ENZIM

ENZIM
Sistiana Windyariani, Pend Bio UMMI
Pendahuluan
• Enzim adalah protein yang mengkatalisis
reaksi-reaksi biokimia. Enzim biasanya
terdapat dalam sel dengan konsentrasi yang
sangat rendah, dimana mereka dapat
meningkatkan laju reaksi tanpa mengubah
posisi kesetimbangan; artinya baik laju reaksi
maupun laju reaksi kebalikannya ditingkatkan
dengan kelipatan yang sama. Kelipatan ini
biasanya di sekitar 103 sampai 1012
Enzim
• Apakah yang dimaksud situs aktif dan bagaimana
hubungannya dengan struktur enzim?
Degradation reactions
animation
Degradation reactions
Starch
Maltose
Degradation reaction
Substrate Enzyme
Product
Hydrogen Catalase
peroxide
Starch
Amylase
Oxygen and
water
Maltose
Maltose
Maltase
Glucose
Protein
Pepsin
Peptides
Peptides
Protease
Amino acids
Fats
Lipase
Fatty Acids
and Glycerol
Synthesis Reaction
es
Active site
Synthesis reaction
Glucose-1phosphate
Starch
Synthesis reactions
phosphorylase
Glucose-1-phosphate
Starch
(Substrate)
(enzyme) (product)
Karakteristik Enzim
• Enzim mempercepat reaksi kimia tetapi tidak
mempengaruhi keseimbangan akhir.
• Enzim hanya diperlukan dalam jumlah kecil untuk
mengubah sejumlah besar molekul.
• Enzim hanya akan berfungsi pada kondisi pH,
temperatur, konsentrasi substrat, kofaktor
tertentu.
• Enzim bersifat spesifik (khusus) artinya enzim
hanya mengkatalisis reaksi dalam skala kecil atau
dalam beberapa kasus hanya mengkatalis satu
reaksi.
Istilah
• Untuk aktivitasnya enzim sering memerlukan
adanya gugus non protein yaitu ko-faktor.
Istilah gugus prostetik digunakan untuk kofaktor yang terikat kuat oleh ikatan kovalen
terhadap protein enzim, sedangkan koenzim
untuk senyawa yang ikatannya kurang kuat
terhadap enzim. Bagian protein dari enzim
dinamakan apoenzim, sedangkan enzim yang
lengkap dinamakan holoenzim.
Klasifikasi Enzim
• Klasifikasi enzim terutama didasarkan atas
jenis reaksi yang dikatalis. Klasifikasi berikut
menurut versi yang diusulkan oleh Komisi
Enzim dari Uni Biokimia International
(Commision on Enzymes of the International
Union of Biochemistry) tahun 1961. Setiap
enzim terdiri atas kode yang terdiri atas empat
angka. Pertama menunjukkan kelas utama
dari enzim yaitu ada 6 kelompok utama:
Golongan Enzim Utama
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Oksidoreduktasa, mengkatalisis reaksi reduksi
oksidasi. Donor hidrogen atau donor elektron adalah
salah satu substratnya.
Transferasa, mengkatalisis reaksi transfer
(pemindahan) gugus. Dengan bentuk umum A - X +
B, A + B -X
Hidrolasa, mengkatalisis reaksi hidrolisis. Pada C-C, CN, C-O, dan ikatan lainnya.
Lyasa, pemutusan (bukan hidrolitik) Pada C-C, C-N, CO, dan ikatan lainnya, menyisakan ikatan rangkap
dua; atau, penambahan gugus pada ikatan rangkap
dua.
Isomerasa, perubahan, susunan geometris (spasial)
pada suatu molekul.
Lygasa atau sintetasa, mengkatalisis reaksi
penggabungan dua molekul.
Penamaan Enzim
• Setiap enzim memiliki satu nama sistematik yang
menunjukkan kelompok dan sub kelompok.
Contoh laktat: NAD oksidoreduktase, mempunyai
nomor sistematik 1. 1. 1. 27. Angka pertama
menunjukkan bahwa enzim itu termasuk
kelompok satu yaitu oksidoreduktase. Angka
kedua menunjukkan sub kelompok yaitu gugus
kimia yang diubah –CHOH. Angka ketiga
menunjukkan sub-sub kelompoknya yang
menunjukkan bahwa NAD atau NADP sebagai
hidrogen akseptor.
Lanjutan Penamaan Enzim
• Angka keempat menunjukkan enzim.
• Selain nama sistematik, juga dikenal nama
trivial yang lebih pendek dan lebih mudah
dibanding nama sistematik, contoh enzim di
atas lebih umum dikenal sebagai laktat
dehidrogenase.
