BAB 1

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Salah satu penyusun kehidupan pada mahluk hidup adalah protein. Dan

salah satunya yang berbentuk protein yaitu enzim. Enzim memiliki peran yang

sangat penting bagi kehidupan smua mahluk hidup, karena enzim merupakan

suatu biomolekul yang berfungsi sebagai katalis (senyawa yang mempercepat

proses reaksi tanpa habis bereaksi) dalam suatu reaksi kimia dan juga Hampir

semua proses biologis sel memerlukan enzim agar dapat berlangsung dengan

cukup cepat.

Sebagai mahasiswa dari fakultas perikanan dan ilmu kelautan, khususnya

jurusan perikanan, ternyata banyak enzim yang berperan alam kehidupan

perikanan seperti pada proses pencernaannya maupun pembusukan pada produk

perikanan, juga enzim-enzim yang berperan dalam bidang bioteknologi perikanan.

B. Tujuan

Tujuan yang hendak dicapai dalam pembuatan makalah ini tentang enzim

dan kaitannya dengan bidang perikanan adalah :

1. Untuk mengetahui definisi enzim.

2. Untuk mengetahui etimologi dan sejarah enzim, konvensi

penamaan, struktur dan mekanisme, kofaktor dan koenzim,

termodinamika, kinetika, inhibisi, fungsi biologis, dan control

aktivasi pada enzim.

3. Untuk mengetahui peran dan kaitan enzim dalam bidang

perikanan.

C. Manfaat

Dari pembuatan makalah tentang enzim dan kaitannya dengan bidang

perikanan, dapat diperoleh manfaat antara lain :

1. Memberi pengetahuan kepada kami selaku pembuat makalah

1

2. Memberi pengetahuan kepada para pembaca nantinya tentang

enzim dan kaitannya dengan bidang perikanan.

3. Sebagai pelengkap makalah-makalah sebelumnya yang membahas

tentang enzim dan kaitannya dengan bidang perikanan.

D. Tinjauan Pustaka

Enzim adalah biomolekul yang berfungsi sebagai katalis (senyawa yang

mempercepat proses reaksi tanpa habis bereaksi) dalam suatu reaksi kimia.

Hampir semua enzim merupakan protein. Pada reaksi yang dikatalisasi oleh

enzim, molekul awal reaksi disebut sebagai substrat, dan enzim mengubah

molekul tersebut menjadi molekul-molekul yang berbeda, disebut produk. Hampir

semua proses biologis sel memerlukan enzim agar dapat berlangsung dengan

cukup cepat.

Enzim bekerja dengan cara menempel pada permukaan molekul zat-zat

yang bereaksi dan dengan demikian mempercepat proses reaksi. Percepatan

terjadi karena enzim menurunkan energi pengaktifan yang dengan sendirinya akan

mempermudah terjadinya reaksi. Sebagian besar enzim bekerja secara khas, yang

artinya setiap jenis enzim hanya dapat bekerja pada satu macam senyawa atau

reaksi kimia. Hal ini disebabkan perbedaan struktur kimia tiap enzim yang bersifat

tetap. Sebagai contoh, enzim α-amilase hanya dapat digunakan pada proses

perombakan pati menjadi glukosa.

Hal-ihwal yang berkaitan dengan enzim dipelajari dalam enzimologi.

Dalam dunia pendidikan tinggi, enzimologi tidak dipelajari tersendiri sebagai satu

jurusan tersendiri tetapi sejumlah program studi memberikan mata kuliah ini.

Enzimologi terutama dipelajari dalam kedokteran, ilmu pangan, teknologi

pengolahan pangan, dan cabang-cabang ilmu pertanian.

Kerja enzim dipengaruhi oleh beberapa faktor, terutama adalah substrat,

suhu, keasaman, kofaktor dan inhibitor. Tiap enzim memerlukan suhu dan pH

(tingkat keasaman) optimum yang berbeda-beda karena enzim adalah protein,

yang dapat mengalami perubahan bentuk jika suhu dan keasaman berubah. Di luar

suhu atau pH yang sesuai, enzim tidak dapat bekerja secara optimal atau

2

strukturnya akan mengalami kerusakan. Hal ini akan menyebabkan enzim

kehilangan fungsinya sama sekali. Kerja enzim juga dipengaruhi oleh molekul

lain. Inhibitor adalah molekul yang menurunkan aktivitas enzim, sedangkan

aktivator adalah yang meningkatkan aktivitas enzim. Banyak obat dan racun

adalah inihibitor enzim.

3

BAB 2

PEMBAHASAN

A. Etimologi dan Sejarah

Pada akhir tahun 1700-an dan awal tahun 1800-an, pencernaan daging

oleh sekresi perut dan konversi pati menjadi gula oleh ekstrak tumbuhan dan ludah

telah diketahui. Namun, mekanisme bagaimana hal ini terjadi belum

diidentifikasi.

