PENDAHULUAN MAKANAN DICERNA DIMETABOLISME dalam saluran pencernaan dalam sel • METABOLISME : – KATABOLISME MOLEKUL YG LEBIH BESAR MOLEKUL YG LEBIH KECIL GLUKOSA CO2 + H2O + ENERGI – ANABOLISME = SINTESIS MOLEKUL YG LEBIH KECIL MOLEKUL YG LEBIH BESAR GLUKOSA GLIKOGEN ENZIM SEL JARINGAN ORGANISME tersusun dari molekul2 REAKSI KIMIA 1 Organisme sel molekul enzim Endoplasmik retikulum ribosom cytoskeleton inti mitochondrion Golgi app. sitosol Sel eukariot lisosom peroxisom 2 • I. BIOKIMIA SUSUNAN KIMIAWI PROSES2 KIMIA • ENZIM : DALAM ORGANISME virus, bakteri, tumbuhan, hewan, manusia PROTEIN BIOKATALISATOR • ALUR METABOLIK E E E E E E E A P B C D E F G 1 • • • • 2 3 4 5 6 7 A= substrat awal P= produk akhir B,C,D,E,F,G= senyawa2 antara (intermediates) E1 searah E. regulator 3 • LETAK ENZIM DALAM SEL – BERKAITAN DGN FUNGSI ORGANEL Ybs. – E. MITOKONDRIAL REAKSI PENGADAAN ENERGI Reaksi oksidasi Energi Rantai respirasi dalam mitokondria – E. RIBOSOMAL SINTESIS PROTEIN • KATALISATOR mempercepat reaksi – IKUT SERTA DALAM REAKSI KIMIA & MEMPERCEPAT REAKSI KIMIA, TETAPI PD. AKHIR REAKSI AKAN DIDAPAT KEMBALI SEPERTI SEMULA – DIBUTUHKAN DLM. JUMLAH KECIL CELAH AKTIF E + + S KOMPLEKS [ES] E P 4 • 1. 2. 3. 4. KATALISATOR INORGANIK H+, OH-, Pt E. aktivasi - 1. 2. 3. 4. ENZIM PROTEIN biokatalisator E aktivasi BEREAKSI SPESIFIK TIDAK TAHAN PANAS 5 kead. transisi tanpa katalisator E. bebas E. level = G Ea dgn katalisator inorg Ea' dgn enzim Ea'' kead. awal G = Perubahan E. bebas kead. akhir Perjalanan reaksi 6 keadaan awal pd suhu tertentu Reaksi kimia : A P Lab kimia : dipanasi di + katalisator Sistem biologis : - suhu konstan - + Enzim A+B C+D ΔG = 0 seimbang ΔG < 0 Rx ke kanan bersifat eksergonik ΔG > 0 Rx ke kanan bersifat endergonik 7 • Ea = ENERGI AKTIVASI JUMLAH ENERGI YG DIPERLUKAN UNTUK MEMBAWA SEMUA MOLEKUL DLM. 1 MOLE SUATU BAHAN PD. SUATU SUHU TERTENTU DR. KEADAAN AWAL MENUJU KEADAAN TRANSISI MENGATASI HAMBATAN ENERGI • ΔG : PERUBAHAN ENERGI BEBAS TIDAK DIPENGARUHI KATALISATOR 8 ENZIM BEREAKSI SPESIFIK artinya : SUATU ENZIM HANYA DAPAT BEREAKSI DGN. SUATU SUBSTRAT TERTENTU atau PD. SEJUMLAH KECIL SENYAWA SEJENIS CONTOH : LAKTOSA GLUKOSA + GALAKTOSA Laktase Heksokinase : - GLUKOSA - HEKSOSA LAIN: FRUKTOSA DAYA IKAT (AFINITASNYA) BEDA Km beda 9 • KEKHUSUSAN