Upload
m-khaidiz-rafi
View
254
Download
4
Embed Size (px)
DESCRIPTION
How to Enzyme
Citation preview
EnzymE : Etymology dan History
Tahun 1860 Louis Pasteur menyimpulkan bahwa fermentasi gula jadi alkohol dikatalisis oleh suatu “ vital force” yang terdapat dalam sel ragi (yeast), yang disebutnya “ferment”
Tahun 1878 Wilhelm Kühne yang pertama menggunakan istilah enzyme. “Ferments“yang menggambarkan aktifitas kimia yang dihasilkan jasad hidup .
Tahun1897 Eduard Buchner mengekstrak enzym dari ragi dan mempelajari fermentasi gula jadi alkohol oleh zymase. (Nobel Prize in Chemistry untuk penemuannya pada sel fermentasi)
Tahun 1926, James B. Summer mengekstrak enzym urease ( dari biji nangka) dalam bentuk kristal dan membuktikan bahwa enzym adalah protein .
Tahun 1930-1936 Northrop berhasil mengkristalkan pepsin,tripsin dan kimotripsin (James B. Sumner, Northrop dan Stanley mendapatkan Nobel Prize in Chemistry tahun 1946 )
Dari bahasa Yunani : ενζυμον , berarti : di dalam bahan pengembang (ragi ) (1878)
ENZYM
Molekul protein yang dihasilkan sel hidup Umumnya merupakan protein globular, ukurannya
dari 62 monomer aa pada 4- oksalokrotonat tautomerase , sampai > 2.500 aa pada asam lemak sintase
Secara molekular :Merupakan protein yang tersusun atas serangkaian
asam amino dalam komposisi dan sekuens yang teratur dan tetap
Mempunyai “SISI AKTIF” ( bagian permukaan enzim yang berinteraksi dengan SUBSTRAT)
Interaksi enzym dengan substrat
Sucrase adalah enzym yang dapat mengikat disakarida dalam bentuk sucrosa dan menguraikannya jadi : fruktosa dan glukosa
Enzym: Protein Katalisator
Kemampuan katalisis ditentukan oleh sisi aktifnya.
Perubahan sisi aktif menyebabkan enzim kehilangan kemampuan katalisasi
Contoh reaksi sederhana yang dikatalis oleh enzym
E = enzyme S = substrate ES = complex
enzyme-substrate P = product
E + S E S E + P
Substrat binding
Catalytic step
Peningkatan Laju Reaksi Kimia
Peningkatan suhu → energi kinetik meningkat Katalisator → alami (enzym) & sintetik
• energi aktivasi turun
• tdk merubah ΔG
Mekanisme Kerja Enzym
Enzim dapat bekerja dengan beberapa cara :
• Menurunkan energi aktivasi → menciptakan lingkungan dengan keadaan transisi terstabilisasi
• Menurunkan energi keadaan transisi tanpa mengubah bentuk substrat
• Menyediakan lintasan reaksi alternatif
• Menurunkan perubahan entropi reaksi
Termodinamika Enzym
Tahapan-tahapan energi pada reaksi kimia.
• Substrat memerlukan banyak energi untuk mencapai keadaan transisi,
• Keadaan transisi berubah menjadi produk.
• Enzim menstabilisasi keadaan transisi, menurunkan energi yang diperlukan untuk menjadi produk.
