II. KARAKTERISTIK ENZIM 2.1. Definisi Enzim Enzim

II. KARAKTERISTIK ENZIM
2.1. Definisi Enzim
Enzim merupakan katalisator suatu reaksi, artinya dapat mempercepat suatu
reaksi tanpa terjadinya perubahan yang permanen dalam struktur enzim itu sendiri.
Kata "Enzim" berasal dari bahasa Yunani yang berarti "dalam yeast" dan pertama kali
dikemukakan oleh Kuhne pada tahun 1878. Awal mulanya diketahui bahwa enzim
berperan aktif dalam sel yeast untuk melakukan proses fermentasi.
Enzim mempunyai sejumlah sifat yang spesifik dibandingkan dengan
katalisator yang lain. Molekul ini dapat meningkatkan kecepatan reaksi kimia secara
nyata dan sangat spesifik. Reaksi akan berjalan sangat lambat bila tidak terdapat
enzim. Enzim tidak dapat mengubah titik keseimbangan reaksi yang dikatalisisnya,
juga tidak akan habis setelah reaksi atau tidak dapat diubah oleh reaksi-reaksi
tersebut. Enzim dapat meningkatkan kecepatan reaksi sebesar 10 14 kali pada
keadaan tertentu. Kecepatan reaksi enzim sangat dipengaruhi oleh beberapa faktor
diantaranya suhu, pH, substrat, konsentrasi enzim dan lain sebagainya.
Bentuk atau struktur enzim adalah globuler (mudah larut dalam air). Enzim
terdiri dari 20 macam asam amino, yang dapat dibedakan menjadi empat
berdasarkan gugus R-nya.
 R hidrofobik
Asam amino dalam globula : hidrofobik
Asam amino dalam perifer : bermuatan
Contoh :
1. Valin : R non polar
2. Prolin : R non polar
Universitas Gadjah Mada

R polar netral (tidak bermuatan) Contoh :
Glisin

R polar (-)

