4. Enzim dan pengendaliannya

Oleh : Muhammad Arif M. S.Pi.
Protein yang
bertindak sebagai
biokatalisator
Faktor-faktor yang
mempengaruhi
kerja enzim
ENZIM
Sifat-sifat enzim
• Enzim adalah protein
• Bekerja spesifik
• Berfungsi sebagai katalis
• Diperlukan dalam jumlah sedikit
• Bekerja secara bolak-balik
• Dipengaruhi faktor lingkungan
Komponen enzim
Cara kerja enzim
Menurunkan energi
aktivasi (energi yang
diperlukan untuk reaksi)
Enzim
Enzim merupakan katalis dalam sistem biologi/
Biokatalis. Katalis adalah molekul yang berfungsi
mempercepat reaksi kimia.
Sebagai biokatalis enzim ikut bereaksi, struktur enzim
tidak berubah baik sebelum dan sesudah reaksi dan
pada akhir reaksi enzim didapatkembali dalam bentuk
semula
Hampir semua enzim merupakan protein (yg
sifatnya fungsional, bukan struktural), namun
tidak semua protein bertindak sebagai enzim. Dua
sifat penting enzim adalah memiliki daya katalitik
yang sangat besar dan sangat spesifik
Enzim protein
sederhana
Protein
Enzim
Enzim
Konjugasi
Protein +
Bukan Protein
Protein = apoenzim
Organik =
Koenzim
Bukan protein =
Gugus prostetik
Anorganik = kofaktor
Mekanisme pembentukan Kompleks enzim-substrat
1. Emil Fischer menganalogikan substrat dan sisi aktif sebagai
anak kunci dan kunci (lock and key)
2. Koshland (induced fit), kesesuaian bentuk awalnya belum ada. Pengikatan
substrat menyebabkan perubahan konformasi enzim
lock and key
induced fit
Daya katalitik enzim, kemampuan enzim
menempatkan substrat ke dalam kedudukan
yang menguntungkan pada kompleks enzimsubstrat
Situs/sisi aktif, yaitu
tempat tertentu
pada molekul enzim
untuk mengikat
substrat
Kompleks enzim-substrat
Mekanisme kerja enzim
 Menurunkan energi
aktivasi
 Energi aktivasi: jumlah
energi yang diperlukan
untuk membawa semua
molekul dalam satu mol
suatu bahan pada suatu
suhu tertentu dari
keadaan awal menuju
keadaan transisi
 Keadaan transisi, kemungkinan terbentuk dan
terputusnya ikatan kimia
Sifat sifat enzim
 Enzim merupakan biokatalisator yang




mempercepat jalannya reaksi tampa ikut
bereaksi
Thermolabil. Mudah rusak bila dipanskan lebih
dari 60 C
Merupakan senyawa protein, shingga sifat
protein masih melekat pada enzim
Dibutuhkan dalam jumlah sedikit, sbg
biokatalisator , rekasinya menjadi sangat cepat
dan berulang ulang
Bekerja didalam sel (endoenzim) dan diluar sel
(ektoenzim)
Lanjutan sifat-sifat enzim
 Umumnya enzim bekerja mengkatalis reaksi satu
arah, meskipun ada yang mengkatalis reaksi dua
arah
 Bekerjanya spesifik, karena sisi aktif enzim
setangkup dengan permukaan subtrat tertentu
 Umumnya enzim tidak dapat bekerja tanpa
adanya suatu zat non protein tambahan yang
disebut kofaktor.
 Enzim : Katalisator (Biokatalisator)

Eksoenzim → bekerja di luar sel.

Endoenzim → bekerja di dalam sel

Holoenzim:

Apoenzim (protein)

Koenzim (BO dgn BM↓) spt Vitamin.

Kofaktor (logam, spt : Mg2+, Mn2+, Fe2+, dll) → Koenzim
anorganik
 Urease (thn 1926) : pertama kali diisolasi dlm
bentuk kristalin.
Ciri-ciri yang menonjol :

Efisiensi katalistiknya tinggi
Derajat kekhususannya tinggi thd substrat
1.
2.

