ENZIM MUTIARA INDAH Fakultas Kedokteran Universitas Sumatera

ENZIM
MUTIARA INDAH
Fakultas Kedokteran
Universitas Sumatera Utara
I. Pendahuluan.
Tanpa adanya enzim, kehidupan yang kita kenal tidak mungkin ada. Sebagai
biokatalisator yang mengatur semua kecepatan semua proses fisiologis, enzim
memegang peranan utama dalam kesehatan dan penyakit. .Meskipun dalam
keadaan sehat semua proses fisiologis akan berlangsung dengan cara yang tersusun
serta teratur sementara homeostasis akan dipertahankan, namun keadaan
homeostasis dapat mengalami gangguan yang berat dalam keadaan patologis.
I.1. KATALIS
Enzim adalah protein yang berfungsi sebagai katalisator untuk reaksi-reaksi
kimia didalam sistem biologi.
Katalisator mempercepat reaksi kimia. Walaupun
katalisator ikut serta dalam reaksi, ia kembali ke keadaan semula bila reeaksi telah
selesai. Enzim adalah katalisator protein untuk reaksi-reaksi kimia pasa sistem
biologi. sebagian besar reaksi tersebut tidak dikatalis oleh enzim.
Berbeda dengan katalisator nonprotein (H+, OH-, atau ion-ion logam), tiaptiap enzim mengkatalisis sejumlah kecil reaksi, kerapkali hanya satu. Jadi enzim
adalah katalisator yang reaksi-spesifik karena semua reaksi biokimia perlu dikatalis
oleh enzim, harus terdapat banyak jenis enzim. Sebenarnya untuk hampir setiap
senyawa organik, terdapat satu enzim pada beberapa organisme hidup yang mampu
bereaksi dengan dan mengkatalisis beberapa perubahan kimia.
Walaupun aktivitas katalik enzim dahulu diduga hanya diperlihatkan oleh selsel yang utuh (karena itu istilah en-zyme, yaitu, “dalam ragi”), sebagian besar enzim
dapat diekstraksi dari sel tanpa kehilangan aktivitas biologik (katalik)nya. Oleh
karena itu, enzim dapt diselidiki diluar sel hidup. Ekstrak yang mengandung enzim
dipakai pada penyelidikan reaksi-reaksi metabolik dan pengaturanya, struktur dan
mekanisme kerja enzim dan malahan sebagai katalisator dalam industri pada sintetis
senyawa-senyawa yang biologis aktif seperti hormon dan obat-obatan. Karena kadar
enzim serum manusia pada keadaan patologik tertentu dapat mengalami perubahan
yang nyata, pemerikasaan kadar enzim serum merupakan suatu alay diagnostik
yang penting bagi dokter.
Reaksi-reaksi seperti hidrolisa dan oxidasi berlangsung sangat cepat didalam
sel-sel hidup pada pH kira-kira netral dan pada suhu tubuh. Ini dapat terjadi karena
adanya enzim. Enzim disintesa di dalam sel, tetapi setelah diextraksi diluar sel
masih mempunyai aktivitas.
Enzim bekerja sangat sfesifik. Suatu enzim hanya dapat mengatalisa
beberapa reaksi, malahan seringkali hanya satu reaksi saja. Ini merupakan salah
satu sifat penting enzim.
Ada segolongan enzim yang dapat mengatalisa jenis reaksi yang sama,
misalnya memindahkan fosfat, oxidasi-reduksi, dan sebagainya. Oleh karena itu ada
suatu kespesifikan (specificity).
©2004 Digitized by USU digital library
1
II. KESPESIFIKAN ENZIM
Kespesifikan enzim dapat dibedakan dalam :
1. Kespesifikan Optik
Dengan kekecualian epimerase (rasemase), yang saling mengubah isomerisomer optik, enzim umumnya menunjukan kespesifikan optik absolut untuk paling
sedikit sebagian dari molekul substrat. Misalnya maltase dapat mengkatalisa
hidrolisa α-glukosida, akan tetapi tidak dapat bekerja terhadap β-glukosida. Enzim
yang bekerja terhadap D-karbohidrat tidak dapat mengkatalisa L-karbohidrat, begitu
pula dengan enzim-enzim yang mengkatalisa asam L-amino tidak dapat
mengkatalisa asam D-amino.
Kespesifikan optik dapat meluaskesuatu bagian molekul substrat atau ke
substrat keseluruhanya. Glikosidase merupakan contoh dari dua hal yang ekstrim ini.
Enzim-enzim ini yang mengkatalisis hidrolisis ikatan gliosida antara gula dan alkohol,
sangat spesifikuntuk bagian gula dan untuk ikatan (alfa atau beta), tetapi relatif
nonspesifik untuk bagian alkohol atau glikogen.
