Enzim

Defenisi Enzim

Asal kata : bahasa Yunani, en = dalam dan zyme = bahan adonan roti, yang berarti in yeast : sesuatu yang terdapat di dalam sel/ragi

1)  katalis dalam proses biokimia, baik di luar maupun di dalam sel.

2)    protein yang mengkatalisis reaksi kimia spesifik.

3)  menurut Dixon dan Webb : protein yang bersifat katalis àdisebabkan kemampuannya mengaktifkan senyawa lain secara spesifik

Bagian-bagian enzim

1)    Apoenzim; protein enzim

2)    Holoenzim; enzim keseluruhan yang bersifat katalitik

3)    Kofaktor; gugus selain protein
     Kofaktor/koenzim dapat dipandang sebagai kosubstrat.  Alasan yang mendasari :

a)     Apa yang terjadi pada koenzim tepat kebalikan dari apa yang terjadi pada substrat

b)    Apa yang terjadi pada koenzim lebih merupakan tujuan reaksi daripada apa yang dialami oleh substrat.

4)    Koenzim

kofaktor yang dapat dipisahkan dengan cara dialisis biasa Umumnya vitamin adalah koenzim (bentuk langsung atau derivate/turunan)

5)    Gugus prostetik

kofaktor/koenzim  yang terikat kuat pada bagian protein enzim (sulit terurai dalam larutan)

6)    Aktivator

molekul kimia kecil, dapat berupa atom logam/unsur atau senyawa dengan BM kecil yang terikat dengan kuat ataupun longgar dengan bagian apoenzim.

Peran logam pada suatu enzim seringkali sangat menentukan aktivitas enzimatik.

 

Koenzim	Senyawa yang dipindahkan
Tiamin pirofosfat Flavin adenine dinukleotida Nikotinamida adenine dinukleotida Koenzim A Piridoksal fosfat 5′-deoksiadenosilkobalamin (koenzim B12) Biositin Tetrahidrofolat	Aldehida Atom hydrogen Ion hidrida (H-) Gugus asil Gugus amino Atom H dan gugus alkil CO2 Gugus satu karbon lainnya

 

Unsur anorganik	Jenis enzim
Fe2+ atau Fe3+ Cu2+ Zn2+ Mg2+ Mn2+ K+ Ni2+ Mo Se	Sitokrom oksidase Katalase Peroksidase Sitokrom oksidase DNA Polymerase Karbonik anhidrase Alcohol dehidrogenase Heksokinase 6-fosfatase glukosa Arginase Piruvat kinase (jg perlu Mg2+) Urease Nitrat reduktase Glutation peroksidase

7)    Proenzim (zymogen)

enzim inaktif. Umumnya diproduksi di tempat berbeda dari tempat dimana ia dibutuhkan. Contoh : pepsinogen(sel-sel utama epitel mukosa lambung). Oleh HCl (sel-sel parietal epitel lambung) dihidrolisis menjadi pepsin dan peptide kecil di lambung.Jika pepsin telah terbentuk di epitel lambung maka bisa terjadi kerusakan epitel mukosa itu sendiri.

Penamaan :diberi awalan pro atau diberi akhiran ogen.

Cth : protrombin dan tripsinogen.

Klasifikasi dan tata nama enzim

1)    Berdasarkan substrat

Contoh : laktase, maltase, proteinase.

Kelemahan :banyak enzim yang berlainan bekerja pada satu substrat dengan cara berbeda namun menghasilkan produk yang sama.

Contoh :

Glukosa + O₂à glukonolakton + H₂O₂ (enzim yang bekerja dinamakan glukase)

Glukosa + NADP⁺à glukonolakton + NADPH + H⁺ (enzim yang bekerja dinamakan glukase)

2)    Berdasarkan jenis ikatan kimia substrat

Contoh : peptidase, fosfatase, esterase.