Pada abad ke-19, ketika mengkaji fermentasi gula menjadi alkohol oleh ragi,

Louis Pasteur menyimpulkan bahwa fermentasi ini dikatalisasi oleh gaya dorong

vital yang terdapat dalam sel ragi, disebut sebagai "ferment", dan diperkirakan

hanya berfungsi dalam tubuh organisme hidup. Ia menulis bahwa "fermentasi

alkoholik adalah peristiwa yang berhubungan dengan kehidupan dan organisasi

sel ragi, dan bukannya kematian ataupun putrefaksi sel tersebut."

Pada tahun 1878, ahli fisiologi Jerman Wilhelm Kühne (1837–1900)

pertama kali menggunakan istilah "enzyme", yang berasal dari bahasa Yunani

ενζυμον yang berarti "dalam bahan pengembang" (ragi), untuk menjelaskan proses

ini. Kata "enzyme" kemudian digunakan untuk merujuk pada zat mati seperti

pepsin, dan kata ferment digunakan untuk merujuk pada aktivitas kimiawi yang

dihasilkan oleh organisme hidup.

Pada tahun 1897, Eduard Buchner memulai kajiannya mengenai

kemampuan ekstrak ragi untuk memfermentasi gula walaupun ia tidak terdapat

pada sel ragi yang hidup. Pada sederet eksperimen di Universitas Berlin, ia

menemukan bahwa gula difermentasi bahkan apabila sel ragi tidak terdapat pada

campuran. Ia menamai enzim yang memfermentasi sukrosa sebagai "zymase"

(zimase). Pada tahun 1907, ia menerima penghargaan Nobel dalam bidang kimia

"atas riset biokimia dan penemuan fermentasi tanpa sel yang dilakukannya".

Mengikuti praktek Buchner, enzim biasanya dinamai sesuai dengan reaksi yang

dikatalisasi oleh enzim tersebut. Umumnya, untuk mendapatkan nama sebuah

enzim, akhiran -ase ditambahkan pada nama substrat enzim tersebut (contohnya:

4

laktase, merupakan enzim yang mengurai laktosa) ataupun pada jenis reaksi yang

dikatalisasi (contoh: DNA polimerase yang menghasilkan polimer DNA).

Penemuan bahwa enzim dapat bekerja diluar sel hidup mendorong

penelitian pada sifat-sifat biokimia enzim tersebut. Banyak peneliti awal

menemukan bahwa aktivitas enzim diasosiasikan dengan protein, namun beberapa

ilmuwan seperti Richard Willstätter berargumen bahwa proten hanyalah bertindak

sebagai pembawa enzim dan protein sendiri tidak dapat melakukan katalisis.

Namun, pada tahun 1926, James B. Sumner berhasil mengkristalisasi enzim

urease dan menunjukkan bahwa ia merupakan protein murni. Kesimpulannya

adalah bahwa protein murni dapat berupa enzim dan hal ini secara tuntas

dibuktikan oleh Northrop dan Stanley yang meneliti enzim pencernaan pepsin

(1930), tripsin, dan kimotripsin. Ketiga ilmuwan ini meraih penghargaan Nobel

tahun 1946 pada bidang kimia.

Penemuan bahwa enzim dapat dikristalisasi pada akhirnya mengijinkan

struktur enzim ditentukan melalui kristalografi sinar-X. Metode ini pertama kali

diterapkan pada lisozim, enzim yang ditemukan pada air mata, air ludah, dan telur

putih, yang mencerna lapisan pelindung beberapa bakteri. Struktur enzim ini

dipecahkan oleh sekelompok ilmuwan yang diketuai oleh David Chilton Phillips

dan dipublikasikan pada tahun 1965. Struktur lisozim dalam resolusi tinggi ini

menandai dimulainya bidang biologi struktural dan usaha untuk memahami

bagaimana enzim bekerja pada tingkat atom.

B. Konvensi Penamaan

Nama enzim sering kali diturunkan dari nama substrat ataupun reaksi

kimia yang ia kataliskan dengan akhiran -ase. Contohnya adalah laktase, alkohol

dehidrogenase (mengatalisis penghilangan hidrogen dari alkohol), dan DNA

polimerase.

International Union of Biochemistry and Molecular Biology telah

mengembangkan suatu tatanama untuk enzim, yang disebut sebagai nomor EC;

tiap-tiap enzim memiliki empat digit nomor urut sesuai dengan ketentuan

5

klasifikasi yang berlaku. Nomor pertama untuk klasifikasi teratas enzim

didasarkan pada ketentuan berikut:

EC 1 Oksidoreduktase: mengatalisis reaksi oksidasi/reduksi

EC 2 Transferase: mentransfer gugus fungsi

EC 3 Hidrolase: mengatalisis hidrolisis berbagai ikatan

EC 4 Liase: memutuskan berbagai ikatan kimia selain melalui hidrolisis

dan oksidasi

EC 5 Isomerase: mengatalisis isomerisasi sebuah molekul tunggal

EC 6 Ligase: menggabungkan dua molekul dengan ikatan kovalen

C. Struktur dan Mekanisme

Diagram pita yang menunjukkan karbonat anhidrase II. Bola abu-abu

adalah kofaktor seng yang berada pada tapak aktif.