Contoh : glutamat

R polar (+)
Contoh : lisin
2.2. Kinetika Enzim
Suatu reaksi katalisis enzim akan mengalami penjenuhan kinetik terhadap
konsentrasi substratnya (S). Bila dipergunakan konsentrasi total enzim (Eo),
kecepatan mula-mula sebesar (Vo), maka produk yang dihasilkan akan
Universitas Gadjah Mada
mengikuti bentuk hiperbola terhadap substrat (S), seperti terlihat pada Gambar 2.1.
Pada konsentrasi substrat yang cukup rendah, maka kecepatan reaksi (V), secara
langsung dipengaruhi oleh konsentrasi substrat yang dipergunakan. Bila konsentrasi
substrat dinaikkan, mengakibatkan terjadi penjenuhan, sehingga kecepatan reaksi
akan berubah. Pada kecepatan reaksi yang maksimum (Vmak), besarnya sebanding
dengan konsentrasi enzim (Eo). Hubungan ini dinyatakan dalam persamaan
Michaelis-Menten sebagai berikut:
Vo = ( Eo ) (S)kcat / (Km + (S)
kcat (Eo ) = Vm aks
Vo = Vmak s (S)
(S) + Km
Km : tetapan Michaelis, yaitu merupakan konsentrasi substrat pada saat
Vo =½ Vmaks
(s)
Gambar 2.1. Ketergantungan kecepatan reaksi pada konsentrasi substrat
pada saat Vo = ½ Vmaks
Reaksi katalisis enzim terhadap substrat dapat digambarkan sebagai
berikut:
E + S  ES
ES E + P
Universitas Gadjah Mada
Km dan Vmaks sulit ditentukan dengan grafrk 2.1., untuk itu dibuat
persamaan garis lurus menurut metode "Lineweaver-Burk" yang ditunjukkan pada
persamaan berikut ini (Gambar 2.2.).
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Gambar 2.2. Persamaan garis lurus menurut metode
Lineweaver-Burk.
2.3. Spesifisitas Enzim
Enzim mempunyai aktivitas katalitik dikarenakan sisi aktif enzim terdiri dari 2
gugus, yaitu gugus pengikatan (berupa gugus R-nya) dan gugus katalitik. Emil Fisher
(1894) mengemukakan bahwa enzim dapat memetabolisme karbohidrat yang
ditunjukkan dengan spesifisitas enzim untuk substratnya, yaitu
Universitas Gadjah Mada
suatu molekul yang dapat berperan pada enzim. Dasar tersebut menghasilkan
suatu teori "gembok" dan "kunci" (lock&key), substrat harus sesuai dengan
enzimnya yang digambarkan seperti gambar 2.3.
Contoh:
 Urease
 urea
 Aspartase  aspartat
Gambar 2.3.Hipotesis Fisher tentang teori "Gembok" dan "Kunci" yang dapat
memberi penjelasan tentang spesifisitas enzim (substrat harus sesuai
dengan enzimnya : mutlak).
Pada tahun 1958, Koshland mengemukakan suatu teori "induced fit" yang
menunjukkan daya katalitik dan spesifisitas enzim. Pada kondisi tertentu sisi aktif
enzim dapat menyesuaikan dengan bentuk substratnya (relatif). Dikemukakan pula
aktivitas katalitik suatu enzim dapat menyebabkan perubahan kondisi frsiologik.
Penerapan teknik DNA rekombinan untuk mempelajari enzim yang dihasilkan
telah berhasil mengubah posisi sisi aktif dan spesifisitas enzim. Pengubahan tersebut
dilakukan dengan prinsip mutasi dengan cara mutagenesis sisi langsung. Sebagai
contoh spesifisitas enzim laktat dehidrogenase telah berubah menjadi malat
dehidrogenase oleh tiga sisi aktifnya.
Sebagian besar enzim mempunyai sifat spesifisitas yang tinggi baik terhadap
substrat yang digunakan maupun reaksi yang dikatalisisnya. Dalam hal gugus spesifik
dan spesifrsitas absolut suatu enzim hanya terjadi pada molekul substrat yang kecil.
Bila molekul substrat besar posisi sisi aktif enzim terhadap molekul substrat akan
berbeda karena yang menempel pada substrat hanya sebagian saja.
Universitas Gadjah Mada
Ciri lain dari sifat reaksi enzim adalah sifat stereospesifisitasnya, yang telah
terbukti pada aktivitas enzim dehidrogenase yang memerlukan NAD + DAN NADP+.
Enzim dehidrogenase mengkatalisis reaksi pemindahan hidrogen dari substrat ke
dalam bagian cincin nikotinamid. Dasar spesifrsitas ini juga terjadi pada jenis
dehidrogenase lain seperti alkohol dehidrogenase, laktat dehidrogenase dan
gliseraldehid-3-P- dehidrogenase dalam hati.
2.4. Kofaktor
Pada beberapa jenis enzim, untuk aktivasinya diperlukan tambahan
komponen kimia. Komponen tersebut sering disebut sebagai kofaktor. Kofaktor dapat
berupa satu molekul anorganik seperti ion Fe 2+, Mn2+ atau dapat molekul organik
kompleks yang disebut koenzim. Beberapa enzim memerlukan baik kofaktor maupun
koenzim untuk aktivasinya. Kofaktor yang berupa ion logam pada beberapa jenis
enzim hanya terikat secara lemah, dan ada yang terikat secara kuat atau permanen
sehingga dapat disebut sebagai gugus prostetik. Enzim yang mempunyai kofaktor dari
logam dapat di inaktivasi dengan penambahan senyawa pengikat logam seperti EDTA.
Sifat kofaktor yang terikat pada enzim secara kuat sulit dipisahkan dari bagian
enzim walaupun telah dilakukan dialisis, kofaktor tersebut juga dapat dikatakan
sebagai gugus prostetik. Suatu enzim yang mempunyai suatu kofaktor atau gugus
prostetik yang terikat disebut suatu holoenzim, dan bila kofaktornya dihilangkan
disebut apoenzim. Contoh apoenzim antara lain ribonuklease, khemotripsin, dan
tripsin. Suatu molekul kecil atau jenis lain yang secara reversibel mengikat enzim
dinamakan suatu ligand, dapat termasuk substrat, penghambat, ion logam dan lain
sebagainya.
2.5. Nomenklatur dan Klasifikasi Enzim
Secara umum pemberian nama trivial atau perdagangan adalah dengan
menambahkan akhiran "ase" pada substrat yang diserang. Sebagai contoh urease
menyerang substrat urea, arginase untuk substrat arginin. Namun ada juga yang
berdasarkan reaksi yang dikatalisisnya, seperti laktat dehidrogenase mengkatalisis
Universitas Gadjah Mada
reaksi dehidrogenasi laktat sehingga dihasilkan piruvat. Ada enzim yang diberi
nama dengan tidak menerangkan substratnya maupun reaksi katalisisnya, seperti
enzim pepsin, tripsin, papain, katalase dan lain sebagainya.
Komisi Enzim yang telah dibentuk oleh suatu perkumpulan Biokimia dunia
(International Union of Biochemistry/IUB), yang telah direkomendasi oleh perkumpulan
biokimia sedunia (International Union of Pure and Applied Chemistry) pada tahun 1955
membuat suatu persetujuan untuk memberi nama enzim. Sistem pemberian nama
menempatkan semua enzim ke dalam enam kelas utama berdasarkan atas jenis reaksi
yang dikatalisis, yaitu:
1. Oksidoreduktase, enzim yang mengkatalisis reaksi oksidasi-reduksi.
2. Transferase, enzim yang mengkatalisis suatu reaksi yang mentransfer
gugus
3. Hidrolase, enzim yang mengkatalisis reaksi hidrolitik
4. Liase, enzim yang mengkatalisis reaksi eliminasi yang dapat membentuk
suatu ikatan rangkap
3. Isomerase, enzim yang mengkatalisis reaksi isomerasi
4. Ligase/Sintetase,
enzim
yang
mengkatalisis
reaksi
yang
dapat
menggabungkan dua molekul dengan bantuan energi (ATP)
2.6. Inhibitor dan Aktivasi Enzim
Inhibitor. Inhibitor dapat menurunkan reaksi enzim. Sifat inhibitor
dibedakan menjadi 2, yaitu:
1.2.irreversible : E + I  El
2.2.reversible : E + I  EI