Ada kerancuan seperti pada fosfatase yang sebenarnya juga merupakan esterase (memecah ikatan ester)

Peptidase sendiri dapat dibagi menjadi beberapa jenis lagi yang mempunyai kekhususan tersendiri seperti karboksipeptidase, aminopeptidase, dipeptidase.

Tata nama ini tidakmenjelaskan apakah ikatan kimia yang mendasari penamaan tsb dipecah atau dibentuk oleh enzim yang bersangkutan.

3)    Berdasarkan jenis reaksi

Contoh ; glukosa oksidase, amino transferase/transaminase.

Jika berdasarkan asas ini maka enzim-enzim yang melakukan hidrolisis seperti esterase, glikosidase seharusnya dinamakan hidrolase.

4)    Hubungan tata nama dan klasifikasi

Klasifikasi yang tepat dan deskriptif haruslah didasarkan pada suatu tata nama yang tepat. Hal tsb terlihat dari usaha klasifikasi sebelumnya (bagian 1-3) dimana ada cukup banyak enzim yang tidak tertampung dalam system tsb.

Klasifikasi yang dilakukan oleh Baldwin (berdasarkan jenis reaksi, terbagi dalam 4 kelas) belum menghasilkan tata nama yang deskriptif dan informative.

Demikian pula yang dilakukan oleh Webb dan Dixon (berdasarkan jenis reaksi yang dikatalisis, terbagi dalam 3 kelas) tidak lebih memuaskan dibandingkan dengan klasifikasi oleh Baldwin.

5)    Berdasarkan IUB

Dasar klasifikasi : jenis reaksi. Terbagi atas 6 kelas yang dibagi lagi menjadi 4-20 subkelas.

 

Berdasarkan IUB

Dasar klasifikasi : jenis reaksi. Terbagi atas 6 kelas yang dibagi lagi menjadi 4-20 subkelas.

I.      Oksidoreduktase

Adalah enzim yang mengkatalisis pemindahan hydrogen dari suatu substrat ke substrat lainnya.Terbagi atas golongan dehidrogenase dan oksidase.Secara umum golongan ini terbagi atas 20 subkelas.

Contohnya :

Alcohol dehidrogenase (reaksi pembentukan aldehid dari alcohol)

glukosa oksidase (katalis pada reaksi oksidasi glukosa à asam glukonat)

II.   Transferase

Adalah enzim yang bekerja sebagai katalis pada reaksi pemindahan suatu gugus dari suatu senyawa ke senyawa lainnya.Contohnya :

Metiltransferase, aminotransferase / transaminase

III.           Hidrolase

Adalah enzim yang bekerja sebagai katalis pada reaksi hidrolisis. Terbagi atas 11 sub kelas. Contohnya esterase, lipase, fosfatase.

IV.            Liase

Adalah enzim yang berperan dalam reaksi pemisahan suatu gugus dari suatu substrat atau sebaliknya dengan cara selain hidrolisis. Terbagi atas 7 sub kelas. Contohnya dekarboksilase, aldolase, hidratase.

V.        Isomerase

Adalah enzim yang bekerja pada perubahan intramolekuler, yaitu reaksi isomerisasi.Contohnya adalah glukosafosfat isomerase, ribulosafosfat epimerase.

VI.            Ligase

Adalah enzim yang bekerja pada reaksi penggabungan dua molekul.Dinamakan juga sintetase.Ikatan yang terbentuk dari penggabungan ini adalah ikatan C-O, C-S, C-N, C-C, disertai penguraian ikatan berenergi tinggi seperti ATP.Contohnya :piruvat karboksilase, glutamine sintetase.

 

Tata nama menurut IUB

Tiap enzim ditetapkan ke dalam empat tingkat nomor kelas dan diberikan suatu nama sistematik yang mengidentifikasikan reaksi yang dikatalisis.