Sebagai katalis, enzim tidak mengubah posisi kesetimbangan, tetapi reaksi enzimatik tsb akan berjalan lebih cepat
Enzim juga dapat menggabungkan dua atau lebih reaksi
Enzim mengkatalisis reaksi kekiri dan kekanan secara seimbang, tapi tidak mengubah kesetimbangan reaksi tsb
Contoh, enzym karbonat anhidrase mengkatalisis reaksi dua arah
CO2 + H2O H2CO3Carbonat anhidrase
Carbonat anhidraseH2CO3 CO2 + H2O
Kespesifikan Enzym
Spesifik : 1 Enz – 1 Sub. (kekhususan absolut)
-D-glukosa + ATP ADP + glukosa-6-P
Kekhususan relatif: 1 enzim memiliki beberapa substrat
• Contoh : enzim D-Asam amino oksidase
Mg 2+
Glukokinase
Aspek Khusus:1. Kekhususan optik : → absolut
2. Kekhususan gugus: • Beberapa enzim hanya bekerja pd gugus kimia
tertentu
• Contoh: enzym dehidrogenase alkohol hanya mengkatalis reaksi dehidrogenasi pada alkohol
Penggolongan Enzym
a. Enzym ADAPTIF : enzym yang dihasilkan sel mikroba dalam jumlah tertentu bila diperlukan sajab. Enzym KONSTITUTIF : enzym yang selalu dibentuk oleh sel dalam jumlah tertentu
a. Enzym ENDOSELLULER : enzym yang dihasilkan dalam sel atau dalam membran cytoplasma b. Enzym EXOSELLULER : enzym yang dapat dilepaskan ke dalam media fermentasi
Mis. : amylase, protease
Penamaan Enzym Nama konvensional didasarkan atas nama substrat yang
dikatalisisnya dengan menambah akhiran –ase
• sucrase – bereaksi dengan sucrosa
• lipase – bereaksi dengan lipid
Menggambarkan fungsi enzym tersebut
• oxidase – katalis reaksi oksidasi
• hydrolase – katalis reaksi hydrolysis
Nama umum yang masih digunakan untuk enzym, yaitu menggunakan -in , misal : pepsin, trypsin , atau nama dagang : papain, bromelin
Penggolongan enzym IUB Memakai sistem nomor, nomor EC, 4 digit Kompleks dan membingungkan
1. OKSIDOREDUKTASE
S tered + S’ teroks S teroks + S’ tered
2. TRANSFERASE
S—G + S’ S’—G + S
3. HIDROLASE
• Mengkatalisis pemecahan hidrolitik dari C—C, C—N, C—O, P—O
4. LIASE
• Pemecahan tidak dengan cara hidrolisis
• Menghasilkan senyawa berikatan rangkap
5. ISOMERASE
• Mengkatalisis perubahan geometrik/struktural pada suatu molekul
6. LIGASE
• Pengikatan 2 substrat dengan
menggunakan energi
Penggolongan enzym International Union of Biochemistry (1984)
1.Oxidoreductase Rx. Oksidasi-reduksi
(mis. dehydrogenase)
2. Transferase Rx.transfer gugus
(mis. kinase )
3. Hydrolase Rx.Hydrolysis
(mis. protease )
4. Lyase Rx. Adisi pada double bond
(mis. synthase )
5. Isomerase Rearrangement/ isomerisasi
(mis. racemase )
6. Ligase Rx.penggabungan/penguraian ATP, (mis. synthetase )
(1) Oxidoreductase
Mis.:glucose oxidase (EC 1.1.3.4, nama systematic, b-D-glucose : oxygen 1-oxidoreductase).
β-D-glucose + oxygen D-glucono-1,5-lactone +hydrogen peroxide
(2) Transferase
Mis. : aspartate aminotransferase (EC 2.6.1.1, nama systematic, L-aspartate:2-oxoglutarate aminotransferase ; atau glutamic-oxaloacetic transaminase atau GOT).
L-aspartate + 2-oxoglutarate Oxaloacetate+ L-glutamate
(3) HydrolaseMis.: chymosin (EC 3.4.23.4, nama sistematic belum ada; disebut juga rennin).
k-casein + air para-k-casein + caseino macropeptide
(4) Lyase
Mis.: histidine ammonia-lyase (EC 4.3.1.3, nama systematic, L-histidine ammonia-lyase; atau histidase).
L-histidine urocanate + ammonia
(5) Isomerase
Mis.: xylose isomerase (EC 5.3.1.5, nama systematic, D-xylose ketol-isomerase; atau glucose isomerase).