Enzim umumnya merupakan protein globular dan ukurannya berkisar dari

hanya 62 asam amino pada monomer 4-oksalokrotonat tautomerase [ , sampai

dengan lebih dari 2.500 residu pada asam lemak sintase. Terdapat pula sejumlah

kecil katalis RNA, dengan yang paling umum merupakan ribosom; Jenis enzim ini

dirujuk sebagai RNA-enzim ataupun ribozim. Aktivitas enzim ditentukan oleh

struktur tiga dimensinya (struktur kuaterner). Walaupun struktur enzim

menentukan fungsinya, prediksi aktivitas enzim baru yang hanya dilihat dari

strukturnya adalah hal yang sangat sulit.

Kebanyakan enzim berukuran lebih besar daripada substratnya, tetapi

hanya sebagian kecil asam amino enzim (sekitar 3–4 asam amino) yang secara

langsung terlibat dalam katalisis. Daerah yang mengandung residu katalitik yang

akan mengikat substrat dan kemudian menjalani reaksi ini dikenal sebagai tapak

aktif. Enzim juga dapat mengandung tapak yang mengikat kofaktor yang

diperlukan untuk katalisis. Beberapa enzim juga memiliki tapak ikat untuk

molekul kecil, yang sering kali merupakan produk langsung ataupun tak langsung

dari reaksi yang dikatalisasi. Pengikatan ini dapat meningkatkan ataupun

menurunkan aktivitas enzim. Dengan demikian ia berfungsi sebagai regulasi

umpan balik.

6

Sama seperti protein-protein lainnya, enzim merupakan rantai asam amino

yang melipat. Tiap-tiap urutan asam amino menghasilkan struktur pelipatan dan

sifat-sifat kimiawi yang khas. Rantai protein tunggal kadang-kadang dapat

berkumpul bersama dan membentuk kompleks protein. Kebanyakan enzim dapat

mengalami denaturasi (yakni terbuka dari lipatannya dan menjadi tidak aktif) oleh

pemanasan ataupun denaturan kimiawi. Tergantung pada jenis-jenis enzim,

denaturasi dapat bersifat reversibel maupun ireversibel.

1. Kespesifikan

Enzim biasanya sangat spesifik terhadap reaksi yang ia kataliskan

mauapun terhadap substrat yang terlibat dalam reaksi. Bentuk, muatan dan

katakteristik hidrofilik/hidrofobik enzim dan substrat bertanggung jawab terhadap

kespesifikan ini. Enzim juga dapat menunjukkan tingkat stereospesifisitas,

regioselektivitas, dan kemoselektivitas yang sangat tinggi.

Beberapa enzim yang menunjukkan akurasi dan kespesifikan tertinggi

terlibat dalam pengkopian dan pengekspresian genom. Enzim-enzim ini memiliki

mekanisme "sistem pengecekan ulang". Enzim seperti DNA polimerase

mengatalisasi reaksi pada langkah pertama dan mengecek apakah produk

reaksinya benar pada langkah kedua. Proses dwi-langkah ini menurunkan laju

kesalahan dengan 1 kesalahan untuk setiap 100 juta reaksi pada polimerase

mamalia. Mekanisme yang sama juga dapat ditemukan pada RNA polimerase,

aminoasil tRNA sintetase dan ribosom. Beberapa enzim yang menghasilkan

metabolit sekunder dikatakan sebagai "tidak pilih-pilih", yakni bahwa ia dapat

bekerja pada berbagai jenis substrat yang berbeda-beda. Diajukan bahwa

kespesifikan substrat yang sangat luas ini sangat penting terhadap evolusi lintasan

biosintetik yang baru.

2. Model "kunci dan gembok"

Enzim sangatlah spesifik. Pada tahun 1894, Emil Fischer mengajukan

bahwa hal ini dikarenakan baik enzim dan substrat memiliki bentuk geometri

yang saling memenuhi. Hal ini sering dirujuk sebagai model "Kunci dan

Gembok". Manakala model ini menjelaskan kespesifikan enzim, ia gagal dalam

menjelaskan stabilisasi keadaan transisi yang dicapai oleh enzim. Model ini telah

7

dibuktikan tidak akurat, dan model ketepatan induksilah yang sekarang paling

banyak diterima.

3. Model ketepatan induksi

gambar 5. Diagram yang menggambarkan hipotesis ketepatan

induksi.

Pada tahun 1958, Daniel Koshland mengajukan modifikasi model kunci

dan gembok: oleh karena enzim memiliki struktur yang fleksibel, tapak aktif

secara terus menerus berubah bentuknya sesuai dengan interaksi antara enzim dan

substrat. Akibatnya, substrat tidak berikatan dengan tapak aktif yang kaku.

Orientasi rantai samping asam amino berubah sesuai dengan substrat dan

mengijinkan enzim untuk menjalankan fungsi katalitiknya. Pada beberapa kasus,

misalnya glikosidase, molekul substrat juga berubah sedikit ketika ia memasuki

tapak aktif. Tapak aktif akan terus berubah bentuknya sampai substrat terikat

secara sepenuhnya, yang mana bentuk akhir dan muatan enzim ditentukan.

