Oleh : Muhammad Arif M. S.Pi.
Protein yang bertindak sebagai biokatalisator
Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim
ENZIM
Sifat-sifat enzim • Enzim adalah protein • Bekerja spesifik • Berfungsi sebagai katalis • Diperlukan dalam jumlah sedikit • Bekerja secara bolak-balik • Dipengaruhi faktor lingkungan
Komponen enzim
Cara kerja enzim Menurunkan energi aktivasi (energi yang diperlukan untuk reaksi)
Enzim Enzim merupakan katalis dalam sistem biologi/ Biokatalis. Katalis adalah molekul yang berfungsi mempercepat reaksi kimia. Sebagai biokatalis enzim ikut bereaksi, struktur enzim tidak berubah baik sebelum dan sesudah reaksi dan pada akhir reaksi enzim didapatkembali dalam bentuk semula Hampir semua enzim merupakan protein (yg sifatnya fungsional, bukan struktural), namun tidak semua protein bertindak sebagai enzim. Dua sifat penting enzim adalah memiliki daya katalitik yang sangat besar dan sangat spesifik
Enzim protein sederhana
Protein
Enzim
Enzim Konjugasi
Protein + Bukan Protein
Protein = apoenzim
Organik = Koenzim
Bukan protein = Gugus prostetik
Anorganik = kofaktor
Mekanisme pembentukan Kompleks enzim-substrat 1. Emil Fischer menganalogikan substrat dan sisi aktif sebagai anak kunci dan kunci (lock and key) 2. Koshland (induced fit), kesesuaian bentuk awalnya belum ada. Pengikatan substrat menyebabkan perubahan konformasi enzim
lock and key
induced fit
Daya katalitik enzim, kemampuan enzim menempatkan substrat ke dalam kedudukan yang menguntungkan pada kompleks enzimsubstrat Situs/sisi aktif, yaitu tempat tertentu pada molekul enzim untuk mengikat substrat
Kompleks enzim-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 satu
arah, meskipun ada yang mengkatalis reaksi dua arah Bekerjanya spesifik, karena sisi aktif enzim setangkup 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 :
Efisiensi katalistiknya tinggi Derajat kekhususannya tinggi thd substrat
1. 2.
Penamaan & Klasifikasi Enzim:
~ ase : untuk enzim tunggal Sistem ~ ase : untuk enzim kompleks dlm sistem
Klasifikasi enzim √ Enzim diklasifikasikan berdasarkan tipe reaksi 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 memadai karena banyak enzim mengkatalisis substrat yang 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, pertama menunjukkan 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 Sistem penamaan enzim menurut IUB
• Reaksi dan enzim yang mengkatalisis, membentuk 6 kelas, masing-masing mempunyai 4-13 subkelas
EC major classes of enzymes
Klas
Tipe reaksi
Oksidoreduktase
enzim yang mengkatalis reaksi oksidasi-reduksi (memsahkan dan menambahkan elektron atau hidrogen
Transferase (Kinase)
memindahkan gugus senyawa kimia
Hidrolase (protease, lipase, amilase)
Enzim yang mengkatalis reaksi hidrolisis (memutuskan ikatan kimia dengan penambahan air)
Ligase (fumarase)
Mengkatalis reaksi pengabungan dua senyawa yang disertai perurairan 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
Aktivitas Enzim (A.E)
1. Konsentrasi Enzim
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 apoprotein atau apoenzim.
Beberapa elemen anorganik sebagai kofaktor enzim Cu2+ Fe2+ atau Fe3+ K+ Mg2+ Mn2+ Mo Ni2+ Se Zn2+
Sitokrom oksidase Sitokrom oksidase, katalase, peroksidase Piruvat kinase Heksokinase, Glukosa 6-fosfatase, piruvat kinase Arginase, ribonukleotida reduktase Dinitrogenase Urease Glutation peroksidase Karbonik anhidrase, alkohol dehidrogenase, karboksipeptidase A dan B
Beberapa koenzim sebagai pembawa atom spesifik atau gugus fungsi Koenzim
Gugus fungsi yang ditransfer
Prekursor yang ditambah dalam manusia
Biositin Koenzim A
CO2 Gugus asil
5'-deoksiadenosilkobalamin (koenzim B12) Flavin Adenin Dinukleotida Lipoat
Atom H & gugus alkil
Biotin Asam pantotenat & molekul lain Vitamin B12
Nikotinamida Adenin Dinukleotida Piridoksal fosfat Tetrahidrofolat Tiamin pirofosfat
Elektron-elektron & gugus asil ion hidrida (:H-)
Riboflavin (vitamin B2) tidak dibutuhkan dalam makanan Asam nikotinat (niacin)
gugus amino Piridoksin (Vitamin B6) gugus satu karbon Folat 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 3.Bagian katalitik, bagian apoenzim yang berperan dalam melakukan reaksi katalitik 4.Bagian pengendali, bagian apoenzim yang mengendalikan reaksi katalitik 5.Sisi pengikatan substrat, bagian enzim yang berperan dalam pengikatan substrat melalui ikatan kovalen
Aktivitas enzim diatur 2 cara : 1. Pengendalian Katalis secara langsung
Melalui mekanisme katalitik itu sendiri Melalui penggandengan dgn proses lain
a. b.
