipe reaksi

Oksidoreduktase enzim yang mengkatalis reaksi oksidasi-reduksi (memsahkandan menambahkan elektron atau hidrogen

Transferase(Kinase)

memindahkan gugus senyawa kimia

Hidrolase(protease, lipase, amilase)

Enzim yang mengkatalis reaksi hidrolisis (memutuskan ikatankimia dengan penambahan air)

Ligase(fumarase)

Mengkatalis reaksi pengabungan dua senyawa yang disertaiperurairan molekul ATP (membentuk ikatan rangkap)

Isomerase(epimerase)

mengkatalisir perubahan isomer

Polimerase(tiokinase) menggabungkan monomer-monomer sehingga terbentuk polimer

Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim Konsentrasi enzim Suhu Aktivator dan inhibitor pH Konsentrasi substrat

Yang Mempengaruhi Aktivitas Enzim

1. Konsentrasi EnzimAk

tivita

s En

zim

(A.E

)

Konsentrasi Enzim (K.E)

2. Konsentrasi Substrat

3. pH & Suhu

Pengaruh suhu terhadap reaksi enzimatis

Seperti halnya protein lainnya, enzim memiliki bobot molekul diantara 12.000 hingga lebih dari 1 milyar.

Beberapa enzim lain membutuhkan komponen kimia tambahan untuk dapat beraktivitas yang disebut Kofaktor – satu atau lebih ion anorganik, seperti Fe2+, Mg2+, Mn2+, atau Zn2+, atau organik komplek atau molekul metaloorganik yang disebut Koenzim

Suatu koenzim atau ion metal yang terikat sangat kuat melalui ikatan kovalen disebut gugus prostetik.

Holoenzim merupakan enzim yang lengkap, enzim yang secara katalitik berikatan dengan koenzim dan/ atau ion metal. Bagian protein dari enzim disebut apoproteinatau apoenzim.

Beberapa elemen anorganik sebagai kofaktor enzim

Cu2+ Sitokrom oksidaseFe2+ atau Fe3+ Sitokrom oksidase, katalase, peroksidaseK+ Piruvat kinaseMg2+ Heksokinase, Glukosa 6-fosfatase,

piruvat kinaseMn2+ Arginase, ribonukleotida reduktaseMo DinitrogenaseNi2+ UreaseSe Glutation peroksidaseZn2+ Karbonik anhidrase, alkohol

dehidrogenase, karboksipeptidase A danB

Beberapa koenzim sebagai pembawa atom spesifik atau gugus fungsi

Koenzim Gugus fungsi yang ditransfer

Prekursor yang ditambahdalam manusia

Biositin CO2 BiotinKoenzim A Gugus asil Asam pantotenat & molekul

lain5'-deoksiadenosil-kobalamin (koenzimB12)

Atom H & gugus alkil

Vitamin B12

Flavin Adenin Dinukleotida Lipoat

Elektron-elektron & gugus asil

Riboflavin (vitamin B2) tidak dibutuhkan dalammakanan

Nikotinamida Adenin Dinukleotida

ion hidrida (:H-) Asam nikotinat (niacin)

Piridoksal fosfat gugus amino Piridoksin (Vitamin B6)Tetrahidrofolat gugus satu karbon FolatTiamin pirofosfat Aldehid Tiamin (Vitamin B1)

Denaturasi & Renaturasi

Denaturasi terjadi karena:Pemanasan, perubahan pH (asam/basa), konsentrasi

garam tinggi → fungsi enzim berkurang/hilang aktivitasnya

Denaturasi reversibel (protein dapat kembali membentu folding yang tepat dan mempunyai aktivitas biologi, disebu

renaturasi)

→

Denaturasi irreversibel (protein/albumin putih telur bila dipanaskan)

→

Istilah-istilah dalam mempelajari enzim

1.Pusat aktif, bagian enzim yang berperan dalam pengikatan substrat

2.Sisi aktif, gugus/atom pada polipeptida yang langsung terlibat dalam reaksi katalitik

5.Sisi pengikatan substrat, bagian enzim yang berperan dalam pengikatan substrat melalui ikatan kovalen