competitive

non competitive

uncompetitive
Competitive
Suatu senyawa inhibitor yang menyerupai substrat dan menghalangi
masuknya substrat tersebut ke sisi aktif enzim. Senyawa tersebut dapat terikat
Universitas Gadjah Mada
pada sisi aktif enzim, sehingga substrat yang seharusnya terikat menjadi terhalang
oleh senyawa tersebut. Contoh inhibitor asam melanoat dengan suksinat
dehidrogenase.
E + I  ES  E+P
ki ↕ + I
EI
[
( )
( )
]
Noncompetitive
Senyawa inhibitor tidak menyerupai substrat. Substrat tetap terikat di bagian
sisi aktif enzim yang normal tetapi inhibitor membentuk lekukan pada bidang
permukaan lain dari enzim.
E + S <-> ES <---> E + P
ki|+I ki|
+I
EI + S<->ESI
Universitas Gadjah Mada
[
( )
]
[
( )
]
Uncompetitive
ES + 1  (ES)
k ↕ +I
tidak terbentuk produk
_________ 1+ 1 + __ Km
[
( )
( )
]
Aktivasi Enzim. Energi aktivasi suatu reaksi adalah jumlah energi dalam
kalori yang diperlukan untuk membawa semua molekul pada satu mol senyawa
pada suhu tertentu menuju ke tingkat transisi pada puncak Batas energi. Enzim
dapat meningkatkan reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi dan dengan
tidak merubah energi bebas (AG). Kecepatan reaksi dari substrat ke produk
tergantung dari jumlah molekul substrat yang mencapai transisi per satuan waktu
(Gambar 2.4).
Universitas Gadjah Mada
Gambar 2.4. Perubahan energi aktivasi enzim dalam membentuk produk
Faktor-faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim antara lain suhu, pH,
kadar enzim, konsentrasi substrat, dan adanya kofaktor (Gambar 2.5.).
Berdasarkaan
gambar
tersebut
dapat
dilihat
pengaruh
suhu,
pH,
konsentrasi enzim dan konsentrasi substrat terhadap aktivitas enzim. Bila suhu
Universitas Gadjah Mada
meningkat maka reaksi akan lebih cepat pula karena gerakan molekul zat semakin
cepat. Enzim bekerja paling aktif dan paling stabil pada suhu optimum. Misalnya renin
dari abomasum, paling aktif pada suhu optimum 42°C. Tetapi bila suhu terlalu tinggi
melebihi suhu optimum enzim maka kecepatan reaksi justru akan menurun bahkan
bisa menjadi in aktif. pH yang baik untuk proses enzimatis adalah pH netral. Kadar
enzim, semuanya adalah konstan. Semakin tinggi konsentrasi enzim maka kecepatan
reaksi akan meningkat. Begitu pula konsentrasi substrat, semakin tinggi konsentrasi
substrat maka kecepatan reaksi akan meningkat sampai terjadi penjenuhan.
Universitas Gadjah Mada