2. Kespesifikan Gugus
Suatu enzim hanya dapat bekerja terhadap gugus yang khas, misalnya
glikosidase terhadap gugus alkohol, pepsin dan tripsinterhadap ikatan peptida,
sedangkan esterasa terhadap gugus alkohol, pepsin dan tripsin terhasap ikatan
peptida, sedangkan esterase terhadap ikatan ester. Akan tetapi, dalam pembatasan
ini sejumlah besar substrat dapat diolah, jadi, misalnya, pengurangan jumlah enzim
pencernaan yang mungkin sebaliknya dibutuhkan.
Enzim-enzim tertentu menunjukan kespesifikan gugus yang lebih tinggi.
Kamotripsin, terutama menghidrolisa ikatan peptida dimana gugus karboksilnya
berasal dari asam-asam amino fenilalanin, tirosin atau triptofan. Karboksipeptidase
dan amino peptidase memecahkan asam amino masing-masing dari ujung karboksil
atau amino rantai polipeptida.
III. FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KECEPATAN REAKSI
ENZIM
Perubahan suhu dan pH mempunyai pengaruh besar terhadap kerja enzim.
Kecepatan reaksi enzim juga dipengaruhi oleh konsentrasi enzim dan konsentrasi
substrat. Pengruh aktivator, inhibitor, koenzim dan konsentrasi elektrolit dalam
beberapa keadaan juga merupakan faktor-faktor yang penting. Hasil rekasi enzim
juga dapat menghambat kecepatan reaksi.
1. PENGARUH SUHU.
Suhu rendah yang memdekati titik beku biasanya tidak merusak enzim. Pada
suhu dimana enzim masih aktif, kenaikan suhu sebanyak 10OC, 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 37oC. Enzim organismemikro yang hidup dalam
lingkungan dengan suhu tinggi mempunyai suhu optimum yang tinggi.
Sebagian besar enzim menjadi tidak aktif pada pemanasan sampai + 60oC.
Ini disebabkan karena proses denaturasi enzim. Dalam beberapa keadaan, jika
pemanaasan dihentikan dan enzim didinginkan kembali aktivitasnya akan pulih. Hal
ini disebabkan oleh karena proses denaturasi masih reversible. pH dan zat-zat
pelindung dapat mempengaruhi denaturasi pada pemanasan ini.
Hubungan antara aktivitas enzim dan suhu dapat dilihat pada Gambar
berikut.
©2004 Digitized by USU digital library
2
Suhu Optimum
100
% maksimum
aktivitas enzim
0
Suhu
0
70
Gambar.1. Pengaruh suhu terhadap kecepatan reaksi
enzim
2. PENGARUH pH
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 :
1. Pada pH rendah atau tingi, enzim akan mengalami denaturasi.
2. Pada pH rendah atau tinggi, enzim maupun substrat dapat mengalami perubahan
muatan listrik dengan akibat perubahan aktivitas enzim.
Misalnya suatu reaksi enzim dapat berjalan bila enzim tadi bermuatan negatif
(Enz-) dan substratnya bermuatan positif (SH+) :
EnzSH
Enz- + SH+
Pada pH rendah Enz akan bereaksi dengan H+ menjadi enzim yang tidak bermuatan.
Enz-H
Enz- + H+
Demikian pula pada pH tinggi, SH+ yang dapat bereaksi dengan Enz-, maka pada pH
yang extrem rendah atau tiggikonsentrasi efektif SH+ dan enz akan berkurang,
karena itu kecepatan reaksinya juga berkurang. Seperti pada gambar berikut.
©2004 Digitized by USU digital library
3
100
SH+
Enz-
%
0
rendah
pH
tinggi
Gambar.2. Pengaruh pH terhadap kecepatan reaksi enzim
3. PENGARUH KONSENTRASI ENZIM
Kecepatan rekasi enzim (v) berbanding lurus dengan konsentrasi enzim
(Enz). Makin besar jumlah enzim makin cepat reaksinya. Lihat pada gambar.
Dalam reaksinya Enz akan mengadakan ikatan dengan substrat S dan
membentuk kompleks enzim-substrat, Enzs. EnzS ini akan dipecah menjadi hasil
reaksi P dan enzim bebas Enz.
Enz + S
EnzS
Enz + S
Enz + P
Enz + P
Makin banyak Enz terbentuk, makin cepat reaksi ini berlangsung. Ini terjadi
sampai batas tertentu.
v
O
(Enz)
Gambar.3. Pengaruh (Enz) terhadap kecepatan reaksi
©2004 Digitized by USU digital library
4
4. PENGARUH KONSENTRASI SUBSTRT
Bila konsentrasi substrat (S) bertambah, sedangkan keadaan lainya tetap
sama, kecepatan reaksi juga akan meningkat sampai suatu batas maksimum V. Pada
titik maksimum ini enzim telah jenuh dengan subtrat. Seperti pada gambar.
Pada titik-titik A dan B belum semua enzim bereaksi dengan subtrat, maka
pada A dan B penambahan subtrat S akan menyebabkan jumlah EnzS bertambah
dan kecepatan reaksi v akan bertambah, sesuai dengan penambahan S.
