enzim sebagai biokatalisator

06/01/2012
ENZIM ADALAH BIOKATALISATOR
ENZIM SEBAGAI BIOKATALISATOR
 Enzim : molekul protein tak hidup yang dihasilkan oleh sel
hidup
 Protein enzim melangsungkan ribuan reaksi kimia di dalam
sel.
TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS :
•M A H A S I S W A
MAMPU MENJELASKAN
SEBAGAI BIOKATALISATOR
PERAN
ENZIM
 Reaksi kimia yang dikatalisis enzim di dalam sel:
- mengekstrak energi dari lingungam
-mengubah sumber energi menjadi molekul yang bermanfaat
- memperbaiki dan membangun diri sendiri
- melakukan pembuangan hasil samping
- melakukan replikasi diri
SIFAT-SIFAT ENZIM SEBAGAI BIOKATALISATOR
 Katalis yg paling
efisien  mampu
mempercepat reaksi
1020 kali lbh cepat
 Enzim bersifat sangat
spesifik, baik jenis
reaksi maupun
substratnya ,
Trombin
Tiga sifat utama enzim :
 Enzim tidak ikut bereaksi dgn substrat atau produknya
 Aktifitas dapat dikontrol sesuai dengan kebutuhan
organisme itu sendiri
Contoh : enzim yg mengkatalisis reaksi pertama pada
suatu siklus biosintesis biasanya di hambat oleh produk
akhirnya(feedback inhibition)
 Kemampuan katalitiknya
 Spesifisitas
 Kemampuan untuk diatur (regulasi)
 bbrp enzim disintesis dlm btk tidak aktif. Dan akan
diaktifkan oleh kondisi dan waktu yang sesuai (enzim
allosterik) . prekursor yg tidak aktif disebut 
zymogen
1
06/01/2012
Bagian-bagian enzim
Bagian-bagian enzim (lanjutan)
 Seperti halnya protein lain, enzim memiliki BM
Kita mengenal istilah:
antara 12,000 – 1 juta kd
 Beberapa enzim tidak membutuhkan molekul
Holoenzim
kimiawi lain untuk aktifitasnya, beberapa
membutuhkan  kofaktor / koenzim
 Kofaktor  ion-ion inorganik yg dibutuhkan enzim
untuk melakukan fungsinya
 Koenzim  molekul organik (komplek) yang
dibutuhkan enziim untuk melakukan fungsinya
Apoenzim/ apoprotein
Gugus prostetik
Koenzim
Kofaktor
Tabel 1. Berbagai koenzim yang berasal dari vitamin
Vitamin
Koenzim
Fungsi enzimatik
Thiamin (B1)
Thiamin pirofosfat
Dekarboksilasi oksidatif
Riboflavin (B2)
Flavin nukleotida
Memindahkan H
Niasin (B5)
Nikotinamid nukleotida
Memindahkan H
Piridoksin (B6)
Piridoksal fosfat
Transaminasi
Asam Pantotenat
Koenzim A
Dekarboksilasi oksidatif,
metabolisme asetil Ko A
Biotin
Biotin
Karboksilasi
Folat
Tetrahidrofolat
Memindahkan 1 karbon
Bagaimana enzim bekerja
 Koenzim atau kofaktor yang terikat sangat kuat
bahkan terikat dengan ikatan kovalen dengan
enzim  gugus prostetik
 Enzim aktif lengkap dengan semua komponennya
 holoenzim
 Bagian yang terdiri dari protein saja pada suatu
enzim  Apoenzim / apoprotein
 Fungsi koenzim adalah sebagai karier sementara
dari gugus fungsional yg berperan dalam reaksi
ensimatis tersebut.
 Reaksi tanpa enzim:
 Lambat
 Membutuhkan suhu yang tinggi
 Tekanan yang tinggi
 Reaksi enzimatis
 Enzim memberikan suatu lingkungan yg spesifik di dalam sisi
aktifnya, sehingga reaksi secara energetik dapat lebih mudah
terjadi
2
06/01/2012
 Perbedaan antara energi reaktan (fase awal) dgn
energi produk (fase akhir)  selisih energi bebas
standar (ΔGº)
Agar reaksi berjalan
spontan, bagaimanakah
nilai ΔGº
Enzim  mempercepat reaksi tetapi tidak mengubah
keseimbangan reaksi atau ΔGº
Kesetimbangan reaksi antara Reaktan dan produk
mencerminkan perbedaan energi bebas pada fase awal
Kecepatan reaksi tergantung energi aktifasi ΔGº≠
 suatu pasokan energi dibutuhkan untuk mengawali suatu
reaksi
Energi aktifasi untuk reaksi yg dikatalis dengan ensim lebih
rendah dr reaksi tanpa ensim
Glukosa + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O ΔGº = -2880 kJ/mol
Enzim penting untuk menurunkan energi aktifasi untuk
memulai suatu reaksi
Enzim  mengikat substrat  menciptakan jalan reaksi yg
berbeda yg mempunyai fase transisi lebih rendah dbanding
reaksi tanpa enzim
Inti dr reaksi katalisis  ikatan yg spesifik pd fase transisi
 Substrat terikat  interaksi nonkovalen
E + S ↔ ES ↔ EP ↔ E + P
 Kekuatan enzim dlm mengkatalisis suatu reaksi 
kemampuan enzim membawa substrat bersama-sama pd
orientasi yang tepat untuk terjadinya suatu reaksi
 Substrat terikat pd  sisi aktif yi cekukan pd protein
yg berisi asam amino yg penting untuk tjdnya suatu
reaksi kimia
3
06/01/2012
Karakteristik sisi aktif enzim




