Konsentrasi Enzim

ENZIM (MATA KULIAH BIOKIMIA TANAMAN)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Suatu reaksi kimia khususnya antara senyawa organik yang dilakukan dalam
laboraturium memerlukan suatu kondisi yang ditentukan oleh beberapa faktor seperti
suhu, tekanan, waktu dan lain-lain. Apabila salah satu kondisi tidak sesuai dengan
apa yang seharusnya dibutuhkan, maka reaksi tidak dapat berlangsung dengan
baik. Tubuh makhluk hidup khususnya pada manusia, hewan dan tumbuhan
merupakan laboraturium yang sangat rumit, sebab di dalamnya terjadi reaksi kimia
yang beraneka ragam. Penguraian zat-zat yang terdapat pada makanan kita
penggunaan hasil uraian untuk memperoleh energi, penggabungan kembali hasil
uraian untuk membentuk persediaan makanan dalam tubuh seta banyak macam
reaksi lain yang apabila dilakukan di laboraturium atau in vitro membentuk keahlian
khusus serta waktu yang lama, dapat berlangsung dengan baik di dalam tubuh atau
in vivo tanpa memerlukan suhu tinggi dan dapat terjadi dalam waktu yang relatif
singkat. Reaksi atau proses kimia yang berlangsung dengan baik tersebut
dimungkinkan karena adanya katalis yang disebut enzim.
Pengetahuan tentang katalis telah dirintis oleh Berzelius pada tahun 1837. Ia
mengusulkan nama “katalis” untuk zat-zat yang dapat mempercepat reaksi, tetapi
zat itu sendiri tidak ikut bereaksi. Enzim dikenal untuk pertama kalinya sebagai
protein oleh Sumner pada tahun 1926 yang telah berhasil mengisolasi urease dari
“kara pedang” (jack bean). Urease adalah enzim yang dapat menguraikan urea
menjadi CO2 dan NH3. Beberapa tahun kemudian Northrop dan Kunitz dapat
mengisolasi pepsin, tripsin, dan kimotripsin. Selanjutnya makin banyak enzim yang
telah dapat diisolasi dan telah dibuktikan bahwa enzim tersebut ialah suatu protein.
Sejak tahun 1926 pengetahuan tentang enzim atau enzimologi berkembang
dengan cepat. Dari hasil penelitian para ahli biokimia, ternyata bahwa banyak enzim
mempunyai gugus bukan protein, jadi termasuk golongan protein majemuk. Enzim
semacam ini (holoenzim) terdiri atas protein (apoenzim) dan suatu gugus bukan
protein. Sebagai contoh enzim katalase terdiri atas protein dan ferriprotorfirin. Ada
juga enzim yang terdiri atas protein dan logam. Misalnya askorbat oksidase adalah
protein yang mengikat tembaga.
Gugus bukan protein ini yang dinamakan kofaktor ada yang berikat kuat pada
protein, ada pula yang tidak begitu kuat ikatannya. Gugus yang terikat kuat pada
bagian protein, artinya yang sukar terurai dalam larutan disebut gugus prostetik,
sedangkan yang tidak begitu kuat ikatannya, jadi yang mudah dipisahkan secara
dialysis disebut koenzim. Baik gugus prostetik maupun koenzim merupakan bagian
enzim yang memungkinkan enzim bekerja terhadap substrat, yaitu zat-zat yang
diubah atau direaksikan oleh enzim.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Tata Nama dan Kekhasan Enzim
Dalam tubuh manusia terjadi bermacam-macam proses biokimia dan tiap
proses menggunakan katalis enzim tertentu. Untuk membedakannya maka tiap
enzim diberi nama. Secara umum nama tiap enzim disesuaikan dengan nama
sucstratnya, dengan penambahan ‘ase’ di belakangnya. Substrat adalah senyawa
yang bereaksi dengan bantuan enzim. Sebagai contoh enzim yang menguraikan
urea (substrat) dinamakan urease. Kelompok enzim mempunyai fungsi sejenis diberi
nama menurut fungsinya, misalnya hidrolase adalah kelompok enzim yang
mempunyai fungsi sebagai katalisdalam reaksi hidrolisis. Karena itu di samping
nama trivial (biasa) maka oleh Commision on Enzymes of the International Union of
Biochemistry telah ditetapkan pula tata nama yang sistematik, disesuaikan dengan
pembagian atau penggolongan enzim yang didasarkan pada fungsinya.
Suatu enzim bekerja secara khas terhadap suatu substrat tertentu. Kekhasan
inilah cirri suatu enzim.ini sangat berbeda dengan katalislain (bukan enzim) yang
dapat bekerja terhadap berbagai macam reaksi. Enzim urease hanya bekerja
terhadap urea sebagai substratnya. Ada juga enzim yang bekerja terhadap lebih dari
satu substrat namun enzim tersebut tetap mempunyai kekhasan tertentu. Misalnya
enzim esterase dapat menghidrolisir beberapa ester asam lemak, tetapi tidak dapat
menghidrolisir substrat lain yang bukan ester. Suatu contoh tentang kekhasan ini
misalnya enzim arginase bekerja terhadap L-arginin dan tidak terhadap D-arginin.