4. Mekanisme

Enzim dapat bekerja dengan beberapa cara, yang kesemuaannya menurunkan

ΔG‡:

Menurunkan energi aktivasi dengan menciptakan suatu lingkungan yang

mana keadaan transisi terstabilisasi (contohnya mengubah bentuk substrat

menjadi konformasi keadaan transisi ketika ia terikat dengan enzim.)

8

Menurunkan energi keadaan transisi tanpa mengubah bentuk substrat

dengan menciptakan lingkungan yang memiliki distribusi muatan yang

berlawanan dengan keadaan transisi.

Menyediakan lintasan reaksi alternatif. Contohnya bereaksi dengan

substrat sementara waktu untuk membentuk kompleks Enzim-Substrat

antara.

Menurunkan perubahan entropi reaksi dengan menggiring substrat

bersama pada orientasi yang tepat untuk bereaksi. Menariknya, efek

entropi ini melibatkan destabilisasi keadaan dasar, dan kontribusinya

terhadap katalis relatif kecil.

5. Stabilisasi keadaan transisi

Pemahaman asal usul penurunan ΔG‡ memerlukan pengetahuan

bagaimana enzim dapat menghasilkan keadaan transisi reaksi yang lebih stabil

dibandingkan dengan stabilitas keadaan transisi reaksi tanpa katalis. Cara yang

paling efektif untuk mencapai stabilisasi yang besar adalah menggunakan efek

elektrostatik, terutama pada lingkungan yang relatif polar yang diorientasikan ke

distribusi muatan keadaan transisi. Lingkungan seperti ini tidak ada dapat

ditemukan pada reaksi tanpa katalis di air.

6. Dinamika dan fungsi

Dinamika internal enzim berhubungan dengan mekanisme katalis enzim

tersebut.Dinamika internal enzim adalah pergerakan bahagian struktur enzim,

misalnya residu asam amino tunggal, sekelompok asam amino, ataupun bahwa

keseluruhan domain protein. Pergerakan ini terjadi pada skala waktu yang

bervariasi, berkisar dari beberapa femtodetik sampai dengan beberapa detik.

Jaringan residu protein di seluruh struktur enzim dapat berkontribusi terhadap

katalisis melalui gerak dinamik. Gerakan protein sangat vital, namun apakah

vibrasi yang cepat atau lambat maupun pergerakan konformasi yang besar atau

kecil yang lebih penting bergantung pada tipe reaksi yang terlibat. Namun,

walaupun gerak ini sangat penting dalam hal pengikatan dan pelepasan substrat

dan produk, adalah tidak jelas jika gerak ini membantu mempercepat langkah-

9

langkah reaksi reaksi enzimatik ini. Penyingkapan ini juga memiliki implikasi

yang luas dalam pemahaman efek alosterik dan pengembangan obat baru.

7. Modulasi alosterik

Enzim alosterik mengubah strukturnya sesuai dengan efektornya.

Modulasi ini dapat terjadi secara langsung, di mana efektor mengikat tapak ikat

enzim secara lngsung, ataupun secara tidak langsung, di mana efektor mengikat

protein atau subunit protein lain yang berinteraksi dengan enzim alosterik,

sehingga mempengaruhi aktivitas katalitiknya.

D. Kofaktor dan Koenzim

1. 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. 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. Koenzim

10

gambar 6. 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.

E. Termodinamika

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.

11

(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.

F. Inhibisi

Laju reaksi enzim dapat diturunkan menggunakan berbagai jenis inhibitor

enzim.

Inhibisi kompetitif

12

Gambar 1. Tahapan-tahapan energi pada reaksi kimia. Substrat memerlukan energi yang banyak untuk mencapai keadaan transisi, yang akan kemudian berubah menjadi produk. Enzim menstabilisasi keadaan transisi, menurunkan energi yang diperlukan untuk menjadi produk.

Pada inihibisi kompetitif,

inhibitor dan substrat berkompetisi

untuk berikatan dengan enzim.

Seringkali inhibitor kompetitif

memiliki struktur yang sangat mirip

dengan substrat asli enzim. Sebagai

contoh, metotreksat adalah inihibitor

kompetitif untuk enzim dihidrofolat

reduktase. Kemiripan antara struktur

asam folat dengan obat ini

ditunjukkan oleh gambar di samping bawah. Perhatikan bahwa pengikatan

inhibitor tidaklah perlu terjadi pada tapak pengikatan substrat apabila pengikatan

inihibitor mengubah konformasi enzim, sehingga menghalangi pengikatan

substrat. Pada inhibisi kompetitif, kelajuan maksimal reaksi tidak berubah, namun

memerlukan konsentrasi substrat yang lebih tinggi untuk mencapai kelajuan

maksimal tersebut, sehingga meningkatkan Km.