3.Bagian katalitik, bagian apoenzim yang berperan dalam melakukan reaksi katalitik

4.Bagian pengendali, bagian apoenzim yang mengendalikan reaksi katalitik

Aktivitas enzim diatur 2 cara :

a. Melalui mekanisme katalitik itu sendirib. Melalui penggandengan dgn proses lain

1. Ada Hambatan Arus balik2. Ada Aktivasi prekursor3. Ada pengendalian berkaitan dgn energi

1. Pengendalian Katalis secara langsung

A B C X Y Z

2. Aktivitas Prekursor

Produk akhir

1. Hambatan Arus Balik

3. Pengendalian yg berkaitan dg energi (spt. ATP)

Substrat

a. Respirasi Sintesis m-RNAb. Induksi Sintesis m-RNAc. Pengendalian Positif Sintesis Enzim

2. Pengendalian Genetis (Gambar Tabel 13 – 10 hal. 244)

→ Induksi & respirasi Enzim

METABOLISME

KATABOLISME/Disimilasi ANABOLISMEBertujuan untuk pembongkaran atau penguraian suatu molekul

Bertujuan untuk penyusunan atau sintesis suatu molekul

Respirasi

Respirasi Aerob

Respirasi Anaerob

Fotosintesis / asimilasi

Respirasi aerobC6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 36 ATP

Tiga tahap

Glikolisis

Sistem transpor elektron

Siklus / daur Krebs

Respirasi anaerob (fermentasi)

Fermentasi alkohol

Fermentasi asam laktat

Katabolisme Karbohidrat

Rangkaian reaksi yang menguraikan satu molekul glukosa menjadi dua molekul asam piruvat.

Glikolisis terdiri dari 10 tahap masing-masing dikatalis oleh enzim.

Dari 10 tahap tersebut dapat dikelompokkan menjadi 2 fase yaitu:

Fase persiapan (1 sampai 5) glukosa diubah menjadi 2 senyawa 3 karbon.

Fase oksidasi (6 sampai 10) senyawa tiga karbon diubah menjadi asam piruvat.

Piruvat mengalami dekarboksilasi oksidatif menjadi Asetil CoA merupakan penghubung antara Glikolisis dengan siklus Krebs.

Glukosa

Fruktosa -1,6dipospat(6 atom C)

Glukosa-6 pospat

ATP

ADP

Enzim heksosinase

& Mg2+

3-pospo-gliseraldehid(3 atom C)

Dihidroksiaseton-pospat

Enzim

aldolase

Enzim

pospotrio saisomerase

1,3-dipospo-gliseraldehid

H3PO4

Asam 1,3 dipospogliserat

NADNADH2dehidrogenase

Asam 3 pospogliserat

Transposporilase pospogliserat

& Mg2+

Asam 2 pospogliserat

Pospoglisero mutaseAsam 2 pospoenol

piruvat

Enzim enolase

& Mg2+ H2O

Asam Piruvat

Transposporilase pospopiruvat

& Mg2+, K+

ATP

ADP

ADPATP

aerob

anaerob

Asam Piruvat

CH3.CO.COOH

Respirasi aerobCO2 + H2O + energi

Respirasi anaerob

Bakteri asam susuasam susu + NAD + energi

(CH3.CHOH.COOH)

Asetaldehida

CH3.CHO + CO2

Dehidrogenase + NAD.H2

Etanol + NAD + energi

(CH3.CH2.OH)

Asam cuka + energi

Bakteri asam cuka

Karboxilase piruvat

Gugus berkarbon 2 acetil – CoA memasuki siklus.

Terdiri dari beberapa tahap( 9 rangkaian reaksi).

Masing-masing dikatalisis oleh enzim-enzim khusus.

ATP yang secara langsung dihasilkan adalah 2 ATP.

Di hasilkan 2 molekul CO2.

8 elektron dilepaskan.