Suatu enzim dikatakan mempunyai kekhasan nisbi apabila ia dapat bekerja terhadap
beberapa substrat misalnya esterase dan D-asam amino oksidase yang dapat
bekerja D-asam amino dan L-asam amino tetapi berbeda kecepatannya. Karena
adanya kekhasan ini maka suatu enzim dapat digunakan untuk memisahkan
komponen D dari L pada suatu campuran rasemik.
Kekhasan terhadap suatu reaksi disebut kekhasan reaksi. Suatu asam amino
tertentu sebagai substrat dapat mengalami berbagai reaksi ddngan berbagai enzim.
Enzim oksidase bekerja sebagai katalis dalam reaksi oksidasi asam amino.
Untuk reaksi lain dekarboksilase bekerja sebgai katalis, sedangkan transaminase
dapat pula bekerja terhadap asam amino untuk memindahkan gugus NH2 kepada
senyawa lain. Jadi, walaupun ketiga reaksi tersebut berjalan namun tiap enzim
hanya bekerja pada satu reaksi. Enim dekarboksilase dan transaminase mempunyai
koenzim yang sama yaitu piridoksalfosfat. Jadi, kekhasan reaksi bukan disebabkan
oleh koenzim tetapi oleh apoenzim.
2.2 Fungsi dan Cara Kerja Enzim
Fungsi suatu enzim ialah sebagai katalis untuk proses biokimia yang terjadi
dalam sel maupun di luar sel. Suatu enzim dapat mempercepat reaksi 10 8 sampai
1011 kali lebih cepat daripada apabila reaksi tersebut dilakukan tanpa katalis. Jadi
enzim dapat berfungsi sebagai katalis yang sangat efisien, di samping itu
mempunyai derajat kekhasan yang tinggi. Seperti juga katalis lainnya, maka enzim
dapat menurunkan energi aktivasi suatu reaksi kimia. Reaksi kimia ada yang
membutuhkan energi (reaksi endergonik) dan ada pula yang menghasilkan energi
atau mengeluarkan energi (eksergonik). Misalkan pembentukan ikatan antara
senyawa A dengan senyawa B menjadi senyawa AB akan mengeluarkan energi
sebesar p, yaitu selisih energi antara A dan B mengeluarkan energi sebesar P pula.
Terurainya senyawa AB tidak dapat berjalan dengan sendirinya, tetapi harus
terbentuk terlebih dahulu senyawa AB aktif. Untuk pembentukan AB aktif ini
dibutuhkan energi sebesar a, yang disebut energi aktivasi. Makin besar harga a,
makin sukar terjadinya suatu reaksi. Dengan adanya katalis atau enzim, harga
energi
aktivasi
diperkecil
atau
diturunkan.
Dengan
demikian
akan
dapat
memudahkan atau mempercepat terjadinya suatu reaksi.
Kompleks Enzim-Substrat
Telah dijelaskan bahwa suatu enzim mempunyai kekhasan yaitu hanya
bekerja pada satu reaksi saja. Untuk dapat bekerja terhadap suatu zat atau substrat
harus ada hubungan atau kontak antara enzim dengan substrat. Oleh karena itu
tidak seluruh bagian enzim dapat berhubungan dengan substrat. Hubungan antara
substratdengan enzim hanya terjadi pada bagian atau tempat tertentu saja. Tempat
atau bagian enzim yang mengadakan hubungan atau kontak dengan substrat
dinamai bagian aktif (active site). Hubungan hanya mungkin terjadi apabila bagian
aktif mempunyai ruang yang tepat dapat menampung substrat. Apabila substrat
mempunyai bentuk atau konformasi lain, maka tidak dapat ditampung pada bagian
aktif suatu enzim. Dalam hal ini enzim itu tidak dapat berfungsi terhadap substrat. Ini
adalah penjelasan mengapa tiap enzim mempunyai kekhasan terhadap substrat
tertentu.
Hubungan atau kontak antara enzim dengan substrat menyebabkan terjadinya
kompleks enzim-substrat. Kompleks ini merupakan kompleks yang aktif, yang
bersifat sementara dan akan terurai lagi apabila reaksi yang diinginkan telah terjadi.