Inhibisi tak kompetitif

Pada inhibisi tak kompetitif, inhibitor tidak dapat berikatan dengan enzim

bebas, namun hanya dapat dengan komples ES. Kompleks EIS yang terbentuk

kemudian menjadi tidak aktif. Jenis inhibisi ini sangat jarang, namun dapat terjadi

pada enzim-enzim multimerik

Inhibisi non-kompetitif

Inhibitor non-kompetitif dapat mengikat enzim pada saat yang sama

substrat berikatan dengan enzim. Baik kompleks EI dan EIS tidak aktif. Karena

inhibitor tidak dapat dilawan dengan peningkatan konsentrasi substrat, Vmax reaksi

berubah. Namun, karena substrat masih dapat mengikat enzim, Km tetaplah sama.

Inhibisi campuran

Inhibisis jenis ini mirip dengan inhibisi non-kompetitif, kecuali kompleks

EIS memiliki aktivitas enzimatik residual.

Pada banyak organisme, inhibitor dapat merupakan bagian dari

mekanisme umpan balik. Jika enzim memproduksi terlalu banyak produk, produk

13

gambar 2. Inhibitor kompetitif mengikat enzim secara reversibel, menghalangi pengikatan substrat. Di lain pihak, pengikatn substrat juga menghalangi pengikatan inhibitor. Substrat dan inhibitor berkompetisi satu sama lainnya.

tersebut dapat berperan sebagai inhibitor bagi enzim tersebut. Hal ini akan

menyebabkan produksi produk melambat atau berhenti. Bentuk umpan balik ini

adalah umpan balik negatif. Enzim memiliki bentuk regulasi seperti ini sering kali

multimerik dan mempunyai tapak ikat alosterik. Kurva substrat/kelajuan enzim ini

tidak berbentuk hiperbola melainkan berbentuk S.

Inhibitor ireversibel bereaksi dengan enzim dan membentuk aduk dengan

protein. Inaktivasi ini bersifat ireversible. Inhibitor seperti ini contohnya

efloritina, obat yang digunakan untuk mengobati penyakit yang disebabkan oleh

protozoa African trypanosomiasis. Penisilin dan Aspirin juga bekerja dengan cara

yang sama. Senyawa obat ini terikat pada tapak aktif, dan enzim kemudian

mengubah inhibitor menjadi bentuk aktif yang bereaksi secara ireversibel dengan

satu atau lebih residu asam amino.

Kegunaan inhibitor

Oleh karena

inhibitor menghambat

fungsi enzim, inhibitor

sering digunakan sebagai

obat. Contohnya adalah

inhibitor yang digunakan

sebagai obat aspirin. Aspirin

menginhibisi enzim COX-1

dan COX-2 yang memproduksi pembawa pesan peradangan prostaglandin,

sehingga ia dapat menekan peradangan dan rasa sakit. Namun, banyak pula

inhibitor enzim lainnya yang beracun. Sebagai contohnya, sianida yang

merupakan inhibitor enzim ireversibel, akan bergabung dengan tembaga dan besi

pada tapak aktif enzim sitokrom c oksidase dan memblok pernafasan sel.

G. Kinetika

Kinetika enzim menginvestigasi bagaimana enzim mengikat substrat

dengan mengubahnya menjadi produk. Data laju yang digunakan dalam analisa

kinetika didapatkan dari asai enzim.

14

gambar 3. Koenzim asam folat (kiri) dan obat anti kanker metotreksat (kanan) memiliki struktur yang sangat mirip. Oleh sebab itu, metotreksat adalah inhibitor kompetitif bagi enzim yang menggunukan folat.

Pada tahun 1902, Victor Henri mengajukan suatu teori kinetika enzim

yang kuantitatif, namun data eksperimennya tidak berguna karena perhatian pada

konsentrasi ion hidrogen pada saat itu masih belum dititikberatkan. Setelah Peter

Lauritz Sørensen menentukan skala pH logaritmik dan memperkenalkan konsep

penyanggaan (buffering) pada tahun 1909, kimiawan Jerman Leonor Michaelis

dan murid bimbingan pascadokotoralnya yang berasal dari Kanada, Maud

Leonora Menten, mengulangi eksperimen Henri dan mengkonfirmasi persamaan

Henri. Persamaan ini kemudian dikenal dengan nama Kinetika Henri-Michaelis-

Menten (kadang-kadang juga hanya disebut kinetika Michaelis-Menten).[45] Hasil

kerja mereka kemudian dikembangkan lebih jauh oleh G. E. Briggs dan J. B. S.

Haldane. Penurunan persamaan kinetika yang diturunkan mereka masih

digunakan secara meluas sampai sekarang .

Salah satu kontribusi utama Henri pada kinetika enzim adalah memandang

reaksi enzim sebagai dua tahapan. Pada tahap pertama, subtrat terikat ke enzim

secara reversible, membentuk kompleks enzim-substrat. Kompleks ini kadang-

kadang disebut sebagai kompleks Michaelis. Enzim kemudian mengatalisasi

reaksi kimia dan melepaskan produk.