Tahapan siklus Krebs

Bab 2 MetabolismeRespirasi aerob

NAD+H+

FAD

FADH2

NADH +H+

NAD+

NAD+

NAD+

NADH +H+

GTP GDP + P

ADP ATP

Asam malat

H2O

Terjadi di bagian membran dalam mitokondria. Hidrogen dari siklus krebs diubah menjadi

proton dan elektron. O2 berperan sebagai aseptor

(penerima) elektron yang terakhir. Setelah menerima elektron O2 akan menerima (

H+ ) menjadi H2O. ATP yang dihasilkan 32 ATP.

Glikolisis energi yang dihasilkan = 2 ATP.

Siklus krebs energi yang dihasilkan = 2 ATP.

Transfer elektron energi yang dihasilkan =32 ATP.

Total energi yang dihasilkan adalah = 36 ATP.

Sistem transpor elektron

Bab 2 MetabolismeRespirasi aerob

Rangkuman reaksi aerob.

Bab 2 Metabolisme

Fermentasi alkohol

C6H12O6 2CO2 + 2C2H5OH + 2 ATP

(a) Tahapan fermentasi alkohol. (b) Jamur ragi (yeast).

Fermentasi asam laktat

C6H12O6 2CO2 + 2 asam laktat + 2 ATP

Tahapan reaksi fermentasi asam laktat.

Fotosintesis

Tahapan reaksi terang

Fotosintesis

Tahapan reaksi gelap

Kelompok Bakteri dgn Produknya dari Proses Disimilasi Glukosa

Tabel 14-3. bakteri dikelompokkan menurut produk-produk dari disimilasi glukose

Kelompok dg contohbeberapa Genus

Produk-Produk yg Dihasilkan

Bakteri Asam Laktat:StreptococcusLactobacillusLeuconostoc

Hanya asam laktat atau asam laktat bersama dgn asam asetat, asam format, d etil alkohol; Spesies yg menghasilkan hanya asam laktat adalah homofermentatif, dan yg menghasilkan asam laktat bersama senyawa-senyawa lain adalah heterofermentatif.

Bakteri Asam Propionat :PropionibacteriumVeillonella

Asam propionat bersama dgn asam asetat & karbon dioksida.

Bakteri coli-aerogenes tifoid :EscherichiaEnterobacterSalmonella

Asam format, asam asetat, asam laktat, asamsuksinat, etil alkohol, karbon diokside, hidrogen, 2,3-butilen glikol (dihasilkan dlm berbagaikombinasi & jumlah bergantung pd genus & spesies.

Kelompok dg contohbeberapa Genus

Produk-Produk yg Dihasilkan

Bakteri Aseton butil alkohol:ClostridiumEubacteriumBacillus

Asam butirat, butil alkohol, aseton, isopropil alkohol, asam asetat, asam format, etil alkohol, hidrogen, dan karbon diokside (dihasilkan dlm berbagai kombinasi & jumlah bergantung pd spesies).

Bakteri Asam asetat :Acetobacter

Asam asetat, asam glukonat, asam kojat

Industrial Enzyme Market

Annual Sales: $ 1.6 billion

Food and starch processing: 45 %Detergents: 34 %Textiles: 11 %Leather: 3 %Pulp and paper: 1.2 %

Protease: protease netral dari Aspergillus dan Alkali dari Bacillus Deterjen biologi: subtilisin dari Bacillus licheniformis

dan B. subtilis Penjernihan wine Pengolahan kulit Pembuatan keju Pengempukan daging dsb

Lipase terutama dari Bacillus, Aspergillus, Rhizopus, dan Rhodotorula Deterjen biologis Pengolahan kulit – penghilangan lemak Produksi senyawa flavor Pengolahan susu dan daging

Sumber: Aspergillus dan Bacillus Untuk pengolahan pati menjadi sirup gula Modifikasi tepung dalam pembuatan roti Hidrolisis pati pada industri wine Detergen biologis Manufaktur tekstil

Bacillus polymyxa, Streptomyces, Rhizopus Untuk produksi sirup maltosa Industri beer: meningkatkan gula yg dapat

difermentasi. Amiloglukosidase: A. niger, R. niveus

Produksi sirup glukosa Roti, Beer, wine Juice buah