Persamaan Michelis-Menten
Pada suatu percobaan hidrolisis sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa oleh
enzim, ternyata bahwa pada konsentrasi sukrosa rendah, kecepatan reaksi
tergantung pada konsentrasi sukrosa. Namun pada konsentrasi tinggi, kecepatan
reaksinya tidak lagi tergantung pada konsentrasi sukrosa. Jadi pada konsentrasi
tinggi, kecepatan reaksi tidak dipengaruhi lagi oleh pertambahan konsentrasi. Ini
menunjukkan bahwa enzim seolah-olah telah jenuh dengan substrat artinya tidak
dapat lagi menampung substrat untuk menerangkan keadaan ini Leonor Michaelis
dan Maude Menten pada tahun 1913 mengajukan suatu hipotesis bahwa dalam
reaksi enzim terjadi lebih dahulu kompleks enzim-substrat yang kemudian
menghasilkan hasil reaksi dan enzim kembali.
Michaelis dan Menten berkesimpulan bahwa kecepatan reaksi tergantung
pada konsentrasi kompleks enzim-substrat [ES], sebab apabila tergantung pada
konsentrasi
substrat
[S],
maka
penambahan
konsentrasi
substrat
akan
menghasilkan pertambahan kecepatan reaksi yang apabila digambarkan akan
merupakan garis lurus.
Kecepatan reaksi pembentukan kompleks ES ialah:
V1 = k1 [E] [S]
V1 = k1 ([E0] – [ES]) [S]
[E0] = konsentrasi enzim total
[E0] – [ES] menyatakan konsentrasi enzim yang masih bebas dan [S] ialah
konsentrasi substrat. Kecepatan penguraian kompleks ES menjadi E dan S kembali
adalah:
V2 = k2 [ES]
Sedangkan kecepatan penguraian ES menjadi E dan P ialah:
V3 = k3 [ES]
Jadi kecepatan penguraian ES ialah:
V2 + V3 = k2 [ES] + k3 [ES]
Dalam keadaan keseimbangan maka kecepatan pembentukan ES sama
dengan kecepatan penguraian ES.
2.3 Penggolongan enzim
Enzim digolongkan menurut reaksi yang diikutinya,sedangkan masing-masing
enzim diberi nama menurut substratnya, misalnya urease, arginase,dll. Dismping itu
ada pula beberapa enzim yang dikenal dengan nama lama, misalnya pepsin, tripsin,
dll. Oleh commision on enzymes of the International union of biochemistry, enzim
dibagi dalam enam golongan besar. Penggolongan ini didasarkan atas reaksi kimia
dimana enzim memegang peran. Enam golongan enzim tersebut adalah :
Golongan I : oksidoreduktase
Enzim-enzim yang termasuk dalam golongan ini dapat dibagi dalam dua
bagian, yaitu dehidrogenase dan oksidase. Dehidrogenase bekerja pada reaksireaksi dehidrogenase, yaitu reaksi pengambilan atom hidrogen dari suatu senyawa (
donor ). Hifrogen yang dilepas diterima oleh senyawa lain ( akseptor ). Reaksi
pembentukan aldehida dari alkohol adalah contoh reaksi dehidrogenase. Enzimyang
bekerja pada reaksi ini ialah alkohol dehidrogenase. Disini alkohol adalah donor
hidrogen, sedangkan senyawa yang menerima hidrogen adalah suatu koenzim
nikotinadenindinukleotida.
Gugus aldehida maupun keton dapat juga bertindak sebagai donor hidrogen,
misalnya pada reaksi pebentukan asam gliserat-3-fosfat ( asam 3-fosfogliserat ) dari
gliseraldehida-3-fosfat ( 3-fosfogliseraldehida ).
Glutamat dehidrogenase adalah contah enzim dehidrogenase yang bekerja
terhadap asm glutamatsebagai substrat. Enzim ini banyak terdapat pada mitokondria
dalam semua sel jaringan. Dalam reaksi ini asam glutamat di ubah menjadi asam
ketoglutarat.
Reaksi ini khusus untuk L-asam glutamat sedangkan amonia yang terjadi pada
reaksi ini dapat diubah menjadi urea dan dikeluarkan dari dalam tubuh melalui urine.
Enzim-enzim oksidase juga bekerja sebagai katalis pada reaksi pengambilan
hidrogen dari suatu substrat. Dalam reaksi ini yang bertindak selaku akseptor
hidrogen ialah oksigen. Sebagai contoh enzim glukosa oksidase bekerja sebagai
katalis pada reaksi oksidasi glukosa menjadi asam glukonat.
Xantin oksidase ialah enzim yang bekerja sebagai katalis pada reaksi oksidasi
xantin menjadi asam urat. Contoh lain enzim oksidase adalah asam amino
oksidase,yang bekerja sebagai katalis pada reaksi oksidasi asam-asam amino.
Glisin oksidase adalah enzim pada reaksi oksidase glisin menjadi asam glioksilat.
Enzim ini adalah suatu flavoprotein , yaitu suatu senyawa yang terdiri atas flavin
yang berikatan dengan protein. Enzim asam amino oksidase terdapata jaringan hati
dan ginjal.