Kurva kejenuhan suatu reaksi enzim yang menunjukkan relasi antara

konsentrasi substrat (S) dengan kelajuan (v). Enzim dapat mengatalisasi reaksi

dengan kelajuan mencapai jutaan reaksi per detik. Sebagai contoh, tanpa

15

gambar 4. Kurva kejenuhan suatu reaksi enzim yang menunjukkan relasi antara konsentrasi substrat (S) dengan kelajuan (v).

keberadaan enzim, reaksi yang dikatalisasi oleh enzim orotidina 5'-fosfat

dekarboksilase akan memerlukan waktu 78 juta tahun untuk mengubah 50%

substrat menjadi produk. Namun, apabila enzim tersebut ditambahkan, proses ini

hanya memerlukan waktu 25 milidetik. Laju reaksi bergantung pada kondisi

larutan dan konsentrasi substrat. Kondisi-kondisi yang menyebabkan denaturasi

protein seperti temperatur tinggi, konsentrasi garam yang tinggi, dan nilai pH

yang terlalu tinggi atau terlalu rendah akan menghilangkan aktivitas enzim.

Sedangkan peningkatan konsentrasi substrat cenderung meningkatkan

aktivitasnya. Untuk menentukan kelajuan maksimum suatu reaksi enzimatik,

konsentrasi substrat ditingkatkan sampai laju pembentukan produk yang terpantau

menjadi konstan. Hal ini ditunjukkan oleh kurva kejenuhan di samping.

Kejenuhan terjadi karena seiring dengan meningkatnya konsentrasi substrat,

semakin banyak enzim bebas yang diubah menjadi kompleks substrate-enzim ES.

Pada kelajuan yang maksimum (Vmax), semua tapak aktif enzim akan berikatan

dengan substrat, dan jumlah kompleks ES adalah sama dengan jumlah total enzim

yang ada. Namun, Vmax hanyalah salah satu konstanta kinetika enzim. Jumlah

substrat yang diperlukan untuk mencapai nilai kelajuan reaksi tertentu jugalah

penting. Hal ini diekspresikan oleh konstanta Michaelis-Menten (Km), yang

merupakan konsentrasi substrat yang diperlukan oleh suatu enzim untuk mencapai

setengah kelajuan maksimumnya. Setiap enzim memiliki nilai Km yang berbeda-

beda untuk suatu subtrat, dan ini dapat menunjukkan seberapa kuatnya pengikatan

substrat ke enzim. Konstanta lainnya yang juga berguna adalah kcat, yang

merupakan jumlah molekul substrat yang dapat ditangani oleh satu tapak aktif per

detik.

Efisiensi suatu enzim diekspresikan oleh kcat/Km. Ia juga disebut sebagai

konstanta kespesifikan dan memasukkan tetapan kelajuan semua langkah reaksi.

Karena konstanta kespesifikan mencermikan kemampuan katalitik dan afinitas, ia

dapat digunakan untuk membandingkan enzim yang satu dengan enzim yang lain,

ataupun enzim yang sama dengan substrat yang berbeda. Konstanta kespesifikan

maksimum teoritis disebut limit difusi dan nilainya sekitar 108 sampai 109 (M-1 s-

16

1). Pada titik ini, setiap penumbukkan enzim dengan substratnya akan

menyebabkan katalisis, dan laju pembentukan produk tidak dibatasi oleh laju

reaksi, melainkan oleh laju difusi. Enzim dengan sifat demikian disebut secara

katalitik sempurna ataupun secara kinetika sempurna. Contoh enzim yang

memiliki sifat seperti ini adalah karbonat anhidrase, asetilkolinesterase, katalase,

fumarase, β-laktamase, dan superoksida dismutase.

Kinetika Michaelis-Menten bergantung pada hukum aksi massa, yang

diturunkan berdasarkan asumsi difusi bebas dan pertumbukan acak yang didorong

secara termodinamik. Namun, banyak proses-proses biokimia dan selular yang

menyimpang dari kondisi ideal ini, disebabkan oleh kesesakan makromolekuler

(macromolecular crowding), perpisahan fase enzim/substrat/produk, dan

pergerakan molekul secara satu atau dua dimensi. Pada situasi seperti ini, kinetika

Michaelis-Menten fraktal dapat diterapkan.

Beberapa enzim beroperasi dengan kinetika yang lebih cepat daripada laju

difusi. Hal ini tampaknya sangat tidak mungkin. Beberapa mekanisme telah

diajukan untuk menjelaskan fenomena ini. Beberapa protein dipercayai

mempercepat katalisis dengan menarik substratnya dan melakukan pra-orientasi

substrat menggunakan medan listrik dipolar. Model lainnya menggunakan

penjelasan penerowongan kuantum mekanika, walaupun penjelasan ini masih

kontroversial. Penerowongan kuantum untuk proton telah terpantau pada

triptamina.

H. Fungsi biologis

Enzim mempunyai berbagai fungsi bioligis dalam tubuh organisme hidup.