Contoh :

EC. W.X.Y.Z, dimana

EC  à penamaan menurut Enzyme Commission Number System

W     à kelas reaksi yang dikatalisis (gol. I – VI)

X      àsubkelas, yaitu substrat atau gugus yang bereaksi

Y      àsub-subkelas, yaitu substrat spesifik atau koenzim yang terlibat

Z      ànomor seri enzim

EC. 2.7.1.2 ATP:D-glukosa 6-fosfotransferase.

Enzim ini adalah enzim kelas II (Transferase) subkelas 7 (memindahkan gugus mengandung fosfor), sub-subkelas 1 (fosfotransferase dengan gugus alkohol sebagai penerima).

Reaksi yang dikatalisis adalah :

D-glukosa + ATP    Glukosa 6-fosfat + ADP

No. klasifikasi enzim     : EC.1.1.1.1

Nama sistematik enzim           : Alkohol:NAD⁺oksidoreduktase

Nama generik enzim                : Alkohol dehidrogenase

Model enzim :

1)    Model Kunci dan Anak Kunci (Lock and Key) oleh Fischer

Ketika substrat bertemu dengan enzim dalam perbenturan keduanya mungkin terjadi perbenturan pada bagian tertentu dari molekul enzim yang strukturnya sedemikian rupa sehingga dapat diduduki secara pas oleh substrat dan terbentuk kompleks ES.

                                         E           S               ES                  E              P

 

Model ini mampu menerangkan proses katalisis dengan satu substrat ataupun sejumlah substrat yang terjadi berurutan. Model ini cocok untuk menerangkan analisis kinetika sederhana seperti yang diajukan oleh Michaelis-Menten; menerangkan ikatan enzim dengan penghambat bersaing dengan adanya bagian aktif (active site) yang spesifik à juga menerangkan hanya sebagian kecil dari bagian molekul enzim yang berperan dalam prose katalitik enzim.

Kekurangan :

-         Bentuk enzim dan substrat yang digambarkan adalah tegar/kaku/tidak lentur. Ada atau tidak ada substrat di sekitarnya struktur 3D molekul tidak berubah dan situs aktif tetap terbuka dalam keadaan siaga, hal ini dengan sendirinya mempunyai tingkat energy tertentu yang terus-menerus harus dipertahankan (darimana energy ini berasal jika enzim tsb telah dimurnikan dan dikeringkan dalam waktu cukup lama?  Bila energy termodinamik berasal dari lingkungan akibat adanya gerak acak Brownsusah utk diterima karena pada nilai tertentu energy termodinamik malah berpotensi merusak molekul enzim). Selain itu karena merupakan hasil benturan yang merupakan peristiwa acak dan hanya bagian kecil molekul enzim yang berperan dalam maka peluang tiap benturan tidak sama (kecil).

-         tidak memberikan gagasan bagaimana proses katalisis terjadi. Enzim tidak dapat membedakan mana substrat dan bukan substrat. Tidak ada penjelasan apa yang terjadi setelah terbentuk kompleks dimana mengapa kompleks ES diolah sedangkan kompleks EI tidak (tidak dapat membedakan tahap pengikatan dan tahap pengolahan).

-         tidak mampu menjelaskan fenomena penghambatan tak bersaing dimana kompleks ES tetap terbentuk namun kompleks yang dihasilkan tidak menghasilkan apa-apa.

2)    Model Suai-Bentur (Induced Fit) oleh Koschland

Berdasarkan analisis spectrum dan gambaran kristalografi sinar X dari kompleks ES diketahui bahwa dalam antaraksi enzim-substrat, untuk dapat mengikat dan mengolah substrat tidak hanya bagaian molekul enzim yang berkontak dengan substrat, akan tetapi seluruh bagian molekul enzim aktif menyesuaikan diri mengambil bentuk sedemikian rupa sehingga ada bagian yang dapat mengikat dan mengolah substrat  (terjadi perubahan konformasi 3D).

 

                                      E        S             E                  ES          E        P

istilah bagian aktif menjadi kurang tepat karena semua bagian molekul enzim berperan aktif dalam menyusun diri sedemikian rupa sehingga substrat dapat diikat dan diperkenalkan istilah bagian katalitik (catalytic site).