Penamaan & Klasifikasi Enzim:


~ ase : untuk enzim tunggal
Sistem ~ ase : untuk enzim kompleks dlm sistem
Klasifikasi enzim
√ Enzim diklasifikasikan berdasarkan tipe
reaksi dan mekanisme reaksi yang dikatalisis
√
√
Semua enzim ini diidentifikasi dengan
menambahkan akhiran –ase pada nama
substansi atau substrat yang dihidrolisis
Contoh:
•lipase menghidrolisis lipid
•amilase menghidrolisis amilum
•protease menghidrolisis
protein.
√ Pemakaian penamaan tersebut tidak memadai
karena banyak enzim mengkatalisis substrat
yang sama tetapi dengan reaksi yang berbeda
Contoh:
√
• enzim yang megkatalisis reaksi reduksi terhadap
fungsi alkohol gula
• enzim yang mengkatalisis reaksi oksidasi pada
substrat yang sama.
√
Sistem penamaan enzim sekarang tetap
menggunakan –ase, namun ditambahkan pada
jenis reaksi yang dikatalisisnya
• Nama enzim terdiri atas 2 bagian, pertama
menunjukkan substrat dan kedua ditambah
dengan -ase yang menunjukkan tipe reaksi yang
dikatalisis
Contoh: heksosa isomerase (subsrat: heksosa
dengan reaksi isomerase).
√
Contoh:
• enzim dehidrogenase mengkatalisis reaksi
pengeluaran hidrogen
• enzim transferase mengkatalisis pemindahan
gugus tertentu.
√ International Union of Biochemistry (IUB) telah
mengadopsi sistem penamaan yang kompleks
tetapi tidak meragukan berdasarkan
mekanisme reaksi
Sistem penamaan enzim menurut IUB
• Reaksi dan enzim yang mengkatalisis, membentuk 6
kelas, masing-masing mempunyai 4-13 subkelas
EC major classes of enzymes
Klas
Tipe reaksi
Oksidoreduktase
enzim yang mengkatalis reaksi oksidasi-reduksi (memsahkan
dan menambahkan elektron atau hidrogen
Transferase
(Kinase)
memindahkan gugus senyawa kimia
Hidrolase
(protease, lipase,
amilase)
Enzim yang mengkatalis reaksi hidrolisis (memutuskan ikatan
kimia dengan penambahan air)
Ligase
(fumarase)
Mengkatalis reaksi pengabungan dua senyawa yang disertai
perurairan molekul ATP (membentuk ikatan rangkap)
Isomerase
(epimerase)
mengkatalisir perubahan isomer
Polimerase
(tiokinase)
menggabungkan monomer-monomer sehingga terbentuk polimer
Faktor-faktor yang mempengaruhi
kerja enzim





Konsentrasi enzim
Suhu
Aktivator dan inhibitor
pH
Konsentrasi substrat
Yang Mempengaruhi Aktivitas Enzim
Aktivitas Enzim (A.E)
1. Konsentrasi Enzim
Konsentrasi Enzim (K.E)
2. Konsentrasi Substrat
3. pH & Suhu
Pengaruh suhu terhadap reaksi enzimatis