1. 2. 3.
Ada Hambatan Arus balik Ada Aktivasi prekursor Ada pengendalian berkaitan dgn energi 2. Aktivitas Prekursor
Substrat
A
B
3. Pengendalian yg berkaitan dg energi (spt. ATP)
C
X
Y
1. Hambatan Arus Balik
Z Produ k akhir
2. Pengendalian Genetis (Gambar Tabel 13 – 10 hal. 244)
→ Induksi & respirasi Enzim a. b. c.
Respirasi Sintesis m-RNA Induksi Sintesis m-RNA Pengendalian Positif Sintesis Enzim
METABOLISME KATABOLISME/Disimilasi
Bertujuan untuk pembongkaran atau penguraian suatu molekul
Respirasi Respirasi Aerob
ANABOLISME Bertujuan untuk penyusunan atau sintesis suatu molekul
Fotosintesis / asimilasi Respirasi Anaerob
Katabolisme Karbohidrat Respirasi aerob C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 36 ATP Glikolisis Tiga tahap
Siklus / daur Krebs Sistem transpor elektron
Respirasi anaerob (fermentasi)
Fermentasi alkohol Fermentasi asam laktat
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.
aerob
Enzim heksosinase
Glukos a
Asam Piruvat
ATP
anaerob
ADP
& Mg2+
Glukosa-6 pospat Dihidroksiasetonpospat
Fruktosa -1,6dipospat (6 atom C)
Enzim aldolase
Enzim
Transposporilase pospopiruvat
pospotrio saisomerase
& Mg2+, K+
3-pospo-gliseraldehid
ADP
(3 atom C)
H3PO4
ATP
1,3-dipospo-gliseraldehid Transposporilase pospogliserat &
NAD NADH2
dehidrogenase
Mg2+
Asam 3 pospogliserat
ADP ATP Pospoglisero mutase Asam 2 pospogliserat
Asam 1,3 dipospogliserat Enzim enolase & Mg2+
Asam 2 pospoenol piruvat
H2O
Respirasi aerob CO2 + H2O + energi
Bakteri asam susu
Asam Piruvat
asam susu
+ NAD + energi
(CH3.CHOH.COOH)
CH3.CO.COO H Respirasi anaerob Karboxilase piruvat
Dehidrogenase + NAD.H2 Asetaldehida
Etanol + NAD + energi
CH3.CHO + CO2
(CH3.CH2.OH)
Bakteri asam cuka Asam cuka + energi
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.
Bab 2 Metabolisme
Respirasi aerob Tahapan siklus Krebs NAD+H+ NAD+
Asam malat
NAD+
H2O
NADH +H+
FADH2 NAD+
FAD
NADH +H+ GTP
ADP
GDP + P
ATP
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 ATP.
= 36
Respirasi aerob Sistem transpor elektron
Bab 2 Metabolisme
Bab 2 Metabolisme
Rangkuman reaksi aerob.
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 contoh Produk-Produk yg Dihasilkan beberapa Genus Bakteri Asam Laktat: Streptococcus Lactobacillus Leuconostoc
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 : Propionibacterium Veillonella
Asam propionat bersama dgn asam asetat & karbon dioksida.
Bakteri coli-aerogenes tifoid : Escherichia Enterobacter Salmonella
Asam format, asam asetat, asam laktat, asam suksinat, etil alkohol, karbon diokside, hidrogen, 2,3-butilen glikol (dihasilkan dlm berbagai kombinasi & jumlah bergantung pd genus & spesies.
Kelompok dg contoh beberapa Genus
Produk-Produk yg Dihasilkan
Bakteri Aseton butil alkohol: Clostridium Eubacterium Bacillus
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: Detergents: Textiles: Leather: Pulp and paper:
45 % 34 % 11 % 3 % 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