Model ini dapat mengatasi beberapa fenomena yang tidak dapat dijelaskan oleh model Fischer namun masih belum dapat menjelaskan secara khusus fenomena penghambatan tak bersaing (non kompetitif).

3)    Model Ketuk Tular (Pengaturan Alosterik) oleh Monod-Wyman-Changeux

Adanya tempat lain yang dikenal dengan nama bagian alosterik (bahasa Yunani, allos : yang lain; stereos : ruang) selain bagian katalitik. Perubahan konformasi subunit yang mengandung bagian/tempat alosterik menjalar ke subunit yang mengandung tempat/bagian katalitik sedemikian rupa sehingga bagian katalitik dapat mengikat substrat tetapi tidak dapat mengolahnya lebih lanjut untuk menghasilkan produk.

Koenzim	Senyawa yang dipindahkan
Tiamin pirofosfat Flavin adenine dinukleotida Nikotinamida adenine dinukleotida Koenzim A Piridoksal fosfat 5′-deoksiadenosilkobalamin (koenzim B12) Biositin Tetrahidrofolat	Aldehida Atom hydrogen Ion hidrida (H-) Gugus asil Gugus amino Atom H dan gugus alkil CO2 Gugus satu karbon lainnya

Sifat dan Kerja Enzim

Spesifitas kerja enzim

-         Spesifitas stereoisomer

-         Spesifitas ikatan kimia

-         Spesifitas gugus

-         Tingkat spesifitas

Contoh enzim dengan spesifitas yang rendah adalah enzim-enzim pencernaan.

Contoh enzim dengan spesifitas yang tinggi adalah enzim-enzim yang diperlukan dalam metabolism antara (intermediate metabolism)

Mekanisme katalisis (Daya Katalitik)

Faktor-faktor yang mendukung efisiensi katalisis enzim :

1)    Letak dan orientasi substrat dalam hubungannya dengan gugus katalitik

Ukuran enzim yang sangat besar memberi peluang yang sangat besar bagi benturan antar molekulàmemulai perubahan konformasi membentuk struktur 3D peralihanà substrat berjumpa bagian katalitik enzimakan mudah berikatan dengan tepat. Dengan demikian terjadi pendekatan gugus-gugus aktif dari enzim dan substratà kemampuan pengarahan orbital (orbital steering) shg merupakan reaksi yang benar-benar terarah (bukan acak).

2)    Stabilisasi stadium transisi, yaitu dorongan perubahan yang tepat.

Jika telah terjadi pengiblatan yang tepat dari electron orbit gugus-gugus reaktif, maka substrat diregang sehingga struktur transisi dicapai untuk selanjutnya tercapai bentuk antara dan disusul dengan transaksi proton sehingga terbentuk senyawa produk yang dilepaskan oleh enzim.

3)    Katalisator umum asam basa

4)    Katalisator nukleofilik

5)    Katalisator elektrofilik

6)    Katalisator kovalen

Secara umum proses katalisis bukan enzim dapat dikelompokkan dalam katalisis asam-basa, katalisis elektrostatik, dan katalisis kovalen.  Enzim memiliki semua/sebagian dari mekanisme katalisis tsb dalam molekulnya sedangkan bagian protein memberikan suasana yang mendukung untuk terjadinya proses katalisis tsb.

Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim

-         Konsentrasi substrat

Mengikuti persamaan Michaelis-Menten, dimana pada saat konsentrasi substrat rendah maka laju reaksi mengikuti reaksi orde satudimana kenaikan konsentrasi substrat akan meningkatkan laju reaksi sedangkan pada saat konsentrasi substratmeningkatjauh melampaui harga K, maka peningkatan konsentrasi substrat tidak akan mempengaruhi laju reaksi (laju reaksi berada pada orde nol).

