Upload
phungminh
View
256
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Oleh : Muhammad Arif M. S.Pi.
ENZIM
Protein yang bertindak sebagai biokatalisator
Komponen enzimFaktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim
Cara kerja enzimSifat-sifat enzim
• Enzim adalah protein
• Bekerja spesifik
• Berfungsi sebagai katalis
• Diperlukan dalam jumlah sedikit
• Bekerja secara bolak-balik
• Dipengaruhi faktor lingkungan
Menurunkan energi aktivasi (energi yang diperlukan untuk reaksi)
Enzim merupakan katalis dalam sistem biologi/Biokatalis. Katalis adalah molekul yang berfungsimempercepat reaksi kimia.
Hampir semua enzim merupakan protein (ygsifatnya fungsional, bukan struktural), namuntidak semua protein bertindak sebagai enzim. Duasifat penting enzim adalah memiliki daya katalitikyang sangat besar dan sangat spesifik
Enzim
Sebagai biokatalis enzim ikut bereaksi, struktur enzimtidak berubah baik sebelum dan sesudah reaksi dan
pada akhir reaksi enzim didapatkembali dalam bentuksemula
Enzim
Protein Enzim protein sederhana
Protein +Bukan Protein
Protein = apoenzim
Enzim Konjugasi
Bukan protein =Gugus prostetik
Organik =Koenzim
Anorganik = kofaktor
Mekanisme pembentukan Kompleks enzim-substrat
1. Emil Fischer menganalogikan substrat dan sisi aktif sebagaianak kunci dan kunci (lock and key)
2. Koshland (induced fit), kesesuaian bentuk awalnya belum ada. Pengikatansubstrat menyebabkan perubahan konformasi enzim
lock and key induced fit
Daya katalitik enzim, kemampuan enzim menempatkan substrat ke dalam kedudukan yang menguntungkan pada kompleks enzim-
substrat
Kompleks enzim-substrat
Situs/sisi aktif, yaitu tempat tertentu
pada molekul enzim untuk mengikat
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 satuarah, meskipun ada yang mengkatalis reaksi duaarah
Bekerjanya spesifik, karena sisi aktif enzimsetangkup 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 :1. Efisiensi katalistiknya tinggi2. Derajat kekhususannya tinggi thd substrat
Penamaan & Klasifikasi Enzim: ~ ase : untuk enzim tunggal Sistem ~ ase : untuk enzim kompleks dlm sistem
Klasifikasi enzim
Enzim diklasifikasikan berdasarkan tipereaksi 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 memadaikarena banyak enzim mengkatalisis substratyang 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, pertamamenunjukkan 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
• Reaksi dan enzim yang mengkatalisis, membentuk 6kelas, masing-masing mempunyai 4-13 subkelas
Sistem penamaan enzim menurut IUB
EC major classes of enzymes
Klas Tipe reaksi
Oksidoreduktase enzim yang mengkatalis reaksi oksidasi-reduksi (memsahkandan menambahkan elektron atau hidrogen
Transferase(Kinase)
memindahkan gugus senyawa kimia
Hidrolase(protease, lipase, amilase)
Enzim yang mengkatalis reaksi hidrolisis (memutuskan ikatankimia dengan penambahan air)
Ligase(fumarase)
Mengkatalis reaksi pengabungan dua senyawa yang disertaiperurairan 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
1. Konsentrasi EnzimAk
tivita
s En
zim
(A.E
)
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 apoproteinatau apoenzim.