Seperti halnya protein lainnya, enzim memiliki bobot
molekul diantara 12.000 hingga lebih dari 1 milyar.
Beberapa enzim lain membutuhkan komponen kimia
tambahan untuk dapat beraktivitas yang disebut
Kofaktor – satu atau lebih ion anorganik, seperti Fe2+,
Mg2+, Mn2+, atau Zn2+, atau organik komplek atau
molekul metaloorganik yang disebut Koenzim
Suatu koenzim atau ion metal yang terikat sangat kuat
melalui ikatan kovalen disebut gugus prostetik.
Holoenzim merupakan enzim yang lengkap, enzim yang
secara katalitik berikatan dengan koenzim dan/ atau ion
metal. Bagian protein dari enzim disebut apoprotein
atau apoenzim.
Beberapa elemen anorganik sebagai kofaktor enzim
Cu2+
Fe2+ atau
Fe3+
K+
Mg2+
Mn2+
Mo
Ni2+
Se
Zn2+
Sitokrom oksidase
Sitokrom oksidase, katalase, peroksidase
Piruvat kinase
Heksokinase, Glukosa 6-fosfatase,
piruvat kinase
Arginase, ribonukleotida reduktase
Dinitrogenase
Urease
Glutation peroksidase
Karbonik anhidrase, alkohol
dehidrogenase, karboksipeptidase A dan
B
Beberapa koenzim sebagai pembawa atom spesifik atau gugus fungsi
Koenzim
Gugus fungsi
yang ditransfer
Prekursor yang ditambah
dalam manusia
Biositin
Koenzim A
CO2
Gugus asil
5'-deoksiadenosilkobalamin (koenzim
B12)
Flavin Adenin
Dinukleotida Lipoat
Atom H & gugus
alkil
Biotin
Asam pantotenat & molekul
lain
Vitamin B12
Nikotinamida Adenin
Dinukleotida
Piridoksal fosfat
Tetrahidrofolat
Tiamin pirofosfat
Elektron-elektron
& gugus asil
ion hidrida (:H-)
Riboflavin (vitamin B2)
tidak dibutuhkan dalam
makanan
Asam nikotinat (niacin)
gugus amino
Piridoksin (Vitamin B6)
gugus satu karbon Folat
Aldehid
Tiamin (Vitamin B1)
Denaturasi & Renaturasi
Denaturasi terjadi karena:
Pemanasan, perubahan pH (asam/basa), konsentrasi
garam tinggi → fungsi enzim berkurang/hilang
aktivitasnya
Denaturasi → reversibel (protein dapat kembali membentu
folding yang tepat dan mempunyai aktivitas biologi, disebu
renaturasi)
Denaturasi→ irreversibel (protein/albumin putih telur
bila dipanaskan)
Istilah-istilah dalam mempelajari enzim
1.Pusat aktif, bagian enzim yang berperan dalam
pengikatan substrat
2.Sisi aktif, gugus/atom pada polipeptida yang
langsung terlibat dalam reaksi katalitik
3.Bagian katalitik, bagian apoenzim yang berperan dalam
melakukan reaksi katalitik
4.Bagian pengendali, bagian apoenzim yang
mengendalikan reaksi katalitik
5.Sisi pengikatan substrat, bagian enzim yang berperan
dalam
pengikatan substrat melalui ikatan kovalen
Aktivitas enzim diatur 2 cara :
1. Pengendalian Katalis secara langsung
Melalui mekanisme katalitik itu sendiri
Melalui penggandengan dgn proses lain
a.
b.
1.
2.
3.
Ada Hambatan Arus balik
Ada Aktivasi prekursor
Ada pengendalian berkaitan dgn energi
2. Aktivitas Prekursor
Substrat
A
B
3. Pengendalian
yg berkaitan dg
energi (spt. ATP)
C
X
Y
1. Hambatan Arus
Balik
Z Produ
k akhir
2. Pengendalian Genetis (Gambar Tabel 13 – 10 hal. 244)
→ Induksi & respirasi Enzim
a.
b.
c.
Respirasi Sintesis m-RNA
Induksi Sintesis m-RNA
Pengendalian Positif Sintesis Enzim
METABOLISME
KATABOLISME/Disimilasi
Bertujuan untuk pembongkaran
atau penguraian suatu molekul
Respirasi
Respirasi
Aerob
ANABOLISME
Bertujuan untuk penyusunan
atau sintesis suatu molekul
Fotosintesis / asimilasi
Respirasi
Anaerob
Katabolisme Karbohidrat
Respirasi aerob
C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O + 36 ATP
Glikolisis
Tiga tahap
Siklus / daur Krebs
Sistem transpor elektron
Respirasi
anaerob
(fermentasi)
Fermentasi alkohol
Fermentasi asam laktat
Rangkaian reaksi yang menguraikan satu
molekul glukosa menjadi dua molekul asam
piruvat.
 Glikolisis terdiri dari 10 tahap masing-masing
dikatalis oleh enzim.
 Dari 10 tahap tersebut dapat dikelompokkan
menjadi 2 fase yaitu:
Fase persiapan (1 sampai 5) glukosa diubah
menjadi 2 senyawa 3 karbon.
Fase oksidasi (6 sampai 10) senyawa tiga karbon
diubah menjadi asam piruvat.
Piruvat mengalami dekarboksilasi oksidatif
menjadi Asetil CoA merupakan penghubung
antara Glikolisis dengan siklus Krebs.

aerob
Enzim
heksosinase
Glukos
a
Asam
Piruvat
ATP
anaerob
ADP
& Mg2+
Glukosa-6 pospat
Dihidroksiasetonpospat
Fruktosa -1,6dipospat
(6 atom C)
Enzim
aldolase
Enzim
Transposporilase
pospopiruvat
pospotrio
saisomerase
& Mg2+, K+
3-pospo-gliseraldehid
ADP
(3 atom C)
H3PO4
ATP
1,3-dipospo-gliseraldehid
Transposporilase
pospogliserat
&
NAD
NADH2
dehidrogenase
Mg2+
Asam 3
pospogliserat
ADP
ATP
Pospoglisero mutase
Asam 2 pospogliserat
Asam 1,3
dipospogliserat
Enzim enolase
& Mg2+
Asam 2 pospoenol
piruvat
H2O
Respirasi aerob
CO2 + H2O + energi
Bakteri asam susu
Asam Piruvat
asam susu
+ NAD + energi
(CH3.CHOH.COOH)
CH3.CO.COO
H
Respirasi anaerob
Karboxilase piruvat
Dehidrogenase + NAD.H2
Asetaldehida
Etanol + NAD + energi
CH3.CHO + CO2
(CH3.CH2.OH)
Bakteri asam cuka
Asam cuka + energi