-         Konsentrasi enzim

Laju reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi enzim à makin tinggi konsentrasi enzim makin besar laju reaksinya.

-         pH

karena merupakan suatu protein maka enzim mempunyai aktivitas maksimum pada pH tertentu yang dikenal dengan nama pH optimum.  Di luar nilai pH optimum maka aktivitas enzim akan berkurang bahkan dapat kehilangan aktivitasnya. Hal ini disebabkan karena terjadi denaturasi.

-         Suhu

Makin besar perbedaan suhu reaksi dengan suhu optimum, makin rendah laju reaksi.Pada suhu lebih rendah penyebab kurangnya laju reaksi enzimatik adalah kurangnya gerak termodinamik.Sedangkan pada suhu lebih tinggi selain gerak termodinamik meningkat juga terjadi denaturasi sehingga bentuk 3D berubah secara bertahap.

Penghambatan kerja enzim (inhibisi enzim)

Inhibitor atau penghambat kerja enzim adalah senyawa yang menurunkan kecepatan reaksi enzimatik.

Terdapat 2 jenis penghambat utama enzim, yaitu :

1)    Penghambatan tidak dapat balik (irreversible), yaitu penghambat yang bekerja dengan cara bereaksi dengan atau merusakkan suatu gugus fungsional pada molekul enzim yang penting bagi aktivitas katalitiknya.

Contohnya : diisopropilfluorofosfat (DFP) menghambat enzim asetilkolenesterase àtransmisi impuls saraf terganggu.

Catatan : tidak semua penghambatan bersifat merusak. Misalnya manfaat lain dari DFP yaitu menginaktivasi malathion (insektisida) à dapat diuraikan hewan tingkat tinggi àproduk yang tidak berbahaya bagi manusia dan hewan tsb, namun pada serangga kerja enzim tsb hanya menghambat asetilkolinesterase tanpa dapat mengubah metabolitnya menjadi produk yang tidak toksik bagi serangga tsb.

2)    Penghambatan dapat balik (reversible), terbagi atas :

-         Penghambat kompetitif, adalah penghambat yang bersaing dengan substrat untuk berikatan pada sisi aktif enzim dan setelah terikat tidak dapat diubah oleh enzim tsb.

Ciri : dapat diatasi dengan meningkatkan konsentrasi substrat.

Umumnya mempunyai struktur  mirip dengan struktur 3D substrat normal.

Contoh : penghambatan kompetitif dehidrogenase suksinat oleh anion malonat

-        Penghambat nonkompetitif, adalah penghambatan yang terjadi akibat penghambat berikatan pada sisi enzim selain sisi tempat substrat berikatan dan mengakibatkan perubahan  konformasi molekul sehingga mengakibatkan inaktifasi dapat balik sisi katalitik.

Pemanfaatan enzim

1)    Bidang industri

-         Industry makanan dan minuman

Penggunaan protease pankreas dan papain sebagai pengempuk daging.

-         Industry non pangan

Penggunaan enzim (protease, σ-kapa-amilase, dll)  dalam deterjen untuk mempercepat pelepasan kotoran dari pakaian

 

2)    Bidang kesehatan (kedokteran dan farmasi)

Enzim sebagai target pengobatan

Contoh :

Kekurangan enzim pencernaan dalam tubuh dapat diatasi dengan memberikan obat berupa enzim pencernaan yang diperoleh dari tumbuhan/hewan untuk mengatasi kekurangan produksi enzim pada tubuh.

Pemanfaatan enzim untuk diagnose klinik

Penggunaan enzim sebagai petanda kerusakan jaringan

Secara teoritis  enzim intrasel tidak terlacak dalam cairan ekstraselàsel-sel mati dan pecah à terdapat enzim intrasel dalam cairan ekstraselà jumlahnya rendah dan mempunyai harga maksimum (ditentukan laju pergantian atau  “turn over rate” yang berhubungan dengan keadaan fisiologis tertentu)

Bila jumlah enzim di luar normal àterjadi sesuatu pada jaringan.