ENZIM – K. ABSOLUT – K. RELATIF – K. OPTIK MALTASE – K. GUGUS ALKOHOL DEHIDROGENASE • DIPENGARUHI OLEH: – IKATAN E-S active site – SIFAT GUGUS KATALITIK – KOFAKTOR E • S AB C 2x 2A 2B 2C 3x 3A 3B 3C x • E / K TIDAK BERHUBUNGAN SECARA STOIKIOMETRIK DENGAN REAKTAN / PRODUK 10 KLASIFIKASI & TATANAMA ENZIM • NAMA ENZIM – DULU SEDERHANA Mis: EMULSIN, PTYALIN – ‘S’ + ASE Mis: UREASE, LIPASE JENIS REAKSI + ASE Mis: TRANSFERASE, DEHIDROGENASE ‘S’ + JENIS REAKSI + ASE Mis: MALAT DEHIDROGENASE ‘S’ Jenis reaksi – TATANAMA ENZIM IUBMB: 1. 2. REAKSI & ENZIMNYA DIBAGI DALAM 6 KELAS UTAMA NAMA ENZIM T.D. 2 BAGIAN: Bgn. 1 NAMA SUBSTRAT Bgn. 2 JENIS REAKSI + ASE 11 KLASIFIKASI & TATANAMA ENZIM (lanjutan) Mis: 1.1.1.1 Alkohol : NAD Oksidoreduktase = alkohol dehidrogenase 3. INFORMASI TAMBAHAN DALAM ( ) Mis: 1.1.1.37 L-MALAT : NAD OKSIDOREDUKTASE (decarboxylating) L-MALAT + NAD+ PIRUVAT + CO2 + NADH + H+ 1.1.1.37 L-MALAT : NAD OKSIDOREDUKTASE L-MALAT + NAD+ OKSALOASETAT + NADH + H+ 12 NOMOR KODE SISTEMATIK Enzim yg dimaksud Mis : EC.2.7.1.1 Heksokinase Akseptor gugus alkohol Transferase Transfer fosfat -D-GLUKOSA -D-GLUKOSA 6-P Glukokinase/Heksokinase 13 KELAS-KELAS ENZIM MENURUT IUBMB, ADA 6 KELAS (GOLONGAN) UTAMA: 1. OKSIDOREDUKTASE : MENGKATALISIS REAKSI OKSIDASI – REDUKSI. P.U. : ENZIM2 PD. PROSES OKSIDASI BIOLOGIS Laktat dehidrogenase PIRUVAT + NADH + H+ 2. LAKTAT + NAD+ TRANSFERASE : MENGKATALISIS TRANSFER/PEMINDAHAN GUGUS FUNGSIONAL (BUKAN HIDROGEN) ANTARA SEPASANG SUBSTRAT S–G + S’ S’–G + S Heksokinase/Glukokinase -D-GLUKOSA+ATP -DGLUKOSA-6-P +ADP 14 3. HIDROLASE : MENGKATALISIS PEMBELAHAN HIDROLITIK Contoh : Enzim - Amilase - Lipase - Karboksi peptidase A -D-GALAKTOSIDA + H2O suatu alkohol + D-galaktosa 15 4. LIASE (LYASE) : MENGKATALISIS REAKSI PEMBENTUKAN ATAU PEMECAHAN IKATAN RANGKAP DUA, ATAU PEMBELAHAN LAIN YG. MENYANGKUT PENYUSUNAN KEMBALI ELEKTRON Contoh : ALDOLASE : KETOSA-I-P ALDOSA + DIHIDROKSI ASETON-P FUMARASE : HO – CH – COOH H – C – COOH | = || + H2O CH2 – COOH HOOC – C – H MALAT FUMARAT PIRUVAT DEKARBOKSILASE : O O || || – OOC – C – CH + H+ CO2 + H – C – CH3 3 PIRUVAT ASETALDEHID 16 5. ISOMERASE : MENGKATALISIS PENYUSUNAN KEMBALI INTRAMOLEKULER All Trans – retinin 11 – cis – retinin 6. LIGASE : MENGGABUNGKAN 2 MOLEKUL, DISERTAI PEMUTUSAN