Pada titik C semua enzim telah bereaksi denagn subtrat, sehingga
penambahan S tidak akan menambah kecepatan reaksi, karena tidak ada lagi enzim
bebas.
Pada titik B kecepatan reaksi tepat setengah kecepatan maksimum.
Konsentrasi subtrat yang menghasilkan setengah kecepatan maksimum dinamakan
harga Km atau konstanta Michaelis.
C
v
V/2
v
B
A
V/2
[S]
Gambar. 4.Pengaruh [S] terhadap kecepatan reaksi enzim
5. PENGARUH FAKTOR-FAKTOR LAIN
Enzim dapat dirusak dengan pengocokan, penyinaran ultraviolet dan sinar-x,
sinar-β dan sinar-γ. Untuk sebagian ini disebabkan karena oxidasi oleh peroxida yang
dibentuk pada penyinaran tersebut. Kerja enzim juga dipengaruhi oleh adanya
inhibitor seperti obata-obatan dan sebagainya
IV. KLASIFIKASI DAN TATA NAMA ENZIM
Fungsi klasifikasi adalah untuk menekan hubungan dan persamaan dengan
cara yang tepat dan singkat. Usaha semula untuk menciptakan suatu sistem tata
nama enzim-enzim menghasilkan susunan yang membingungkan dari nama-nama
yang tidak pasti artinya dan umumnya tidak mempunyai keterangan apa-apa seperti
emulsin, peptin dan zimase. enzim selanjutnya diberi nama subtratnyan dengan
menambah akhiran “ase”. Jadi enzim-enzim yang memecahkan pati (amilon) disebut
amilase; yang memecahkan lemak (lipos), lipase; dan yang bekerja pada protein,
protease. Golongan enzim-enzim diberi nama oksidase, glikodase, dehidrogenase,
dekarboksilase, dan sebagainya.
Gambaran utama sistem IUB (Internasional Union of Biochemistry) untuk
klasifikasi enzim sebagai berikut :
A. Reaksi-reaksi (dan enzim-enzim yang mengkatalisisnya) dibagi dalam 6 kelas
utama, masing-masing kelas dengan 4-13 sub-kelas. 6 kelas utama itu tersusun
©2004 Digitized by USU digital library
5
dibawah ini dengan beberapa contoh sub-kelas yang penting. Nama yang
terdapat dalam kurungan adalah nama biasa yang lebih dikenal.
B. Nama enzim mempunya 2 bagian. Yang pertama adalah nama substrat atau
substrat-subtrat. Yang kedua, diakhiri dengan “ase”, menunjukan jenis reaksi
yang dikatalisis. Akiran “ase” tidak lagi tercantum langsung pada nama substrat.
C. Keterangan tambahan, bila diperlukan untuk menjelaskan sifat reaksi, dapat
didikuti kata atau kalimat yang diberi tanda kurung. Misalnya, enzim yang
mengkatalisis reaksi L-malat+ NAD+ + piruvat + CO2 + NADH + H = dikenal
sebagai enzim malat, dinamakan 1.1.137 L-malat: NAD oksidoreduktase
(dekarboksilase).
D. Masing-masing enzim mempunyai nomer kade sistemik (E.C.). Nomer ini
menunjukan jenis reaksi sebagai kelas (digit pertama), sub-kelas(digit kedua),
dan sub-kelas (digit ketiga). Digit keempat adalah untuk nama enzim tertentu.
Jadi, E.C. 2.7.1.1. menyatakan kelas 2 (transferase), subkelas 7 (pemindahan
fosfat), sub-kelas 1 (suatu alkohol berfungsi sebagai akseptor fosfat). Digit yang
terakhir menyatakan enzim, heksokinase, atau ATP : D-heksosa-6fosfotransferase, suatu enzim yang mengkatalis pemindahan fosfat dari ATP
kegugus hidroksil pada karbon 6 glikosa.
6 kelas utama enzim dengan beberapa contohnya diberikan dibawah
ini :
1. Oksidoreduktase
Enzim-enzim yang mengkatalisis oksidoreduksi antara 2 substrat s dan S’
Sred + S’oks + S’red
Kelas yang besar dan penting ini meliputi enzim-enzim yang juga dikenal sebagai
dehidrogenase atau sebagai oksidase. Yang termasuk adalah enzim-enzim yang
mengkatalisis oksidoreduksi dari gugus CH-OH, CH_CH, C=O, CH-NH2, dan CH=NH.
Diantara subkelas yang mewakilinya adalah
1.1 Enzim yang bekerja pada gugus Ch-OH sebagai donor elektron.
Misalnya :
1.1.1.1 Alkohol : NAD oksidoreduktase [ alkohol dehidrogenase ]
Alkohol + NAD+ = aldehid atau keton + NADH + H+
sebagai elektron.