Golongan II. Transferase
Enzim yang termasuk golongan ini bekerja sebagai katalis pada reaksi
pemindahan suatu gugus dari suatu senyawa kepada senyawa lain. Beberapa
contoh
enzim
yang
termasuk dalam golongan
hidroksimetiltransferase,
karboksiltransferase,
ini,
ialah
asiltransferase,
metiltransferase,
dan
amino
transferase atau disebut juga transaminase.
Enzim metiltransferase bekerja pada reaksi pembentukan kreatin dari asam
guanidino asetat.
Pembentukan glisin dari serin merupakan reaksi pemindahan gugus hidroksil
metil. Gugus ini dilepaskan dari molekul serin dengan dibantu oleh enzim
hidroksimetil transferase .
Dalam reaksi ini asam tetrahidrofolat ( THFA ) bekerja sebagai akseptor gugus
beratom C satu.
Enzim transaminase bekerja pada reaksi pemindahan gugus amino dari satu
asam amino kepada senyawa lain.
Golongan III. Hidrolase
Enzim yang termasuk dalam kelompok ini bekerja sebagai katalis pada reaksi
hidrolisis. Ada tiga jenis hidrolase, yaitu yang memecah ikatan ester, memecah
glikosida, dan yang memecah ikatan peptida. Beberapa enzim sebagai contoh
adalah esterase, lipase, fosfatase, amilase, amino peptidase, karboksi peptidase,
pepsin, tripsin, kimotripsin. Estease ialah enzim yang memecah ikatan ester dengan
cara hidrolisis. Esterase yang terdapat pada hati dapat memecah ester sederhana,
misalnya etil butirat menjadi etanol dan asam butirat. Lipase ialah enzim yang
memecah ikatan ester pada lemak, sehingga terjadi asam lemak dan gliserol.
Fosfatase adalah enzim yang dapat memecah ikatan fosfat pada suatu senyawa,
misalnya glukosa-6-fosfat dapat dipecah menjadi glukosa dan asam fosfat. Bisa ular
mengandung enzim ini.
Enzim amilae dapat memecah ikatan-ikatan pada amilum hingga terbentuk
maltosa. Ada tiga macam amilase, yaitu α amilase, β amilase, dan ˠ amilase. α
amilase terdapat saliva ( ludah ) dan pankreas. Enzim ini memecah ikatan 1-4 yang
terdapat dalam amilum dan disebut endo amilase sebab enzim ini memecah bagian
dalam atau bagian tengah molekul amilum. β amilase terutama terdapat pada
tumbuhan dan dinamakan eksoamilasesebab memecah 2 unit glukosa yang
terdapat pada ujung molekul amilum secara berurutan sehingga akhirnya terbentuk
maltosa. ˠ amilase telah diketahui terdapat dalam hati. Enzim ini dapat memecah
ikatan 1-4 dan 1-6 pada glikogen dan menghasilkan glukosa.
Enzim yang bekerja sebagai katalis dalam reaksi pemecahan molekul protein
dengan cara hidrolisis disebut enzim proteolitik atau protease.oleh karena yang
dipecah adalah ikatan pada rantai peptida, maka enzim tersebut juga dinamakan
peptidase. Ada dua macam peptidase, yaitu endopeptidase dan eksopeptidase.
Endopeptidase memecah protein pada tempat-tempat tertentu dalam molekul
protein dan biasanya tidak mempengaruhi gugus yang terletak diujung molekul.
Sebagai contoh endopeptidase ialah enzim pepsin yang terdapat dalam usus halus
dan papain, suatu enzim yang terdapat dalam pepaya. Eksopeptidase bekerja
terhadap kedua ujung molekul protein. Karboksipeptidase dapat melepaskan asam
amino yang memiliki gugus –COOH bebas pada ujung molekul protein, sedangkan
amino peptidase dapat melepaskan asam amino pada ujung lain yang memiliki
gugus _NH2 bebas.
Dengan demikian eksopeptida melepas asam amino secara berurutan dimulai
dari asam amino ujung pada molekul protein hingga seluruh molekul protein
terpecah menjadi asam amino.
Golongan IV Liase
Enzim yang termasuk golongan inimempunyai peranan penting dalam reaksi
pemisahan suatu gugus dari suatu substrat (bukan cara hidrolisis) atau sebaliknya.
Contoh enzim golongan ini antara lain dekarboksilase, aldolase, hidratase. Pirufat
dekarboksilase adalah enzim yang bekerja pada reaksi dekarboksilasi asam pirufat
dan menghasilkan aldehida.
Enzim aldolase bekerja pada reaksi pemecahan molekul fruktosa 1,6-difosfat
menjadi dua molekul triosa yaitu dihidroksi aseton fosfat dan kliseraldehida-3fosfat.