IKATAN PIROFOSFAT PD. ATP ATAU SENYAWA SEJENIS Mis : ~ PIRUVAT KARBOKSILASE : O || – OOC – C – CH + CO 3 2 O || – OOC – C – CH – COO – 2 ATP PIRUVAT ADP+Pi OKSALOASETAT 17 LIGAND MOLEKUL KECIL YG BISA TERIKAT PADA MOLEKUL BESAR S E E A S=SUBSTRAT I=INHIBITOR A=AKTIVATOR E=ENZIM S I A E I LIGAND 18 STRUKTUR PROTEIN H O | || +H N – C – C – N – 3 | | R1 H ujung amino bebas » 3 H | C–C | R O O– ujung karboksil bebas IKATAN PEPTIDA H | R – C – COOH | NH2 asam amino » +H N H O H O | || | || C–C–N–C–C–––N– | | | | R2 H R3 H • ASAM AMINO DALAM LARUTAN SELALU BERMUATAN • PROTEIN JUGA SELALU BERMUATAN COO– aa1 aa2 aa3 aa4 aa5 RANTAI PEPTIDA 20 jenis a.a. dasar aa6 19 STRUKTUR PRIMER PROTEIN : • URUTAN ASAM AMINO PD. RANTAI PEPTIDA DR. UJUNG AMINO BEBAS SAMPAI UJUNG KARBOKSIL BEBAS (awal) (akhir) URUTAN a.a JUMLAH a.a PD. TIAP JENIS RANTAI PROTEIN TIDAK SAMA (BERBEDA) letak ujung NH3+ letak ujung –COOH– letak suatu a.a H | R – C – COOH | NH3+ pH < iep +H+ H | R – C – COO– | NH3+ iep muatan=0 +OH– H | R – C – COO– | NH2 pH>iep pKa COOH < NH3+ 20 STRUKTUR SEKUNDER : H H O | | || –N–C–C– | CH2 | S ikatan | disulfida S | CH2 | –N–C–C– | | || H H O * Helix R | C–C–N– || | | O H H : : : : ikatan : : Hidrogen : : H H O | | || –N–C–C | R * Lain2 : * LIPIT = - PLEATED * KUMPARAN ACAK = RANDOM COIL Cys – SH Cys – SH 21 STRUKTUR TERSIER : celah aktif E Dari satu untai rantai polipeptida monomer - Contoh : MIOGLOBIN (MYOGLOBINE) MONOMER - Struktur Tersier : - IKATAN HIDROGEN 2 YG. LEMAH IKATAN 2 - GAYA VAN DER WAALS 22 STRUKTUR KUARTERNER : T.D. SATU UNTAI RANTAI POLIPEPTIDA • MONOMER PROTOMER • HANYA SAMPAI STRUKTUR TERSIER DIMER subunit • TETRAMER subunit TERMASUK STRUKTUR KUARTERNER • OLIGOMER POLIMER 23 STRUKTUR KUARTERNER : • SATU MOLEKUL T.D. > 1 RANTAI PEPTIDA • T.D. 2 SUBUNIT ATAU LEBIH 1 SUBUNIT ~ 1 RANTAI PEPTIDA • DIIKAT OLEH : IKATAN2 YG – IKATAN HIDROGEN LEMAH – IKATAN ELEKTROSTATIK • KEGUNAAN : – SUPAYA MOLEKULNYA LEBIH STABIL – UNTUK MENDAPAT FUNGSI TERTENTU ENZIM CELAH AKTIF (ACTIVE SITE) 24 25 RANTAI POLIPEPTIDA ADA YG SAMA SEMUA, ADA YG. BEDA Hb : 22 LDH : M4 H4 M3H M2H2 MH3 gen rantai susunan a.a rantai ISOZIM MENGKATALISIS REAKSI YG SAMA 26 ~ : DIMER OLIGOMER : TETRAMER POLIMER ~ T.D. BANYAK SUBUNIT (BANYAK RANTAI POLIPEPTIDA) 4 RANTAI POLIPEPTIDA 4 