merupakan bagian kecil dari enzim
sisi aktif merupakan suatu cekukan yang bersifat 3
dimensi.  memberikan lingkungan mikro yg
sesuai utk terjadinya suatu reaksi kimia
substrat terikat pada sisi aktif dengan interaksi /
ikatan yang lemah.
Spesifitas enzim dipengaruhi oleh asam amino yg
menyusun sisi aktif suatu enzim
 Sisi aktif mempunyai 2 bagian yg penting:
 Bagian yang mengenal substrat dan kemudian mengikatnya
 Bagian yang mengkatalisis reaksi, setelah substrat diikat
oleh enzim
 Asam amino yang membentuk kedua bagian
tersebut tidak harus berdekatan dalam urutan
secara linear, tetapi dalam konformasi 3D mereka
berdekatan
Gambar sisi aktif ensim dan asam amino yang
terlibat
Teori untuk menjelaskan kerja enzim:
 Lock and Key analogy
Enzim memiliki struktur sisi spesifik yang cocok dengan
substrat.
Mampu menerangkan spesifitas ensim ttp tidak dapat
menerangkan stabilitas fase transisi ensim
 Induced Fit theory
mempertimbangkan fleksibilitas protein, sehingga
pengikatan suatu substrat pada enzim menyebabkan sisi
aktif mengubah konformasinya sehingga cocok dgn
substratnya.  dpt menerangkan fase transisi ES komplek
 Perbandingan model
“induced fit” dan
“kunci dan anak
kunci” pada
pengikatan substrat
oleh enzim?
4
06/01/2012
FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KERJA ENZIM
Faktor-faktor yg mempengaruhi kerja enzim
 pH  setiap enzim mempunyai pH optimum utk
bekerja.
contoh : pepsin  pH 2, amylase  pH 7.0
 Temperatur  setiap kenaikan suhu 10˚C
(sampai 40˚C), kecepatan reaksi naik 2 x lipatnya
dan reaksi terhambat dan berhenti pada 60˚C.
Mengapa?
 [S] dan atau [E]
Konsentrasi Substrat
pH dan suhu
PENGARUH pH dan suhu
 Protein memiliki banyak gugus ionik  perubahan pH akan