Gugus berkarbon 2 acetil – CoA memasuki
siklus.
Terdiri dari beberapa tahap( 9 rangkaian
reaksi).
Masing-masing dikatalisis oleh enzim-enzim
khusus.
ATP yang secara langsung dihasilkan adalah 2
ATP.
Di hasilkan 2 molekul CO2.
8 elektron dilepaskan.
Bab 2 Metabolisme
Respirasi aerob
Tahapan siklus
Krebs
NAD+H+
NAD+
Asam malat
NAD+
H2O
NADH +H+
FADH2
NAD+
FAD
NADH +H+
GTP
ADP
GDP + P
ATP





Terjadi di bagian membran dalam mitokondria.
Hidrogen dari siklus krebs diubah menjadi
proton dan elektron.
O2 berperan sebagai aseptor
(penerima) elektron yang terakhir.
Setelah menerima elektron O2 akan menerima (
H+ ) menjadi H2O.
ATP yang dihasilkan 32 ATP.

Glikolisis energi yang dihasilkan = 2 ATP.

Siklus krebs energi yang dihasilkan = 2 ATP.


Transfer elektron energi yang dihasilkan =32
ATP.
Total energi yang dihasilkan adalah
ATP.
= 36
Respirasi aerob
Sistem transpor elektron
Bab 2 Metabolisme
Bab 2 Metabolisme
Rangkuman reaksi aerob.
Fermentasi alkohol
C6H12O6  2CO2 + 2C2H5OH + 2 ATP
(a) Tahapan fermentasi alkohol. (b) Jamur ragi (yeast).
Fermentasi asam laktat
C6H12O6  2CO2 + 2 asam laktat + 2 ATP
Tahapan reaksi fermentasi asam laktat.
Fotosintesis
Tahapan reaksi terang
Fotosintesis
Tahapan reaksi gelap
Kelompok Bakteri dgn Produknya dari Proses Disimilasi Glukosa
Tabel 14-3. bakteri dikelompokkan menurut produk-produk dari disimilasi
glukose
Kelompok dg contoh
Produk-Produk yg Dihasilkan
beberapa Genus
Bakteri Asam Laktat:
Streptococcus
Lactobacillus
Leuconostoc
Hanya asam laktat atau asam laktat bersama
dgn asam asetat, asam format, d etil alkohol;
Spesies yg menghasilkan hanya asam laktat
adalah homofermentatif, dan yg menghasilkan
asam laktat bersama senyawa-senyawa lain
adalah heterofermentatif.
Bakteri Asam Propionat :
Propionibacterium
Veillonella
Asam propionat bersama dgn asam asetat &
karbon dioksida.
Bakteri coli-aerogenes tifoid :
Escherichia
Enterobacter
Salmonella
Asam format, asam asetat, asam laktat, asam
suksinat, etil alkohol, karbon diokside, hidrogen,
2,3-butilen glikol (dihasilkan dlm berbagai
kombinasi & jumlah bergantung pd genus &
spesies.
Kelompok dg contoh
beberapa Genus
Produk-Produk yg Dihasilkan
Bakteri Aseton butil alkohol:
Clostridium
Eubacterium
Bacillus
Asam butirat, butil alkohol, aseton, isopropil
alkohol, asam asetat, asam format, etil alkohol,
hidrogen, dan karbon diokside (dihasilkan dlm
berbagai kombinasi & jumlah bergantung pd
spesies).
Bakteri Asam asetat :
Acetobacter
Asam asetat, asam glukonat, asam kojat
Industrial Enzyme Market
Annual Sales: $ 1.6 billion
Food and starch processing:
Detergents:
Textiles:
Leather:
Pulp and paper:
45 %
34 %
11 %
3 %
1.2 %

Protease: protease netral dari Aspergillus dan
Alkali dari Bacillus





Deterjen biologi: subtilisin dari Bacillus licheniformis
dan B. subtilis
Penjernihan wine
Pengolahan kulit
Pembuatan keju
Pengempukan daging dsb

Lipase terutama dari Bacillus, Aspergillus,
Rhizopus, dan Rhodotorula




Deterjen biologis
Pengolahan kulit – penghilangan lemak
Produksi senyawa flavor
Pengolahan susu dan daging






Sumber: Aspergillus dan Bacillus
Untuk pengolahan pati menjadi sirup gula
Modifikasi tepung dalam pembuatan roti
Hidrolisis pati pada industri wine
Detergen biologis
Manufaktur tekstil

Bacillus polymyxa, Streptomyces, Rhizopus



Untuk produksi sirup maltosa
Industri beer: meningkatkan gula yg dapat
difermentasi.
Amiloglukosidase: A. niger, R. niveus




Produksi sirup glukosa
Roti,
Beer, wine
Juice buah