SUBUNIT ~ PH/PH, t DENATURASI STRUKTUR PROTEIN RUSAK, TP. TIDAK SAMPAI MERUSAK STRUKTUR PRIMER ikt peptida ~ IKATAN PEPTIDA IKATAN DISULFIDA ~ PROTEIN : - ENZIM - KOLAGEN IKATAN YG. KUAT, TIDAK RUSAK FUNGSIONAL STRUKTURAL 27 CARA KERJA ENZIM celah aktif = celah katalitik = celah pengikat substrat ~ E + E : ENZIM S : SUBSTRAT P : PRODUK S E Kompleks E-S + P ~ UKURAN MOLEKUL E : BESAR UKURAN MOLEKUL S : KECIL ~ DALAM SISTEM BIOLOGIS : KADAR E << KADAR SUBSTRAT ~ IKATAN E–S IKATAN YG, LEMAH 28 KEKHUSUSAN ENZIM • BILA ADA KESESUAIAN ANTARA CELAH AKTIF DGN. SUBSTRAT PD. STRUKTUR 3 DIMENSINYA MAUPUN GUGUS REAKTIF YG. DIMILIKI KEDUANYA. 29 ~ GUGUS REAKTIF ASAM AMINO GUGUS YG. PUNYA POTENSI UNTUK BEREAKSI, TDP. PD. RANTAI ‘R’. SH R | CH2 | + H3 N – C – COO– | H Cysteine (Cys) C SISTEIN H R – C – COO– | NH3+ OH R | CH2 | + H3 N – C – COO– | H Serin (Ser) S S ~ E • • GUGUS REAKTIF YG. BERPERAN LANGSUNG PD. PROSES KATALISIS ADALAH GUGUS REAKTIF PD. CELAH AKTIF – LOGAM BERAT MENGIKAT GUGUS –SH E MENJADI INAKTIF Hg++ 30 CELAH AKTIF (ACTIVE SITE) • CELAH KATALITIK • CELAH PENGIKAT ‘S’ • • • CELAH AKTIF TERBENTUK O. K. ADANYA STRUKTUR TERSIER PD. CELAH AKTIF DIDAPATKAN GUGUS2 REAKTIF DARI ASAM2 AMINO YG. AKAN MELAKUKAN REAKSI KATALITIK. ASAM2 AMINO TSB. MUNGKIN BERJAUHAN DLM. STRUKTUR PRIMERNYA, TTP. BERDEKATAN DLM. STRUKTUR TERSIERNYA. GUGUS2 REAKTIF DI CELAH AKTIF : – GUGUS2 PENGIKAT S – GUGUS2 KATALITIK 31 MEKANISME KATALISIS ENZIM + MOLEKUL BESAR E S MOLEKUL KECIL + Kompleks ES P ACTIVE SITE (BENTUK CELAH) = CATALYTIC SITE = SUBSTRATE BINDING SITE GUGUS2 PENGIKAT ‘S’ GUGUS2 KATALITIK GUGUS REAKTIF ASAM2 AMINO DI DAERAH TSB. 32 TEORI KUNCI & ANAK KUNCI FISHER TEORI KESESUAIAN IMBAS (KOSHLAND INDUCE FIT THEORY) PENGIKATAN S KESESUAIAN BENTUK PERUBAHAN KONFIRMASI (SUSUNAN ATOM DLM RUANG) FIT = PAS • BENTUK BERPASANGAN TERJADI SETELAH E MENGIKAT S 33 KOFAKTOR • ENZIM : – SEDERHANA PROTEIN SAJA – YG. LEBIH KOMPLEKS PROTEIN + KOFAKTOR • KOFAKTOR : – LOGAM – SENYAWA ORGANIK NON PROTEIN YG. SPESIFIK (KOENZIM) • IKATAN ENZIM – KOFAKTOR : – ADA YG. KUAT (KOVALEN) – ADA YG. LEMAH • ENZIM YG. PERLU KOFAKTOR HARUS MENGIKAT KOFAKTORNYA TERLEBIH DAHULU SEBELUM MELAKUKAN PROSES KATALISIS. Mg++ • Ex. : GLUKOSA + ATP GLUKOSA–6P + ADP Heksokinase 34 KOFAKTOR LOGAM • • ~ IKATAN