mempengaruhi sisi katalitik dari enzim
Aktivitas enzim max terjadi pada kisaran pH tertentu  pH
opt 4,5 – 8,0
Beberapa enzim memiliki pH opt yang ekstrim, misal :
pepsin 0H 1,8 dan arginase pH 10,0
Pada kisaran pH ekstrim, asam dan basa mengalami
inaktivasi yang irreversible, sedang diluar itu terjadi
inaktivasi yang reversible
Enzim yang sama tapi asalnya berbeda bisa mempunyai pH
opt yang berbeda, misal : metil esterase dari kapang pH opt
nya 5,0, sedangkan dari kacang merah pH opt 8,5.
 Jika suhu meningkat maka laju reaksi enzimatis
akan semakin meningkat, tetapi laju denaturasi
thermal juga meningkat  perlu dibuat suhu opt
 Pengaruh suhu terhadap reaksi katalitik enzim dan
denaturasi dinyatakan dengan Per Arrhenius :
k = Ae-E/RT
k = konstanta laju reaksi
A = konstanta Arrhenius
E = energi aktivasi
R = konstanta ketetapan gas
T = suhu absolut
Kinetika Reaksi Enzimatis
K1
E+S
K2
ES
E+P
K-1
K1 : kecepatan konstan pembentukan ES komplek
K2 : kecepatan konstan konfersi ES komplek ke P
K-1 : kecepatan konstan pemecahan ES komplek ke E bebas
K-1 + K2
Enzim sangat efisien dalam mengkatalis suatu reaksi, steady
state (keseimbangan reaksi) segera dapat tercapai apabila :
Kecepatan pembentukan ES komplek sama dengan
kecepatan pemecahannya
= Km
 konstanta
Michaelis
K1
Vmax [S]
 Persamaan
V=
Michaelis-Menten
Km + [S]
5
06/01/2012
Lineweaver-Burk double reciprocal plot
 Ketika kondisi diatur sehingga [S] = Km maka
Vmax [S]
V=
Y=mx + b
dan V = Vmax / 2
[S] + [S]

Penghambatan Reaksi Enzimatis
PENGATURAN ENZIM
 Kerja enzim dapat dihambat secara reversible atau irreversible
Penghambat kompetitif
(competitive inhibitor):
molekul inhibitor
berkompetisi dengan
substrat untuk
menempati sisi aktif
enzim.
 Irreversible  pembentukan atau pemecahan ikatan kovalen
dalam enzim
 Reversible  suatu senyawa dapat terikat dan kemudian dpt
lepas kembali
Reversible inhibitor ini dpt dibagi :



Penghambat non
kompetitif
(allosteric inhibition)
Molekul penghambat
bergabung dengan
enzim di luar sisi aktif,
menyebabkan
konformasi enzim
berubah
competitive
non-competitive
un-competitive
penghambatan competitive
Penghambatan umpan balik (Feedback Inhibition)
Penumpukan produk akhir menghambat kerja enzim
pertama dalam rangkaian reaksi tersebut sehingga
produksi enzim selanjutnya ditunda
 inhibitor bersaing dgn
substrat untuk terikat pd
sisi aktif
 Biasanya inhibitor berupa
senyawa yg menyerupai
substratnya, & mengikat
enzim membentuk
komplek EI
 krn terikat scr reversible
 penghambatan nya bias,
yaitu ketika ditambah
substrat maka
penghambatan berkurang
6
06/01/2012
Penghambatan un-competitive
penghambatan non-competitive
 inhibitor terikat pada sisi lain
dari enzim (bkn sisi aktif)
 jadi tidak memblok pembtkan
enzim-substrat komplek
 Enzim mjd tidak aktif ketika
inhibitor terikat walau enzim
mengikat substrat
 Inhibitor mengurangi
konsentrasi enzim yg aktif,
sehingga mempengaruhi
Vmax –nya
 Terikat pd sisi selain sisi
aktif enzim
 Berbeda dgn non-
competitive  inhibitor
ini hanya terikat pd ES
komplek
 Sehingga tidak terikat pd
enzim bebas
 Vmax berubah, dan Km
juga berubah
REAKSI ENZIMATIS DUA SUBSTRAT
 Model reaksi :
A+BP+Q
 Umumnya terjadi pada enzim transferase
 Cara penentuan nilai Km dan Vmax sama dengan
penentuan pada substrat tunggal
 Diperlukan rangkaian percobaan yang menggunakan
salah satu substrat tetap (misal B) sedang yang
kedua divariasi untuk menentukan pengaruhnya
terhadap Km, sehingga diperoleh KmA, kemudian
perlakuan dibalik, sehingga diperoleh KmB
 Ada 2 keadaan yang mungkin terjadi jika 2 substrat
bereaksi dengan bantuan enzim, yaitu :
- reaksi pergantian tunggal
- reaksi pergantian ganda
REAKSI PERGANTIAN TUNGGAL
 Kedua substrat A dan B secara simultan harus terdapat
pada sisi aktif enzim sehingga diperoleh senyawa terner
EAB
 Ada 2 cara reaksi pergantian tunggal (RPT), yaitu :
- RPT- acak
- RPT - teratur
 Pada RPT-acak, reaksi enzim dengan substrat maupun
produk terjadi secara acak :
P
B
E+A
EA
EQ
E+Q
EAB
EPQ
E+B
EB A
EP
E+P
Q
 Pada RPT-teratur terdapat substrat utama yang harus
terikat terlebih dahulu sebelum substrat kedua bereaksi 
Bi Bi Mechanism
E + A (Substrat utama)
EA
EA + B
EAB
A
E
B
EA
P
(EAB)
(EPQ)
Q
EQ
E
 Setelah A terikat pada E, maka B terikat oleh EA menjadi EAB. Baik A
maupun B kemudian mengalami transformasi menjadi P dan Q yang
masih terikat dengan E. P dilepas lebih dahulu kemudian Q.
7
06/01/2012
REAKSI PERGANTIAN GANDA (RPG)
 Beda RPT-teratur dengan RPT-acak : pada RPT
teratur, hasil reaksi pertama akan menghambat
secara kompetitif reaksi total.
 Persamaan untuk menghitung V pada RPT-teratur :
V
1
Vmax
( K mA 
K sA K mB 1
KB
1
( )
(1  m )
B
A Vmax
B
 Ping-Pong Bi Bi Mechanism :