1.4
Enzim yang bekerja pada gugus CH-NH2
Misalnya:
1.4.1.3 L-Glutamat : NAD (P) oksidoreduktase (deaminasi) [glutamat dehidrogenase
dari hati binatang]. NAD (P) berarti bahwa baik NAD
maupuncNADP bekerja sebagai akseptor elektron.
L-Glutamat + H2O + NAD(P) = alfa-ketoglutarat + NH4+ + NAD(P)H + H+
1.9 Enzim yang bekerja pada gugus hem dari donor elektron. Misalnya
:
1.9.3.1. Sitokrom c : O2 oksidoreduktase [sitokrom oksedase].
4 sitokrom c reduksi + O2 + 4 H+ = 4 sitokrom c teroksidasi + 2 H2O.
1.11 Enzim yang bekerja pada H2O2 sebagai asektor elektron. Misalnya :
1.11.1.6 H2O2 oksidoreduktase [katalase].
H2O2 + H2O2 = O2 + 2H2 O.
2. Transferase.
Enzim-enzim yang mengkatalisis pemindahan suatu gugus, G (lain dari
hidrogen), antara sepasang substrat S dan S’.
S-G + S’ = S’-G + S
©2004 Digitized by USU digital library
6
Dalam kelas ini termasuk enzim-enzim yang mengkatalisis pemindahan gugus
satu karbon, residu aldehida atauketon, dan gugus yang mengandung asil, alkil,
glikosil, fosfor atau sulfur. Beberapa subkelas penting adalah :
2.3 Asiltransferase. Misalnya :
2.3.1.6 Asetil-KoA : kolin O-aseetiltransferase [ kolin asiltrasferase].
Asetil-KoA + kolin = KoA + asetilkolin.
2.4 Glikosiltransferase. Misalnya :
2.4.1.1 alfa-1,4-glukan : ortofosfat glikosil transferace [fosforilase]
(a;fa-1,4,-glukan)n + ortofosfat = (alfa-1,4 glikosil)n-1 + alfa-D-glukosa-1fosfat.
2.7 Enzim-enzim yang mengkatalisis pemindahan
mengandung fosfat. Misalnya :
2.7.1.1 ATP : D-heksosa-6fosfotransferase [heksokinase]
ATP + D-heksosa = ADP + D-heksosa-6fosfat.
gugus
yang
3. Hidrolase
Enzim-enzim yang mengkatalisi hidrolisis ikatan-ikatn ester, eter, peptida,
glikosil, anhidrida asam, C-C, C-halida, atau P-N. Misalnya :
3.1 Enzim-enzim yang bekerja pada ikatan ester. Misalnya :
3.1.1.8 Asilkolin asil-hidrolase [pseudokolinesterase].
Asilkolin + H2O = kolin + Asam.
3.2 Enzim-enzim yang bekerja pada senyawa glikosil. Misalnya :
3.2.1.23 beta-D-galaktosida galaktohidrolase [beta-galaktosida]
beta-galaktosida + H2O = alkohol + D-Galaktosa.
3.4 Enzim-enzim yang bekerja pada ikatan peptida.
Nama-nama klasik (pepsin, plasmin, rennin, kimotripsin) masih banyak
dipakai karena over lapping dan kespesifikan yang tidak menentu yang membuat
tata-nama menurut sistem tidak praktis pada dewasa ini.
4. liase.
Enzim-enzim yang mengkatalisis pembuangan gugus dari substrat dengan
mekanisme yang lain dari pada hidrolisis, dan meninggalkan ikatan rangkap.
XY
C-C = X-Y + C=C
Yang termasuk golongan ini adalah enzim yang bekerja pada ikatan C-C, C-O,
C-S, dan C-halida. Yang termasuk subkelasnya adalah :
C-N,
4.1.2 Aldehida-liase. Misalnya :
4.1.2.7 Ketosa-1-fosfat = dehidroksoaseton fosfat + aldehida.
4.2 Karboks-oksigen liase. Misalnya :
4.2.1.2 l-malat hidro-liase /fumarase/
L-malt = fumarat + H2O
©2004 Digitized by USU digital library
7
5. Isomerase
Yang termasuk kelas ini adalah semua enzim yang mengkatalisis
interkonversi isomer-isomer optik, geometrik, atau posisi. Beberapa subkelasnya
adalah :
5.1 Rasemase dan epimerase. Misalnya :
5.1.1.1 Alanin rasemase
L-alanin + D-alanin
5.2 Sis-trans isomerrase. Misalnya :
5.2.1.3 Semua trans-retinen 11-sistrans isomerase [retinen isomerase].
Semuatrans-retinen = 11-sis-retinen.
5.3 Enzim-enzim yang mengkatalisis interkonversi aldosa dan
Misalnya:
5.3.1.1 D-gliseraldehida-3-fosfat ketol-isomerase [triosafosfat isomerase].
D-Gliseraaldehida-3-fosfat = dihidroksiaseton fosfat
ketosa.