KUAT / KOVALEN : METALLO-ENZIM ~ IKATAN YG. LEMAH FUNGSI : 1. IKUT LANGSUNG PD. PROSES KATALISIS ~ GUGUS KATALITIK 1. STABILISATOR TEMPAT KATALISIS 2. IKATAN DGN. ‘S’ DAN ‘E’ (MENDEKATKAN ‘S’ DAN ‘E’) • • • E–S–L L–E–S E–L–S E L | S – Zn++ KARBOKSIPEPTIDASE – Mg++ HEKSOKINASE – Fe++ / Fe+++ SISTEM SITOKROM 35 KOENZIM KOENZIM + APOENZIM HOLOENZIM BGN PROTEIN KOFAKTOR BERUPA SENYAWA ORGANIK NON PROTEIN YG. SPESIFIK KATALITIK AKTIF APOENZIM : - BAGIAN PROTEIN DR. ENZIM - JK. SENDIRIAN TIDAK AKTIF IKATAN : KUAT / KOVALEN : GUGUS PROSTETIK H2O2 + H2O2 Katalase 2H2O + O2 KATALASE : GUGUS PROSTETIKNYA SUATU HEME SELAMA E BEKERJA, HEME MENGALAMI OKSIDASI DAN REDUKSI mengandung Fe LEMAH : KO-SUBSTRAT (di slide berikutnya) 36 LEMAH : KO-SUBSTRAT PIRUVAT + NADH + H+ LAKTAT + NAD+ Laktat Dehidrogenase S Ko-substrat - MENGHUBUNGKAN 2 MACAM REAKSI DGN. 2 MACAM ENZIM Pd GLIKOLISIS : Gliseraldehid 3-P S 1,3-Bisfosfogliserat + NAD+ P + Pi + NADH + H+ KE R.R. (O2) Bila O2 / anaerob : PIRUVAT + NADH + H+ LDH LAKTAT + NAD+ 37 FUNGSI KOENZIM PERANTARA PEMBAWA GUGUS, ATOM TERTENTU ATAU ELEKTRON CONTOH: R.R – NAD+ + FAD S NAD – NADP+ ATOM H KoQ – FMN – FAD Sistem sitokrom – KoQ ½ O2 – ELEKTRON : HEME – GUGUS LAIN : ATP FOSFAT PIRIDOKSAL FOSFAT –NH2 VITAMIN B TERMASUK KOENZIM – TPP THIAMIN – NAD NIASIN – NADP NIASIN – FAD RIBOFLAVIN – KoA ASAM PANTOTENAT 38 PROENZIM=ZYMOGEN • ENZIM YG. DISEKRESI DALAM BENTUK YG. BELUM AKTIF • TUJUAN : – MELINDUNGI ORGAN TUBUH – MENYEDIAKAN BAHAN SETENGAH JADI • CONTOH : PEPSINOGEN • UNTUK MENGAKTIFKAN DIGUNAKAN ENZIM PROTEOLITIK ATAU H+ PEPSINOGEN H+ / PEPSIN PEPSIN H+ / Enzim proteolitik PEPSINOGEN PEPSIN 39 ISOZIM • MENGKATALISIS REAKSI YG. SAMA • CONTOH : LAKTAT DEHIDROGENASE (LDH) • • T.D. 4 RANTAI POLIPEPTIDA 2 JENIS RANTAI : M H ISOZIM LDH ADA 5 : I1=H4 I2=H3M I3=H2M2 I4=HM3 I5=M4 M & H : SUSUNAN ASAM AMINO BERBEDA DISTRIBUSI ISOZIM DLM. JARINGAN BERVARIASI DAPAT MEMBANTU DIAGNOSIS PENYAKIT SIFAT FISIK, KIMIA, IMUNOLOGIS SEDIKIT BEDA 40 Katoda (-) Anoda (+) + – Jant A N B Hati C 5 4 3 2 1 A B C 5 4 3 2 1 I5 : M 4 Elektroforesis Selulosa asetat pH 8,6 I1=H4 A – Infark miokard B–N C – penyakit hati LDH 41 PENGUKURAN KADAR ENZIM DLM. PLASMA UNTUK MEMBANTU DIAGNOSIS ENZIM PLASMA FUNGSIONAL (YG. BERFUNGSI DLM. PLASMA) • MIS. : ENZ.2 