Adapun enzim fumarat hedratase berperan dalam reaksi penggabungan satu
molekul H2O kepada molekul asam fumarat dan membentuk asam malat.
Golongan V Esomerase
Enzim yang termasuk goongan ini bekerja pada reaksi perubahan intra
molekuler, misalnya reaksi [perubahan glukosa menjadi fruktosa, perubahan
senyawa L menjadi senyawa D, senyawa cis menjadi senyawa trans dll.
Contoh enzim yang termasuk golongan esomerase antara lain ialah
ribolosafosfat epimeras dan glukosa fosfat esomerase. enzim ribulosa epimerase
merupakan katalis bagi reaksi epimerisasi ribulosa. Dalam reaksi ini ribulosa-5fosfat diubah menjadi xilulosa-5 trifosfat. Di samping itu reaksi isomerisasi glukosa6-fosfat menjadi fruktosa-6-fosfat dapat berlangsung dengan enzim glukosa fosfat
isomerisase.
Golongan VI Ligase
Enzim yang termasuk golongan ini bekerja pada reaksi-reaksi penggabungan
dua molekul. Oleh karenanya enzim-enzim tersebut juga dinamakan sintenase.
Ikatan yang terbentuk dari penggabungan tersebut adalah ikatan C-O, C-S, C-N atau
C-C. Contoh enzim golongan ini antara lain ialah glutamine sintesase dan piruvat
karboksilase. Enzim glutamine sintesase yang terdapat dalam otak dan hati
merupakan katalis dalam reaksi pembentukan glutamine dari asam glutamat.
Di samping itu enzim karboksilase bekerja dalam reaksi pembentukan asam
oksaloasetat dari asam piruvat.
Reaksi ini merupakan sebagian dari reaksi metabolism karbohidrat.
2.4 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kerja Enzim
Konsentrasi Enzim
Seperti pada katalis lain, kecepatan suatu reaksi yang menggunakan enzim
tergantung pada konsentrasi enzim tersbut. Pada usatu konsentrasi substrat
tertentu, kecepatan reaksi bertambah dengan bertambahnya konsentrasi enzim.
Gambar berikut ini menunjukkan pengaruh konsentrasi enzim terhadpa kecepatan
reaksi (V) atau aktivitas enzim.
Dengan menentukan jumlah milligram gula yang terbentuk pada waktu yang
ditentukan, dengan menggunakan enzim amylase pada berbagai konsentrasi dan
konsentrasi substrat yang sama pada pH optimum. Dalam hal ini substrat yang
digunakan dalam jumlah yang berlebih.
Konsentrasi Substrat
Hasil eksperimen menunjukkan bahwa dengan konsentrasi enzim yang tetap,
maka pertambahan konsentrasi substrat akan menaikkan kecepatan reaksi. Akan
tetapi pada batas konsentrasi tertentu, tidak terjadi kenaikan kecepatan reaksi
walaupun konsentrasi substrat diperbesar. Keadaan ini telah diterangkan oleh
Michelis-Menten dengan hipotesis mereka tentang terjadinya kompleks enzim
substrat. Persamaan Michelis-Menten yang membuktikan hipotesis mereka telah
dijelaskan di muka.
Untuk dapat terjadi kompleks enzim substrat sebagaimana telah dijelaskan
tadi, diperlukan adanya kontak antara enzim dengan substrat. Kontak ini terjadi pada
suatu tempat atau bagian enzim yang disebut bagian aktif. Pada konsentrasi
substrat rendah, bagian aktif enzim ini hanya menampung substrat sedikit. Bila
konsentrasi substrat diperbesar, makin banyak substrat yang dapat berhubungan
dengan enzim pada bagian aktif tersebut. Dengan demikian konsentrasi kompleks
enzim substrat makin besar dan hal ini menyebabkan makin besarnya kecepatan
reaksi. Pada suatu batas konsentrasi subsrtrat tertentu, semua bagian aktif telah
dipenuhi oleh substrata atau telah dengan substrat. Dalam keadaan ini, bertambah
besarnya konsentrasi substrat tidak menyebabkan bertambah besarnya konsentrasi
kompleks enzim substrat, sehingga jumlah hasil reaksinya pun tidak bertambah
besar.
Diagram berikut ini menggambarkan pengaruh konsentrasi substrat pada
bagian aktif. Tampak bahwa pada konsentrasi jenuh dan konsentrasi substrat
berlebihan jumlah hasil reaksinya sama dan ini berarti bahwa kecepatan reaksinya
sama. Persamaan Michelis-Menten:
Menunjukkan hubungan antara kecepatan reaksi V dengan konsentrasi
substrat (S). Bila (S) sangat besar, maka harga K yang kecil dapat diabaikan
sehingga,
Atau
Suhu
Oleh karena reaksi kimia itu dapat dipengaruhi oleh suhu, maka reaksi yang
menggunakan katalis enzim yang dapat dipengaruhi oleh suhu. Pada suhu rendah
reaksi kimia berlangsung lambat, sedangkan pada suhu yang lebih tinggi reaksi
berlangsung dengan cepat.