6. Ligase (ligare = mengikat)
Enzim yang mengkatalisis penggabungan 2 senyawa diikuti oleh pemecahan
ikatan pirofosfat pada ATP atau senyawa yang sejenis. Yang termasuk golongan ini
adalah enzim-enzim yang mengkatalisis reaksi pembentukan ikatan C-O, C-S, C-N,
dan C-C. Subkelasnya diwakili oleh :
6.2 Enzim-enzim yang mengkatalisi pembentukan ikatan G-S. Misalnya :
6.2.1.4 Suksinat : KoA ligase (GDP) [suksinat tiokinase]
GTP + suksinat : KoA ligase (GDP) + Pi + suksinil
6.3 Enzim-enzim yang mengkatalisis pembentukan ikatan C-N. Misalnya :
6.3.1.2 L-Glutamat : Amonia ligase (ADP) [Glutamin sintetase].
ATP + L-Glutamat + NH4 = ADP + oriofosfat + L-Glutamin
6.4 Enzim-enzim yang mengkatalisis pembentukan ikatan C-C. Misalnya :
6.4.1.2 Asetil-KoA : CO2 ligase (ADP) [asetil-KoA karboksilase].
ATP + asetil-KoA + CO2 = ADP + Pi + malonil- KoA
V. KOENZIM
Banyak enzim hanya dapat bekerja (enzim mengkatalis reaksi-reaksi
subtratnya) jika terdapat suatu molekul organok nonprotein yang spesifik. Molekul
organik itu disebut koenzim. Hanya bila enzimdan koenzim keduanya terdapat akan
terjadi katalisis. Sistem komplit enzim dan koenzim disebut holoenzim, sedangkan
bagian protein sistem tersebut dinamakan apoenzim. Jadi :
apoenzim + koenzim + holoenzim
Jenis reaksi yang sering memerlukan partisipasi koenzim adalah
oksidoreduksi, reaksi-reaksi pemindahan gugus dan somerasi, dan yang
menghasilkan pembentukan ikatan kovalen (kelas1, 2, 5, dan 6) sebaliknya, reaksi
lisis, termasuk reaksi hidrolisis seperti yang dikatalis oleh enzim-enzim saluran
pencernaan, tidak memerlukan koenzim (kelas 3 dan 4)
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.
©2004 Digitized by USU digital library
8
VI. MEKANISME KERJA ENZIM
Prinsip umum
Pembicaraan tentang mekanisme yang digunakan untuk mempercepat
kecepatan reaksi melalui 3 contoh yang akan diberikan : katalis asam dan basa
pada umumnya, katalis oleh ion-ion logam, dan katalis oleh enzim yang
mengandung piridoksal fosfat.
Katalisis asam-basa umum
Reaksi yang kecepatanya berubah-ubah akibat perubahan konsentrasi ion
hidrogen atau konsentrasi ion hidronium dalam larutan, tetapi tidak tergantung pada
konsentrasi asam atau basa lainya yang terdapat dalam larutan, dikatakan dapat
mengalami katalisis asam spesifik atau katalisis basa spesifik. Reaksi yang
kecepatanya tergantung pada semua asam dan basa yang terdapat dalam larutan
dikatakan dapat menglami katalisis asam umum (general acid) atau katalisis basa
umum (general base). Mutarotasi glukosa adalah salah satu rekasi yang tunduk pada
katalisis asam-basa umum.
Peranan ion logam
Ion logam melaksanakan peranan katalisi dan struktural yang penting pada
protein. Sebenarnya, lebih dari seperempat dari semua enzim yang dikenal
mengandung ion logam yang berikatan erat atau memerlukan ion logam untuk
beraktivitasnya. Fungsi ion logam ini diselidiki dengan cara fisika, lebih-lebihdengan
kristalografi sinar-X, nuclearmagnetic (ESR). Keterangan ini digabungkan dengan
pengetahuan pembentukan dan kerusakan kompleks logam dan reaksi dalam
lingkaran koordinasi ion logam untuk memberi pengertian tentang peranan ion
logam pada reksi yang dikatalisi oleh enzim.
A. Metaloenzim dan enzim yang diaktifkan logam
Lazim untuk membedakan antara metaloenzim dan enzim yang diaktifkan
oleh logam. Metaloenzim adalah enzim yang mengandung sejumlah tertentu ionlogam yang berfungsi yang dipertahankan selama pemurnian. Enzim yang diaktifkan
oleh logam tidak mengikat logam sekuat seperti pada metaloenzim tetapi meskipun
demikian memerlukan tambahan logam untuk pengaktifanya. Akan tetapi,
perbedaan inin, khususnya tidak membantu, karena dikenal banyak contoh
klasifikasi yang letaknya pada batas perbedaan. Banyak enzim mempertahankan ion
logam selama prosedur pemurnian normal tetapi kehilangan logamnya bila
dimurniakn dengan adanya “chelating agent” (zat-zat pengikat). Aktivitas enzim
kemudian hilang. Aktivitas ini diperbaiki hanya setelah penambahan ion logam.