PROSES PEMBEKUAN DARAH LIPOPROTEIN LIPASE • KADAR : GANGGUAN PROSES SINTESIS DI HATI / (-) : KELAINAN GENETIK DEFISIENSI F VIII : HEMOFILIA ENZIM PLASMA NON FUNGSIONAL (YG. BERFUNGSI DI JARINGAN LAIN, TIDAK DLM. PLASMA) • N : PERGANTIAN SEL (SEL MATI DIGANTI SEL BARU) • DIFFUSI PASIF • : SEL MATI – – – – RADANG Ca TRAUMA PENYAKIT GENETIK (CONTOH: DMD) 42 GEN : SUATU SEGMEN DNA YG. BERISI INFORMASI/KODE GENETIK DARI SUSUNAN ASAM AMINO, SUATU RANTAI POLIPEPTIDA/PROTEIN DAPAT DIPAKAI SEPAKAI ACUAN UNTUK TRANSKRIPSI (mRNA) yang selanjutnya ditranslasi (sintesis) POLPEPTIDA/PROTEIN 43 Pankreas : amilase, lipase Tulang : fosfatase alkali Prostat : fosfatase asam Hepar : SGOT SGPT LDH Otot : SGOT CPK (Creatine phospho kinase) LDH Paru : LDH 44 PEMERIKSAAN ENZIM PD. PENYAKIT GENETIK : DEFISIENSI FENILALANIN HIDROKSILASE FENIL KETON URIA DMD = DUCHENNE MUSCULAR DISTROPHY BMD = BECKER M. DISTROPHY GEN DISTROFIN CACAT DISTROFIN CACAT x°y SEL OTOT RUSAK CREATIN KINASE PEMERIKSAAN [E] DALAM SERUM 45 KELAINAN GENETIK : DEFISIENSI G6PD • PD. ORANG NORMAL ENZIM G6PD >> TDP. PD : KELENJAR ADRENALIS, JARINGAN LEMAK, ERITROSIT & KELENJAR MAMMAE (LAKTASI) DLM. SERUM SEDIKIT SEKALI • DEFISIENSI G6PD : ERITROSIT MUDAH HEMOLISIS BILA TERPAPAR BAHAN OKSIDAN (Mis : PRIMAQUIN) • PEMERIKSAAN KADAR G6PD : DLM. ERITROSIT DEFISIENSI G6PD KADAR G6PD DLM. DARAH . – G6PD NADPH (HMP SHUNT) GSH MENGHILANGKAN H2O2 46 CACAT ENZIMATIK GENETIK • A Enz.1 B Enz.2 C Enz.3 D Enz.4 E P BILA GEN ENZ. 4 CACAT [ENZ. 4] < PENUMPUKAN METABOLIT D,C,B,A • FENIL KETON URIA : DEFISIENSI ENZ. FENILALANIN HIDROKSILASE KELAINAN GENETIK ? PENUMPUKAN METABOLIT () KERUSAKAN SEL2 SARAF MENTAL RETARDASI PREMARITAL COUNSELLING PRENATAL COUNSELLING HAMIL amniosintesis dsb NEONATUS SCREENING TEST (UJI SARING) PERAWATAN KHUSUS DIET KHUSUS mis : FENIL KETONURIA TERAPI GEN ? MASIH TAHAP PENELITIAN 47 DNA SEL DNA INTI (KROMOSOM) : ½ DARI IBU; ½ DARI BAPAK. mengandung banyak GEN 23 pasang kromosom dari bapak DNA MITOKONDRIA dari ibu MENGANDUNG SEDIKIT GEN ASAL : DARI IBU SAJA OLEH KARENA PADA SPERMA DNA MITOKONDRIA TERLETAK DIBGN EKOR MOLEKUL DNA GEN a GEN b GEN c TRANSKRIPSI mRNA TRANSLASI 1 RANTAI POLIPEPTIDA/PROTEIN 3 nukleotida 1 asam amino 48 Hb TERDIRI DARI : 2 RANTAI 2 RANTAI Hb dikode oleh 2 gen gen dan gen 49