Peningkatan kadar enzim didalam cairan ekstrasel dapat pula terjadi karena :

-         sel memasuki suatu tahap tertentu dalam daur seluler

-         terjadinya perbanyakan atau proliferasi sel-sel khusus yang membuat enzim tertentu à dasar penggunaan enzim dan protein bukan enzim sebagai petanda tumor (tumor marker).

Penggunaan enzim sebagai reagen

Enzim murni yang tersedia di pasaran dapat digunakan sebagai reagen unutk penentuan secara akurat adanya suatu zat yang kadarnya kecil dalam darah seperti glukosa, urea, asam urat, dan trigliserida.

Contohnya :  kit untuk mengetahui adanya gula dalam urine.

Penggunaan enzim sebagai reagen pemberi label

Enzim dapat dipergunakan sebagai alat bantu diagnostic dengan cara lain, yaitu pengukuran berdasarkan angka “turn over”nya / nilai aktivitas enzim, yaitu jumlah mol substrat yang diubah menjadi produk tiap menit (atau tiap detik) per mol enzim.  Angka ini bermanfaat dalam membandingkan enzim yang sama dari jaringan yang berbeda dan dalam membandingkan isozim yang berlainan

Contoh penggunaannya untuk penentuan secara cepat penyalahgunaan obat, seperti penentuan morfin dan shabu-shabu dalam urin.Warna yang dihasilkan menunjukkan ada tidaknya morfin sedangkan intensitas warnanya menunjukkan kadar morfin yang dihasilkan.

Contoh lain : kit uji dengan metode ELISA (Enzyme Linked Immuno Sorbant Assay).

Enzim “immobilized”

Enzim dapat disambung-silangkan (cross-linked) secara kimiawi terhadap permukaan lembam, atau dijepit antara permukaan-permukaan semipermeabel lembam tanpa kehilangan daya katalitik.

Misalnya urease yang ditempelkan pada tabung dialysis untuk menghilangkan urea dalam darah pasien gagal ginjal.

Contoh lainnya adalah :

pembuatan enzim electrode untuk analisis elektrokimia kadar komponen penyusun darah seperti glukosa dan kolesterol.

Pembuatan kit immunoassay untuk penggunaan pola isozim dari enzim tertentu dengan elektroforesis dan teknik imunokimia, pelacakan dan penentuan kuantitas isozim untuk kepentingan diagnose diferensial.

Tabel Daftar Penentuan dengan enzim yang dikenal atau yang diperkirakan bermanfaat dalam diagnose atau perawatan penyakit.

Enzim

Organ atau penyakit yang ditinjau

Yang sering diuji Fosfatase asam Fosfatase alkalin Amylase Aminotransferase glutamate Aminotransferase aspartat Aminotransferase alanin Dehidrogenase laktat Kinase keratin Yang kurang sering diuji Seruloplasmin Aldolase Tripsin Dehidrogenase glukosa 6-fosfat Γ-glutamil transpeptidase Transkarbamilase ornitin Pseudokolinesterase Pepsin Heksosa 1-fosfat-uridil transferase Reduktase glutation Lipase lipoprotein Elastase Plasmin

Karsinoma prostat Hati, penyakit tulang Penyakit pancreas Hati, penyakit jantung Hati, penyakit jantung Hati, penyakit jantung Hati, jantung, sel darah merah Jantung, otot, otak Penyakit Wilson (hati) Otot, jantung Pancreas, usus Sel darah merah (kerusakan genetic) Penyakit hati Penyakit hati Hati (keracunan, insektisida) Lambung Galaktosemia (kerusakan genetic) Anemia, sianosis Hiperlipoproteinemia Penyakit kolagen Penyakit pembekuan darah

3)      Bidang pertanian

Pemanfaatan bakteri nitrifikasi untuk menangkap nitrogen dari udara untuk digunakan dalam pertumbuhan tanaman.