Perbedaan antara metaloenzim dan enzim yang diaktifkan logam, bila hars ditarik
garis, jadi terletak pada afinitas enzim tertentu untuk ion logamnya. Dari aspek
mekanisme dimana ion logamnya melakukan fungsinya, tampak bahwa keduanya
sama pada metaloenzim dan enzim yang diaktifkan oleh logam.
B. Kompleks rangkap tiga enzim-logam-substrat
Untuk banyak “ternary” (3 komponen) kompleks yang dibentuk antara active
site enzim (Enz), suatu ion logam (M), dan suatu substrat (S) yang menyesuaikan
diri dengan stoikiometri sederhana 1:1:1,4 skema yang mungkin terbentuk adalah :
©2004 Digitized by USU digital library
9
Enz-S-M
Kompleks jembatan substrat
Enz-M-S
Kompleks jembatan logam
sederhana
Enz-S-M
Kompleks jembatan enzim
M
Enz
S
Enz-M-S
Kompleks jembatan logam siklik
Walaupun semua 4 skema adalah mungkin untuk enzim yang diaktifkan logam,
metaloenzim tidak dapat membentuk kompleks jembatan substrat karena mereka
mempertahankan logam selama pemurnian (yaitu, berada sebagai Enz-M)
Selain data pengikatan logam, teksik yang garis besarnya tergantung pada
daftar 6-2 membantu memastikan skema mana yang beroperasi.
Daftar 2 mencatat beberapa enzim untuk mana skema koordinasi telah
ditetapkan.
Dari ini dan muncul data lainya, muncul 2 kesimpulan :
1. Sebagian besar tetapi tidak semua kinase (ATP : fosfotransferase) membentuk
kompeks jembatab substrat dari jenis enz-nukleotida-M.
2. Fosfotransferase yang memakai priruvat atau fosfoenolpiruvat sebagai substrat,
enizm yang mengkatalisis rekasi lain dari fosfoennolpiruvat, dan karboksilase
membentuk kompleks jembatan logam.
C. Kompleks 3 komponen (ternary compleks)
Daftar 6-3 mencatat 3 enzim sebagai pembentuk kompleks jembatan
substrat dan kompleks jembatan enzim. Ini kaarena merka membentuk satu jenis
kompleks jembatan dengan satu substrat dan jenis lain dengan yang lainya. Suatu
teksik yang berguna untuk penyelidikan kompleks logam yang dibentuk oleh 2
substrat enzim adalah untuk membentuk ternary (3 komponen) kompleks “abortif”
antara enzim, ion logam, salah satu substrat, dan salah satu produk.
Kompleks disebut abortif karena mereka tidak dapat menghasilkan suatu reaksi
(produk adalah dimana substrat harusnya berada). Kestabilanya memudahkan
penyelidikan. Data pengurangan proton menunjukan bahwa piruvat kinase dan
kreatin kinase membentuk ternary kompleks abortif dari jenis yang diperhatikan
dibawah ini.
Mn
Piruvat kinase
A
Piruvat
ADP-Mn
Kreatin kinase
Kreatin
Daftar 1. Teknik percobaan untuk menentukan pola koordinasi yang terdapat antara
enzim, ion logam, dan substrat. (NMR, nuclear magnetic resonance; ESR, electron
spin resonance.)
©2004 Digitized by USU digital library
10
Pola Koordinasi
Enz-M-S atau
M
Enz
Teknik Percobaan
Pengaruh Ca2+
Enz-S-M
Biasanya
mengaktifkan
ESR Substrat dengan
Enz-Mn
Spektrum Esr dari
Mn pada M-S dan
pada komplek tersier
Spektrum ESR dari
Fe atau Cu pada
kompleks tersier
Spektrum
identik
S
Biasanya
menghambat
Memperbesar
relaksasi inti
substrat
Spektrum berbeda
Pemisahan yang
sangat halus oleh
inti magnet
substrat
M-Enz-S
Mengaktifkan atau
menghambat
Memperkecil
relaksa inti
substrat
Tidak ada
pemisahan yang
sangat halus
Daftar 2. Pola koordinasi kompleks terner enzim-logam substrat dari beberapa
enzim.Enzim-enzim yang bertanda (+) membentuk pola koordinasi yang berbeda
dengan tiap-tiap subtsratnya. Dalam hal ini, substrat yang bersangkutan disusun
dalam kurung.