Enzim berperan dalam transduksi signal dan regulasi sel, seringkali melalui enzim

kinase dan fosfatase.[59] Enzim juga berperan dalam menghasilkan pergerakan

tubuh, dengan miosin menghidrolisis ATP untuk menghasilkan kontraksi otot.[60]

ATPase lainnya dalam membran sel umumnya adalah pompa ion yang terlibat

17

dalam transpor aktif. Enzim juga terlibat dalam fungs-fungsi yang khas, seperti

lusiferase yang menghasilkan cahaya pada kunang-kunang.[61] Virus juga

mengandung enzim yang dapat menyerang sel, misalnya HIV integrase dan

transkriptase balik.

Salah satu fungsi penting enzim adalah pada sistem pencernaan hewan.

Enzim seperti amilase dan protease memecah molekul yang besar (seperti pati dan

protein) menjadi molekul yang kecil, sehingga dapat diserap oleh usus. Molekul

pati, sebagai contohnya, terlalu besar untuk diserap oleh usus, namun enzim akan

menghidrolisis rantai pati menjadi molekul kecil seperti maltosa, yang akan

dihidrolisis lebih jauh menjadi glukosa, sehingga dapat diserap. Enzim-enzim

yang berbeda, mencerna zat-zat makanan yang berbeda pula. Pada hewan

pemamah biak, mikroorganisme dalam perut hewan tersebut menghasilkan enzim

selulase yang dapat mengurai sel dinding selulosa tanaman.

Beberapa enzim dapat bekerja bersama dalam urutan tertentu, dan

menghasilan lintasan metabolisme. Dalam lintasan metabolisme, satu enzim akan

membawa produk enzim lainnya sebagai substrat. Setelah reaksi katalitik terjadi,

produk kemudian dihantarkan ke enzim lainnya. Kadang-kadang lebih dari satu

enzim dapat mengatalisasi reaksi yang sama secara bersamaan.

Enzim menentukan langkah-langkah apa saja yang terjadi dalam lintasan

metabolisme ini. Tanpa enzim, metabolisme tidak akan berjalan melalui langkah

yang teratur ataupun tidak akan berjalan dengan cukup cepat untuk memenuhi

kebutuhan sel. Dan sebenarnya, lintasan metabolisme seperti glikolisis tidak akan

dapat terjadi tanpa enzim. Glukosa, contohnya, dapat bereaksi secara langsung

dengan ATP, dan menjadi terfosforliasi pada karbon-karbonnya secara acak.

Tanpa keberadaan enzim, proses ini berjalan dengan sangat lambat. Namun, jika

heksokinase ditambahkan, reaksi ini tetap berjalan, namun fosforilasi pada karbon

6 akan terjadi dengan sangat cepat, sedemikiannya produk glukosa-6-fosfat

ditemukan sebagai produk utama. Oleh karena itu, jaringan lintasan metabolisme

18

dalam tiap-tiap sel bergantung pada kumpulan enzim fungsional yang terdapat

dalam sel tersebut.

I. Kontrol aktivitas

Terdapat lima cara utama aktivitas enzim dikontrol dalam sel.

1. Produksi enzim (transkripsi dan translasi gen enzim) dapat ditingkatkan

atau diturunkan bergantung pada respon sel terhadap perubahan

lingkungan. Bentuk regulase gen ini disebut induksi dan inhibisi enzim.

Sebagai contohnya, bakteri dapat menjadi resistan terhadap antibiotik

seperti penisilin karena enzim yang disebut beta-laktamase menginduksi

hidrolisis cincin beta-laktam penisilin. Contoh lainnya adalah enzim dalam

hati yang disebut sitokrom P450 oksidase yang penting dalam

metabolisme obat. Induksi atau inhibisi enzim ini dapat mengakibatkan

interaksi obat.

2. Enzim dapat dikompartemenkan, dengan lintasan metabolisme yang

berbeda-beda yang terjadi dalam kompartemen sel yang berbeda. Sebagai

contoh, asam lemak disintesis oleh sekelompok enzim dalam sitosol,

retikulum endoplasma, dan aparat golgi, dan digunakan oleh sekelompok

enzim lainnya sebagai sumber energi dalam mitokondria melalui β-

oksidasi.

3. Enzim dapat diregulasi oleh inhibitor dan aktivator. Contohnya, produk

akhir lintasan metabolisme seringkali merupakan inhibitor enzim pertama

yang terlibat dalam lintasan metabolisme, sehingga ia dapat meregulasi

jumlah produk akhir lintasan metabolisme tersebut. Mekanisme regulasi

seperti ini disebut umpan balik negatif karena jumlah produk akhir diatur

oleh konsentrasi produk itu sendiri. Mekanisme umpan balik negatif dapat

secara efektif mengatur laju sintesis zat antara metabolit tergantung pada

kebutuhan sel. Hal ini membantu alokasi bahan zat dan energi secara

ekonomis dan menghindari pembuatan produk akhir yang berlebihan.

Kontrol aksi enzimatik membantu menjaga homeostasis organisme hidup.