Substrat utama (asam aspartat) terikat terlebih dahulu pada enzim
Gugus amino pada asam aspartat dipindahkan pada gugus prostetis
(piridoksal fosfat) yang terikat pada enzim
Aspartat akan berubah menjadi asam oksaloasetat dan dilepas dari
sisi aktif
Substrat kedua masuk pada sisi yang sama dan terjadi penempelan
gugus amino pada asam tersebut membentuk glutamat
Asam glutamat meninggalkan sisi aktif
A
E
Q
E *A
E*B
P
E*
B
 Salah satu substrat utama terikat pada enzim yang
kemudian dilepas sebagai hasil sebelum substrat
kedua masuk terikat pada enzim
 Contoh : reaksi yang dikatalis oleh aspartat amino
transferase
Aspartat + -ketoglutarat  oksaloasetat + Glutamat
 Mekanismenya disebut : Ping-Pong Bi Bi Mechanism
 Persamaan untuk menghitung V pada reaksi
pergantian ganda :
KB
1 K mA 1
1

( )  (1  m )(
)
V Vmax A
B Vmax
Enzim allosterik
 Enzim allosterik mengalami perubahan konformasi  sebagai
respon terhadap pengikatan modulator efektor
 Allosterik enzim biasanya lebih komplek dari non allosterik
enzim, memiliki sub unit lebih dari satu
 Memiliki satu atau lebih sisi allosterik / regulator untuk
mengikat modulator.
 Seperti halnya substrat, setiap regulator memiliki sisi
pengikatan yang berbeda
 Untuk enzim homotropik  sisi aktif dan sisi regulator sama
8
06/01/2012
• specific activity is the amount of product formed by an enzyme in a given
amount of time under given conditions per milligram of enzyme.
• The rate of a reaction is the concentration of substrate disappearing (or
product produced) per unit time (mol L − 1s − 1)
• The enzyme activity is the moles converted per unit time (rate × reaction
volume). Enzyme activity is a measure of quantity of enzyme present. The SI
unit is the katal, 1 katal = 1 mol s-1, but this is an excessively large unit. A
more practical value is 1 enzyme unit (EU) = 1 μmol min-1 (μ = micro, x 10-6).
• The specific activity is the moles converted per unit time per unit mass of
enzyme (enzyme activity / actual mass of enzyme present). The SI units are
katal kg-1, but more practical units are μmol mg-1 min-1. Specific activity is a
measure of enzyme efficiency, usually constant for a pure enzyme.
• If the specific activity of 100% pure enzyme is known, then an impure sample
will have a lower specific activity, allowing purity to be calculated.
• The % purity is 100% × (specific activity of enzyme sample / specific activity
of pure enzyme). The impure sample has lower specific activity because some
of the mass is not actually enzyme.
9