Di samping itu, karena enzim itu adalah suatu protein, maka kenaikan suhu
dapat menyebabkan terjadinya proses denaturasi. Apabila terjadi proses denaturasi,
maka bagian aktif enzim akan terganggu dan dengan demikian konsentrasi efektif
enzim menjadi berkurangdan kecepatan reaksinya pun akan menurun.
Kenaikan suhu sebelum terjadinya proses denaturasi dapat menaikan
kecepatan reaksi. Koefisien suhu suatu reaksi diartikan 10°C. Koefisien suhu ini
diberi symbol Q10. Untuk reaksi yang menggunakan enzim, Q10 ini berkisar antara
1,1 hingga 3,0 artinya setiap kenaikan 10°C, kecepatan reaksi mengalami kenaikan
1,1 hingga 3,0 kali. Namun kenaikan suhu pada saat mulai terjadinya proses
denaturasi akan mengurangi kecepatan reaksi. Oleh karena ada dua pengaruh yang
berlawanan, maka akan terjadi suatu titik optimum, yaitu suhu yang paling tepat bagi
suatu reaksi yang menggunakan enzim tertentu.
Titik 0 menunjukkan suhu optimum, yaitu suhu yang menyebabkan terjadinya
reaksi kimia dengan kecepatan yang paling besar. Tiap enzim mempunyai suhu
optimum tertentu: pada umumnya enzim yang terdapat pada tumbuhan antara 50°C
sampai 60°C. sebagian besar enzim ter-denaturasi pada suhu di atas 60°C.
Pengaruh pH
Seperti protein pada umumnya, struktur ion enzim tergantung pada pH
lingkungannya. Enzim dapat berbentuk ion positif, ion negatif atau ion bermuatan
ganda (zwitter ion). Dengan demikian perubahan pH lingkungan akan berpengaruh
terhadap efektivitas bagian aktif enzim dalam membentuk kompleks enzim substrat.
Di samping pengaruh terhadap struktur ion pada enzim, pH rendah atau pH
tinggi dapat pula menyebabkan terjadinya proses denaturasi dan ini akan
mengakibatkan menurunnya aktivitas enzim. Gambar ini menunjukkan antara
aktivitas enzim dengan pH.
Dengan bentuk kurva pada gambar tersebut, tampak bahwa ada suatu pH
tertentu atau daerah pH yang dapat menyebabkan kecepatan reaksi paling tinggi.
pH tersebut dinamakan pH optimum. pH optimum dari enzim amylase misalnya,
dapat diperoleh dengan menentukan jumlah milligram gula yang terbentuk dari
beberapa reaksi yang menggunakan enzim amilase pada berbagai harga pH dan
amilum sebagai substrat.
Pengaruh Inhibitor
Hambatan Reversibel
Telah dijelaskan bahwa mekanisme enzim dalam suatu reaksi ialah melalui
pembentukan kompleks enzim substrat (TS). Oleh karena hambatan atau inhibisi
pada suatu reaksi yang menggunakan enzim sebagai katalis dapat terjadi apabila
penggabungan substrat pada bagian aktif enzim mengalami hambatan. Molekul atau
ion yang dapat menghambat reaksi tersebut dinamakan inhibitor. Hambatan
terhadap aktivitas enzim dalam reaksi kimia ini memiliki arti yang penting, karena
hambatan tersebut juga merupakan mekanisme pengaturan reaksi-reaksi yang
terjadi dalam tubuh kita. Disamping itu hambatan dapat memberikan gambaran lebih
jelas tentang mekanisme kerja enzim.
Hambatan yang dilakukan oleh inhibitor dapat berupa hambatan tidak
refersible atau refersible. Hambatan tidak refersible pada umumnya disebabkan oleh
terjadinya proses destruksi atau modifikasi sebuah gugus fungsi atau lebih yang
terdapat pada molekul enzim. Hambatan refersible dapat berupa hambatab bersaing
atau hambatan tidak bersaing.
Hambatan bersaing. Hambatan bersaing disebabkan karena ada molekul
yang mirip dengan substrat, yang dapat pula membentuk kompleks, yaitu kompleks
enzim inhibitor (EI). Pembentukan kompleks (EI) ini sama dengan pembentukan
kompleks (ES), yaitu melalui penggabungan inhibitor dengan enzim pada bagian
aktif enzim. Inhibitor yang menyebabkan habatan bersaing disebot inhibitor bersaing.
Inhibitor
bersaing
menghalangi
terbentuknya
kompleks
(ES)
dengan
cara
membentuk kompleks (EI). Berbeda dengan kompleks (ES), kompleks (EI) tidak
membentuk hasil reaksi P. dengan demikian adanya inhibitor bersaing dapat
mengurangi peluang bagi terbentuknya kopleks (ES) dan hal ini menyebabkan
berkurangnya kecepatan reaksi.