19

4. Enzim dapat diregulasi melalui modifikasi pasca-translasional. Ia dapat

meliputi fosforilasi, miristoilasi, dan glikosilasi. Contohnya, sebagai

respon terhadap insulin, fosforilasi banyak enzim termasuk glikogen

sintase membantu mengontrol sintesis ataupun degradasi glikogen dan

mengijinkan sel merespon terhadap perubahan kadar gula dalam darah.[64]

Contoh lain modifikasi pasca-translasional adalah pembelahan rantai

polipeptida. Kimotripsin yang merupakan protease pencernaan diproduksi

dalam keadaan tidak aktif sebagai kimotripsinogen di pankreas. Ia

kemudian ditranspor ke dalam perut di mana ia diaktivasi. Hal ini

menghalangi enzim mencerna pankreas dan jaringan lainnya sebelum ia

memasuki perut. Jenis prekursor tak aktif ini dikenal sebagai zimogen.

5. Beberapa enzim dapat menjadi aktif ketika berada pada lingkungan

yang berbeda. Contohnya, hemaglutinin pada virus influenza menjadi

aktif dikarenakan kondisi asam lingkungan. Hal ini terjadi ketika virus

terbawa ke dalam sel inang dan memasuki lisosom.

J. Keterlibatan Enzim Dalam Penyakit

Oleh karena kontrol aktivitas enzim yang ketat diperlukan untuk menjaga

homeostasis, malafungsi (mutasi, kelebihan produksi, kekurangan produksi

ataupun delesi) enzim tunggal yang penting dapat menyebabkan penyakit genetik.

Pentingnya enzim ditunjukkan oleh fakta bahwa penyakit-penyakit mematikan

dapat disebabkan oleh hanya mala fungsi satu enzim dari ribuan enzim yang ada

dalam tubuh kita.

Salah satu contohnya adalah fenilketonuria. Mutasi asam amino tunggal

pada enzim fenilalania hidroksilase yang mengatalisis langkah pertama degradasi

fenilalanina mengakibatkan penumpukkan fenilalanina dan senyawa terkait. Hal

ini dapat menyebabkan keterbelakangan mental jika ia tidak diobati.[66]

Contoh lainnya adalah mutasi silsilah nutfah (germline mutation) pada gen

yang mengkode enzim reparasi DNA. Ia dapat menyebakan sindrom penyakit

kanker keturunan seperti xeroderma pigmentosum. Kerusakan ada enzim ini dapat

menyebabkan kanker karena kemampuan tubuh memperbaiki mutasi pada genom

20

menjadi berkurang. Hal ini menyebabkan akumulasi mutasi dan mengakibatkan

berkembangnya berbagai jenis kanker pada penderita.

21

BAB 3

PENUTUP

A. KESIMPULAN

Enzim adalah biomolekul yang berfungsi sebagai katalis (senyawa yang

mempercepat proses reaksi tanpa habis bereaksi) dalam suatu reaksi kimia.

Hampir semua enzim merupakan protein. Pada reaksi yang dikatalisasi oleh

enzim, molekul awal reaksi disebut sebagai substrat, dan enzim mengubah

molekul tersebut menjadi molekul-molekul yang berbeda, disebut produk. Hampir

semua proses biologis sel memerlukan enzim agar dapat berlangsung dengan

cukup cepat

Enzim bekerja dengan cara menempel pada permukaan molekul zat-zat

yang bereaksi dan dengan demikian mempercepat proses reaksi. Sebagian besar

enzim bekerja secara khas, yang artinya setiap jenis enzim hanya dapat bekerja

pada satu macam senyawa atau reaksi kimia. Hal ini disebabkan perbedaan

struktur kimia tiap enzim yang bersifat tetap.

Kerja enzim dipengaruhi oleh beberapa faktor, terutama adalah substrat,

suhu, keasaman, kofaktor dan inhibitor. Tiap enzim memerlukan suhu dan pH

(tingkat keasaman) optimum yang berbeda-beda karena enzim adalah protein,

yang dapat mengalami perubahan bentuk jika suhu dan keasaman berubah. Di luar

suhu atau pH yang sesuai, enzim tidak dapat bekerja secara optimal atau

strukturnya akan mengalami kerusakan. Hal ini akan menyebabkan enzim

kehilangan fungsinya sama sekali. Kerja enzim juga dipengaruhi oleh molekul

lain. Inhibitor adalah molekul yang menurunkan aktivitas enzim, sedangkan

aktivator adalah yang meningkatkan aktivitas enzim. Banyak obat dan racun

adalah inihibitor enzim.

B. SARAN

Enzim merupakan komponen yang sangat dibutuhkan oleh semua mahluk

hidup. Dan dengan makalah ini kita dapat mengetahui apa itu enzim, cara

22

kerjanya maupun faktor-faktor yang mempengaruhi enzim. Semoga para pembaca

makalah ini mendapatkan tambahan ilmu. Amin.

23

MAKALAH

ENZIM

Disusun oleh:

Allen Hirim C (230110090043)

Algi Panji Rivera (230110090028)

Derri Dwima (230110090022)

Faris Alfath (230110090010)

Raymond Siahaan (230110090015)

Rendy Desmondo Dwi A. (230110090042)

FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN UNIVERSITAS

PADJAJARAN

2010

24