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Aktivitas Enzim
Four Variables
Enzyme activity
Enzyme Concentration
Four Variables
Substrate Concentration
pH
Temperature
1. Pengaruh konsentrasi enzim
Bila jumlah enzim dalam satu reaksi menjadi
dua kali lipat maka jumlah substrat yang
diubah menjadi produk (hasil) adalah dua kali
lipat juga.
V= kecepatan (jumlah
substrat yang diubah
persatuan waktu)
E= Konsentrasi Enzim
2. Pengaruh konsentrasi substrat
Kecepatan sebanding dengan konsentrasi
substrat. Jumlah substrat 2 kali lipat maka
kecepatannya 2 kali lipat sampai waktu
tertentu dengan catatan konsentrasi enzim
tetap konstan.
Active sites full- maximum turnover
•V sebanding S.
Penggandaan S maka v dua
kali lebih cepat.
•Kecepatan tidak
dipengaruhi S. Penggandaan
S tidak mempengaruhi V
Kompleks enzim substrat
Aktivitas enzim tidak meningkat lagi pada konsentrasi
substrat tertentu, Brown (1902) menduga bahwa enzim
di dalam mengikat molekul substrat mempunyai
kemampuan terbatas yaitu menjadi jenuh. Michaelis
menten mengusulkan suatu persamaan yang
didasarkan kepada asumsi sehingga memungkinkan
diadakannya pengujian hipotesis. Salah satu asumsinya
yaitu:
E
+ S
↔ ES → E + P
enzim + substrat ↔ Enzim substrat → Enzim + Produk
• Namun tidak semua reaksi enzim dapat
dirumuskan seperti di atas. Pada beberapa
peristiwa sering terdapat lebih dari satu kompleks
ES (Enzim Substrat). Skema yang paling umum
dituliskan sebagai berikut:
E + S ↔ ES ↔ ES ‘↔ EP ↔ E + P
Dimana ES adalah bahan antara yang tidak stabil,
ES’ merupakan kompleks substrat yang diaktivasi
dan EP merupakan kompleks Enzim Produk
(hasil).
3. Pengaruh pH
• pH ekstrim dapat mengakibatkan enzim
mengalami denaturasi. Perubahan pH yang
tidak ekstrim mempengaruhi enzim secara
temporer. Setiap enzim mempunyai pH
tertentu dimana enzim memiliki aktivitas
maksimum pH tersebut disebut pH’ optimum
untuk enzim tersebut
Rate of Reaction
pH
1
2
3
4
5
6
7
8
9
pH
Rate of Reaction
Narrow pH optima
Disrupt Ionic bonds - Structure
Effect charged residues at active
site
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Rate of Reaction
Temperature
0
10
20
30
40
50
60
4. Temperature
5- 40oC
Increase in Activity
Rate of Reaction
40oC - denatures
0
<5oC - inactive
10
20
30
40
50
60
Effect of heat on enzyme activty
If you heat the protein above its optimal temperature
bonds break
meaning the protein loses it secondary and tertiary structure
Effect of heat on enzyme activty
Denaturing the protein
Effect of heat on enzyme activty
Denaturing the protein
ACTIVE SITE CHANGES SHAPE
SO SUBSTRATE NO LONGER FITS
Even if temperature lowered – enzyme
can’t regain its correct shape
Energi Aktivasi
• Mengapa reaksi kimia
yang mungkin terjadi
secara termodinamis
kadang-kadang tidak
terjadi tanpa bantuan
enzim?
Energi Aktivasi
• Bagaimana kecepatan reaksi
dalam sel dapat ditingkatkan
tanpa peningkatan suhu dan
konsentrasi reaktan?
Lock and Key
Perbandingan model Induce fit, kunci
dan anak kunci
• Perbandingan model
“induced fit” dan “kunci
dan anak kunci” pada
pengikatan substrat
oleh enzim?
Inhibitors
• Inhibitor adalah bahan kimia yang mengurangi
rata-rata reaksi enzim
• Spesifik dan bekerja pada konsentrasi rendah
• Memblok kerja enzim tp biasanya tidak
merusak enzim
• Banyak obat dan racun merupakan inhibitor
The effect of enzyme inhibition
• Irreversible inhibitors: bergabung dengan
kelompok asam amino di aktive site, tdk dapat
balik
Examples: nerve gases and pesticides,
containing organophosphorus, combine with
serine residues in the enzyme acetylcholine
esterase
The effect of enzyme inhibition
• Reversible inhibitors: dapat balik dengan cara
dialisis
There are two categories:
1) Competitive
2) Non Competitive
Apakah yang membedakan penghambatan kompetitif
dengan penghambatan bukan kompetitif?