Hambatan tidak bersaing. Hambatan tidak bersaing ini (non-copotitif inhition)
tidak dipengaruhi besarnya konsentrasi substrat dan inhibitor yang melakukannya
disebut inhibitor tidak bersaing dalam hal ini inhibitor dapat bergabung dengan enzim
pada suatu bagian enzim diluar bagian aktif. Penggabungan antara inhibitor dengan
enzim ini terjadi pada enzim bebas, atau pada enzim yang telah mengikat substrat
yaitu kompleks enzim substrat
Penggabungan inhibitor dengan enzim bebas menghasilkan kompleks EI,
sedangkan penggabungan dengan kompleks ES menghasilkan kompleks ESI. Baik
kompleks EI maupun ESI bersifat inaktif. Ini berarti bahwa kedua kompleks tersebut
tidak dapat menghasilkan hasil reaksi yang diharapkan.
Hambatan Tidak Reversibel
Dijelaskan bahwa baik hambatan bersaing maupun hambatan tidak bersaing
adalah hambatan yang bersifat reversible. Kedua macam hambatan tersebut dapat
dirumuskan secara kualitatif oleh Michelis-Menten atau Lineweaver-Burk dengan
asumsi bahwa penggabungan antar enzim inhibitor bersifat reversibel. Apabila
penggabungan tidak bersifat reversible, maka pendekatan Michelis-Menten tidak
dapaat dilakukan. Hambatan tidak reversible ini dapat terjadi karena inhibitor
bereaksi
tidak
reversibel
dengan
bagian
tertentu
pada
enzim,
sehingga
mengakibatkan berubahnya bentuk enzim. Dengan demikian mengurangi aktivitas
katalik enzim tersebut.
Reaksi ini berlangsung tidak reversibel sehingga menghasilkan produk reaksi
dengan sempurna. Inhibitor lain ialah diisopropil fosfofluoridat. Inhibitor ini termasuk
senyawa fosfor organik yang bersifat racun karena dapat berkaitan dengan
asetilkolin esterase yang terdapat dan berfungsi pada sistem syaraf pusat.
Dengan terbentuknya ester ini maka enzim tidak dapat berfungsi sebagaimana
mestinya sehingga dapat mengganggu sel syaraf pusat. Ester yang terbentuk
bersifat stabil dan tidak mudah terhidrolisis. Dengan demikian hambatan yang
diakibatkan oleh diisopropil fosforfluoridat ini merupakan hambatan tidak reversibel.
Hambatan Alosterik
Model Michelis-Menten dapat digunakan untuk menerangkan terjadinya
hambatan bersaing maupun hambatan tidak bersaing. Namun, ada beberapa enzim
yang sifat kinetiknya tidak dapat diterangkan dengan model Michelis-Menten.
Kelompok enzim yang mempunyai sifat yang demikian ini disebut alosterik.
Hambatan yang terjadi pada enzim alosterik dinamakan hambatan alosterik.
Sedangkan inhibitor yang menghambat dinamakan hambatan alosterik. Bentuk
molekul inhibitor alosterik ini berbeda dengan molekul substrat. Inhibitor alosterik
berikatan dengan enzim pada tempat di luar bagian aktif enzim. Dengan demikian
hambatan ini tidak dapat diatasi dengan penambahan sejumlah besar substrat.
Terbentuknya ikatan antara enzim dengan inhibitor mempengaruhi konformasi enzim
sehingga bagian aktif mengalami perubahan bentuk. Akibatnya ialah penggabungan
substrat pada bagian enzim terlambat.
Kofaktor
Beberapa enzim tidak memerlukan komponen tambahan untuk mencapai
aktivitas penuhnya. Namun beberapa memerlukan pula molekul non-protein yang
disebut kofaktor untuk berikatan dengan enzim dan menjadi aktif. [38] Kofaktor dapat
berupa zat anorganik (contohnya ion logam) ataupun zat organik (contohnya flavin
dan heme). Kofaktor dapat berupa gugus prostetik yang mengikat dengan kuat,
ataupun koenzim, yang akan melepaskan diri dari tapak aktif enzim semasa reaksi.
Enzim yang memerlukan kofaktor namun tidak terdapat kofaktor yang terikat
dengannya disebut sebagai apoenzim ataupun apoprotein. Apoenzim beserta
dengan kofaktornya disebut holoenzim (bentuk aktif). Kebanyakan kofaktor tidak
terikat secara kovalen dengan enzim, tetapi terikat dengan kuat. Namun, gugus
prostetik organik dapat pula terikat secara kovalen (contohnya tiamina pirofosfat
pada enzim piruvat dehidrogenase). Istilah holoenzim juga dapat digunakan untuk
merujuk pada enzim yang mengandung subunit protein berganda, seperti DNA
polimerase. Pada kasus ini, holoenzim adalah kompleks lengkap yang mengandung
seluruh subunit yang diperlukan agar menjadi aktif.