Jembatan Substrat
(Enz-S-M)
Jembatan logam (EnzM-S) atau
M
Jembatan enzim (MEnz-S)
Enz
S
Kreatin kinase
Adenilat kinase
3-Fosfogliserat
kinase
Heksokinase
Tetrahidrofolat
sintetase
+ UDPG-Pirofosforilase
(S=UTP)
+Triptofan RNA
sintetase
(S=ATP)
+Valin RNA
(S=ATP)
Piruvat kinase
Pep Karboksilase
Ribosa difosfat
Karboksilase
PEP karboksilase
PEP sintase
Enolase
Fosfoglukomutase
Pirofosfosfatase
Anorganik
Histidin deaminase
D-Xilosa isomerase
Aldolase
Karboksipeptidase
β-Metilaspartase
DNA-polimerase
Nuklease stafilokok
Sitras liase
Dopamin hidroksi
Lasesilae
Glutamin sitetase
+UDPG pirofosforilase
+ Triptofan Rna
sitetase
(S=Ppi)
+Valin RNA sintetase
(S=Ppi)
Perhatikan bahwa Mn membentuk suatu kompleks jembatan logam siklik
dengan satu kinase (privat kinase) dan suatu kompleks jembatan substrat dengan
yang lainya (kreatin kinase). Hasilnya, piruvat dan kreatin, membentuk suatu
kompleks jembatan enzim dengan hbunganya dengan logam. Juga perhatikan
©2004 Digitized by USU digital library
11
bahwa, bila ADP kompleks abortif diganti oleh ATP, suatu reaksi akan terjadi. Data
jenis ini dipakai untuk memberi kesan sifat kompleks yang aktif, dan katalitik.
D. Komplekd-jembatan-enzim (M-Enz-S):
Secara perbandingan sedikit diketahui tentang peranan logam pada
kompleks jembatan-enzim. Mereka diduga melakukan peranan struktural, mungkin
mempertahankan konformasi aktif (misalnya, glutamin sintetase). Peranan ion logam
tidak perlu dibatasi pada stabilisasi, karena logam dapat juga membentuk jembatan
logam dengan substrat. Ini terjadi dengan piruvat kinase.
M
Piruvat kinase
ATP
Kreatin
Selain peranan strukturalnya, ion logam pada piruvat kinase tampak
mengikat satu substrat (ATP) pada tempat dan mengaktifkannya.
E. Kompleks jembatan-substrat (Enz-S-M)
Pembentukan ternary kompleks jembatan substrat nukleosida trifosfat
dengan enzim, logam, dan substrat nampaknya duhubungkan dengan penggantian
air oleh ATP lingkaran koordinasi logam.
ATP- M(H2O)32+ + 3H2O
ATP4- + M(H2O)62+
Substrat kemudian berikatan dengan enzim membentuk kompleks ternary :
Enz- ATP- M(H2O)32+
ATP + M(H2O)32+ + Enz
Sementara reaksi enzim pertama denagn ATP dan selanjutnya dengan logam
dapat lebih cepat, ini tidak di[pikirkan dapat terjadi dalam keadaan fisiologis karena
konsentrasi enzim intrasel umumnya jauh dibawah konsentrasi ATP atau ion logam.
Fungsi ion logam pada reaksi fosfotransferase pembentukan suatu kompleks
lifosfat-adenin yang kaku dari konformasi yang sesuai dalam kompleks kwaterner
yang aktif.
F. Kompleks jembatan-logam :
M
Enz-M-S or Enz
S
Kristalografi sinar-X dan data rangkaian peptida telah menetapkan bahwa
residu histidil adalah yang mengatur pengikatan logam pada active site banyak
protein (misalnya, karboksipeptidase A, sitokrom c, rubredoksin, metmioglobin, dan
methemoglobin). Akan tetapi, sedikit diketahui mengenai mekanisme pembentukan
kompleks binary (2 komponen) Enz-M, kecuali bahwa langkah pembatasan
kecepatan (=rate limiting step0 pada banyak kasus adalah penyingkiran air dari
lingkungan koordinasi ion logam. Untuk banyak peptidase pengaktifan oleh ion
logam adalah proses yang lambata yang memerlukan beberapa jam uintuk
©2004 Digitized by USU digital library
12
penyelesaianya. Karena Mn dapat bergerak dari satu residu asam amino ke residu
asam amino lainya dalam mikrodetik, kecepatan pengikatan logam diperkirakan
sangat cepat. Reaksi yang lambat mungkin adalah rangkaian penyusunan binary
Enz-M ke konformasi yang aktif, yaitu: Pengikatan logam.
Enz- M(H2O)6-n2+ + nH2O
Enz + M(H2O)62+
Penyusunan kembali menjadi konformasi aktif (Enz) :
cepat
M
Enz-M + S
Enz-M-S or Enz
S
G. Peranan ion logam pada katalisis
Ion logam dapat berpartisipasi dalam salah satu dari 4 mekanisme
yang dipakai enzim untuk mempercepat kecepatan reaksi kimia :
1. katalisis asam-asam umum,
2. katalisis kovalen,
3. Mendekatkan pereaksi, dan
4. Mengadakan tekanan pada enzim atau substrat.
Ion logam, seperti proton, adalah asam Lewis atau elektrotil dan oleh karena
itu dapat menerima bagian alam pasangan elektron yang membentuk ikatan sigma.