Beberapa elemen anorganik sebagai kofaktor enzim
Cu2+ Sitokrom oksidaseFe2+ atau Fe3+ Sitokrom oksidase, katalase, peroksidaseK+ Piruvat kinaseMg2+ Heksokinase, Glukosa 6-fosfatase,
piruvat kinaseMn2+ Arginase, ribonukleotida reduktaseMo DinitrogenaseNi2+ UreaseSe Glutation peroksidaseZn2+ Karbonik anhidrase, alkohol
dehidrogenase, karboksipeptidase A danB
Beberapa koenzim sebagai pembawa atom spesifik atau gugus fungsi
Koenzim Gugus fungsi yang ditransfer
Prekursor yang ditambahdalam manusia
Biositin CO2 BiotinKoenzim A Gugus asil Asam pantotenat & molekul
lain5'-deoksiadenosil-kobalamin (koenzimB12)
Atom H & gugus alkil
Vitamin B12
Flavin Adenin Dinukleotida Lipoat
Elektron-elektron & gugus asil
Riboflavin (vitamin B2) tidak dibutuhkan dalammakanan
Nikotinamida Adenin Dinukleotida
ion hidrida (:H-) Asam nikotinat (niacin)
Piridoksal fosfat gugus amino Piridoksin (Vitamin B6)Tetrahidrofolat gugus satu karbon FolatTiamin pirofosfat 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
5.Sisi pengikatan substrat, bagian enzim yang berperan dalam pengikatan substrat melalui ikatan kovalen
3.Bagian katalitik, bagian apoenzim yang berperan dalam melakukan reaksi katalitik
4.Bagian pengendali, bagian apoenzim yang mengendalikan reaksi katalitik
Aktivitas enzim diatur 2 cara :
a. Melalui mekanisme katalitik itu sendirib. Melalui penggandengan dgn proses lain
1. Ada Hambatan Arus balik2. Ada Aktivasi prekursor3. Ada pengendalian berkaitan dgn energi
1. Pengendalian Katalis secara langsung
A B C X Y Z
2. Aktivitas Prekursor
Produk akhir
1. Hambatan Arus Balik
3. Pengendalian yg berkaitan dg energi (spt. ATP)
Substrat
a. Respirasi Sintesis m-RNAb. Induksi Sintesis m-RNAc. Pengendalian Positif Sintesis Enzim
2. Pengendalian Genetis (Gambar Tabel 13 – 10 hal. 244)
→ Induksi & respirasi Enzim
METABOLISME
KATABOLISME/Disimilasi ANABOLISMEBertujuan untuk pembongkaran atau penguraian suatu molekul
Bertujuan untuk penyusunan atau sintesis suatu molekul
Respirasi
Respirasi Aerob
Respirasi Anaerob
Fotosintesis / asimilasi
Respirasi aerobC6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 36 ATP
Tiga tahap
Glikolisis
Sistem transpor elektron
Siklus / daur Krebs
Respirasi anaerob (fermentasi)
Fermentasi alkohol
Fermentasi asam laktat
Katabolisme Karbohidrat
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.
Glukosa
Fruktosa -1,6dipospat(6 atom C)
Glukosa-6 pospat
ATP
ADP
Enzim heksosinase
& Mg2+
3-pospo-gliseraldehid(3 atom C)
Dihidroksiaseton-pospat
Enzim
aldolase
Enzim
pospotrio saisomerase
1,3-dipospo-gliseraldehid
H3PO4
Asam 1,3 dipospogliserat
NADNADH2dehidrogenase
Asam 3 pospogliserat
Transposporilase pospogliserat
& Mg2+
Asam 2 pospogliserat
Pospoglisero mutaseAsam 2 pospoenol
piruvat
Enzim enolase
& Mg2+ H2O
Asam Piruvat
Transposporilase pospopiruvat
& Mg2+, K+
ATP
ADP
ADPATP
aerob
anaerob
Asam Piruvat
CH3.CO.COOH
Respirasi aerobCO2 + H2O + energi
Respirasi anaerob
Bakteri asam susuasam susu + NAD + energi
(CH3.CHOH.COOH)
Asetaldehida
CH3.CHO + CO2
Dehidrogenase + NAD.H2
Etanol + NAD + energi
(CH3.CH2.OH)
Asam cuka + energi
Bakteri asam cuka
Karboxilase piruvat
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.
Tahapan siklus Krebs
Bab 2 MetabolismeRespirasi aerob
NAD+H+
FAD
FADH2
NADH +H+
NAD+
NAD+
NAD+
NADH +H+
GTP GDP + P
ADP ATP
Asam malat
H2O
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 = 36 ATP.
Sistem transpor elektron
Bab 2 MetabolismeRespirasi aerob
Rangkuman reaksi aerob.
Bab 2 Metabolisme
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 contohbeberapa Genus
Produk-Produk yg Dihasilkan
Bakteri Asam Laktat:StreptococcusLactobacillusLeuconostoc
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 :PropionibacteriumVeillonella
Asam propionat bersama dgn asam asetat & karbon dioksida.
Bakteri coli-aerogenes tifoid :EscherichiaEnterobacterSalmonella
Asam format, asam asetat, asam laktat, asamsuksinat, etil alkohol, karbon diokside, hidrogen, 2,3-butilen glikol (dihasilkan dlm berbagaikombinasi & jumlah bergantung pd genus & spesies.
Kelompok dg contohbeberapa Genus
Produk-Produk yg Dihasilkan
Bakteri Aseton butil alkohol:ClostridiumEubacteriumBacillus
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: 45 %Detergents: 34 %Textiles: 11 %Leather: 3 %Pulp and paper: 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