Contoh enzim yang mengandung kofaktor adalah karbonat anhidrase, dengan
kofaktor seng terikat sebagai bagian dari tapak aktifnya.
2.5 Koenzim
Model pengisian ruang koenzim NADH
Koenzim adalah kofaktor berupa molekul organik kecil
yang mentranspor gugus kimia atau elektron dari satu enzim
ke enzim lainnya. Contoh koenzim mencakup NADH, NADPH
dan
adenosina
trifosfat.
Gugus
kimiawi
yang
dibawa
mencakup ion hidrida (H–) yang dibawa oleh NAD atau
NADP+, gugus asetil yang dibawa oleh koenzim A, formil,
metenil, ataupun gugus metil yang dibawa oleh asam folat, dan gugus metil yang
dibawa oleh S-adenosilmetionina. Beberapa koenzim seperti riboflavin, tiamina, dan
asam folat adalah vitamin.
Oleh karena koenzim secara kimiawi berubah oleh aksi enzim, adalah dapat
dikatakan koenzim merupakan substrat yang khusus, ataupun substrat sekunder.
Sebagai contoh, sekitar 700 enzim diketahui menggunakan koenzim NADH.
Regenerasi serta pemeliharaan konsentrasi koenzim terjadi dalam sel.
Contohnya, NADPH diregenerasi melalui lintasan pentosa fosfat, dan
S-
adenosilmetionina melalui metionina adenosiltransferase.
2.6 Termodinamika
Tahapan-tahapan
reaksi
kimia.
energi
Substrat
pada
memerlukan
energi yang banyak untuk mencapai
keadaan transisi, yang akan kemudian
berubah
menjadi
menstabilisasi
produk.
keadaan
menurunkan energi
Enzim
transisi,
yang diperlukan
untuk menjadi produk.
Sebagai katalis, enzim tidak mengubah posisi kesetimbangan reaksi kimia.
Biasanya reaksi akan berjalan ke arah yang sama dengan reaksi tanpa katalis.
Perbedaannya adalah, reaksi enzimatik berjalan lebih cepat. Namun, tanpa
keberadaan enzim, reaksi samping yang memungkinkan dapat terjadi dan
menghasilkan produk yang berbeda.
Lebih lanjut, enzim dapat menggabungkan dua atau lebih reaksi, sehingga
reaksi yang difavoritkan secara termodinamik dapat digunakan untuk mendorong
reaksi yang tidak difavoritkan secara termodinamik. Sebagai contoh, hidrolsis ATP
sering kali menggunakan reaksi kimia lainnya untuk mendorong reaksi.
Enzim mengatalisasi reaksi maju dan balik secara seimbang. Enzim tidak
mengubah kesetimbangan reaksi itu sendiri, namun hanya mempercepat reaksi
saja. Sebagai contoh, karbonat anhidrase mengatalisasi reaksinya ke dua arah
bergantung pada konsentrasi reaktan.
(dalam jaringan tubuh; konsentrasi
CO2 yang tinggi)
(pada paru-paru; konsentrasi CO2
yang rendah)
Walaupun demikian, jika kesetimbangan tersebut sangat memfavoritkan satu
arah reaksi, yakni reaksi yang sangat eksergonik, reaksi itu akan menjadi ireversible.
Pada kondisi demikian, enzim akan hanya mengatalisasi reaksi yang diijinkan
secara termodinamik.
BAB III
PENUTUP
2.1 Kesimpulan
Dalam tubuh manusia terjadi bermacam-macam proses biokimia dan tiap
proses menggunakan katalis enzim tertentu. Suatu enzim bekerja secara khas
terhadap suatu substrat tertentu. Kekhasan inilah cirri suatu enzim.ini sangat
berbeda dengan katalislain (bukan enzim) yang dapat bekerja terhadap berbagai
macam reaksi. Fungsi suatu enzim ialah sebagai katalis untuk proses biokimia yang
terjadi dalam sel maupun di luar sel. Suatu enzim dapat mempercepat reaksi 108
sampai 1011 kali lebih cepat daripada apabila reaksi tersebut dilakukan tanpa katalis.
Jadi enzim dapat berfungsi sebagai katalis yang sangat efisien, di samping itu
mempunyai derajat kekhasan yang tinggi. Penggolongan enzim ada 5, yaitu
oksidoreduktase, transferase, hidrolase, liase, esomerase. Hambatan bersaing
disebabkan karena ada molekul yang mirip dengan substrat, yang dapat pula
membentuk kompleks, yaitu kompleks enzim inhibitor (EI).