Ion logam juga dapat dianggap “super acids” karena mereka terdapat pada larutan
yang netral, sering mempunyai muatan posotif yang lebih besar dari pada satu, dan
dapat membentuk ikatan pi. Selain (dan tidak sperti proton) itu, logam dapat
berperan sebagai cetakan 3-dimensi untuk orientasi dan ikatan gugus basa yang
terdapat pada enzim atau substrat.
Ion logam juga dapat menerima elektron melalui ikatan sigma atau pi untuk
mengaktifkan elektrofil atau nukleofil (katalis asam-basa umum).
Denagan
memberikan elektron, logam dapat mengaktifkan nukleofil atau berperan sebagai
nukleofil itu sendiri. Lingkaran koordinasi logam dapat mempersatukan enzim dan
substrat (pendekatan) atau membentuk distorasi yang menghasilakan chelate pada
enzim atau substrat (tekanan0. suatu ion logam uga dapat “menyelubungi’ nukleofil
dan karena itu mencegah reaksi sampingan yang sebaliknya mungkin timbul.
Akhirnya, pengaturan stereokimia dicapai oleh kemampuan lingkaran koordinasi
logam untuk beerperan sebagai cetakan 3-dimensi untuk mengikat gugus-gugus
reaktif pada orientsi sterik yang sfesisik.
Daftar. Contoh-contoh peranan ion
ENZIM
Histidin deaminase
Kinase, liase, piruvat dekarboksilase
Anhidrase karbonat
Enzim kobamida
Piruvat
karboksilase,
Karboksi
peptidase, alkohol dehidrogenase
Protein besi nonhem
Piruvat kinase, piruvat karboksilase
Fosfotransferase, D-xilosa isomerase,
hemoprotein.
logam pada mekanisme kerja enzim
Peranan kerja enzim
Menutupi nukleofil
Mengaktifkan elektrofil
Mengaktifkan nukleofil
Logam berperan sebagai nukleofil
Menarik elektron π
Donor elektron π
Ion logam berkumpul
ikatan
Pengaruh tekanan
dan
mencari
VII. Rangkuman
Enzim merupakan katalisator protein yang mengatur kecepatan berlangsungnya
berbagai proses fisiologis. Sebagai katalisator, enzim ikut serta dalam reaksi dan
kembali ke keadaan semula bila reeaksi telah selesai.
©2004 Digitized by USU digital library
13
Enzim bekerja mengkatalisis reaksi yang spesifik yaitu suatu enzim hanya dapat
mengatalisa beberapa reaksi, malahan seringkali hanya satu reaksi saja. Ini
merupakan salah satu sifat penting enzim. Kespesifikan enzim dapat dibedakan
dalam kespesifikan Optik dan kespesifikan Gugus.
Temperatur, pH, konsentrasi substrat, konsentrasi enzim, inhibitor mengubah
kecepatan reaksi yang dikatalisis enzim dengan implikasi yang penting bagi
kesehatan dan penyakit.
Fungsi klasifikasi enzim adalah untuk menekan hubungan dan persamaan dengan
cara yang tepat dan singkat. Sistem IUB (Internasional Union of Biochemistry) untuk
klasifikasi enzim menggolongkan enzim dalam enam kelas utama yaitu kelas
Oksidoreduktase, Transferase, Hidrolase, Liase, Isomerase, Ligase yang masingmasing kelas mempunyai 4 hingga 13 subkelas.
Banyak enzim memerlukan molekul koenzim untuk dapat berfungsi sebagai
katalisator. Enzim kelas 1,2,5,6 sistem IUB memerlkan molekul koenzim yang
umumnya merupakan derivat vitamin B dan juga derivat nukleotida AMP.
Mekanisme kerja enzim digunakan untuk mempercepat kecepatan reaksi melalui
3 contoh yang akan diberikan : katalis asam dan basa pada umumnya, katalis oleh
ion-ion logam, dan katalis oleh enzim yang mengandung piridoksal fosfat
DAFTAR KEPUSTAKAAN
-
Champe P C PhD , Harvey R A PhD. Lippincott’s Illustrated Reviews:
Biochemistry 2nd .1994 : 47-60
-
Lehninger A, Nelson D , Cox M M .Principles of Biochemistry 2nd 1993 : 198236
-
Murray R K, et al. Harper’s Biochemistry 25th ed. Appleton & Lange. America
2000 : 67-113
-
Stryer L .1995. Biochemistry 4th : 181-237
-
Penuntun Praktikum Biokimia 1976. Edisi 4. Biokimia FK-UI. Jakarta ;.
98-112
-
BIOKIMIA” Eksperimen Laboratorium”. Penerbit Widya Medika. 2000. Bagian
Biokimia FK-UI. Jakarta; 50-65.
©2004 Digitized by USU digital library
14