α-D-glucopyranose α-D-fructofuranose
(6) Ligase
Mis.: glutathione synthase (EC 6.3.2.3, nama systematic, g-L-glutamyl-L-cysteine:glycine ligase (ADP-forming); atau glutathione synthetase).
-L-glutamyl-L-cysteine + ATP + glycine glutathione +ADP + phosphate
Fungsi biologis enzym Transduksi signal dan regulasi sel, seringkali
melalui enzim kinase dan fosfatase. Menghasilkan pergerakan tubuh, dengan myosin
menghidrolisis ATP untuk menghasilkan kontraksi otot
Pompa ion yang terlibat dalam transport aktif → ATPase dalam membran sel
Fungsi yang khas, seperti lusiferase,
menghasilkan cahaya pada kunang-kunang. Virus, juga mengandung enzim ,
dapat menyerang sel, mis. HIV integrase
Struktur Enzym
Beberapa enzym mengikat molekul non-protein yang disebut cofactor, untuk
meningkatkan aktifitasnya Cofactor :
• zat anorganik (mis., ion logam )
• zat organik (mis.,flavin dan heme) Cofactor organik :
• gugus prosthetic : yang terikat kuat pada enzym
• coenzym : yang dapat lepas dari sisi aktif enzym selama reaksi. Yang termasuk coenzym : vitamin NADH, NADPH dan adenosine triphosphate.
Coenzym yang paling umum
Coenzym Reaksi yang dikatalisisBiotin Carboxylation
Cobalamin (B12) Alkylation transfer
Coenzyme A Acyl transfers
Flavin Oxido-Reduction
Lipoic acid Acyl transfers
Nicotinamide Oxido-Reduction
Pyridoxal phosphate Amino group transfers
Tetrahydrofolate carbon group transfers
Thiamine pyrophosphate
Aldehyde transfer
ISOZYM / ISOENZYM
isoenzyme (isozym) : beberapa bentuk enzym, yang mengkatalis reaksi yang sama, namun berbeda dalam urutan (sequen) asam amino dalam strukturnya
enzim yg dpt mengkatalisis reaksi yg sama Sifat fisik, kimia atau imunologis beda Membedakan : metode kinetika enzym dan kimia protein Banyak ditemukan pada sel & jaringan vertebrata,
insekta, tanaman, dan organisme uniseluler. Contoh: glukokinase (hati, pankreas) / heksokinase
(dimana-mana)
Contoh Isoenzym
Creatine kinase memiliki dua subunit Creatine kinase (CK), dan creatine phosphokinase (CPK) (EC 2.7.3.2). Ditemukan dalam rangka, otot dan otak yang lainnya dalam otot jantung
ENZYME Protein enzyme berbentuk globular. katalis yang paling efficien untuk reaksi-reaksi
biokimia dalam sel. mengkatalisis reaksi dengan sangat selektif dan
pada reaksi yang benar-benar spesifik. umumnya terdiri dari protein dan non-protein
(disebut : cofactor). Ikatan intra- dan intermolecular yang
menyebabkan terjadinya structur secondary dan tertiary dalam protein akan terganggu dengan adanya perubahan temperatur dan pH.
aktifitas katalitik dari enzym sangat sensitif terhadap temperatur dan pH
Pengaruh Temperatur terhadap
aktifitas katalitik enzym
Aktifitas rendah pada temperatur rendah
Kecepatan bertambah dengan kenaikan suhu
Aktifitas terbaik pada temperatur optimumnya (biasanya pada 37°C)
Aktifitas hilang karena denaturasi pada temperatur tinggi.
Pengaruh Konsentrasi Substrat
terhadap aktifitas katalitik enzym
Menaikkan konsentrasi substrat menaikkan kecepatan reaksi (konsentrasi enzym konstan)
Aktifitas maksimum tercapai bila semua enzym bereaksi dengan substrate
Pengaruh pH terhadap aktifitas katalitik enzym
Aktifitas maksimum pada pH optimum
Gugus R asam amino menghasilkan muatan
Umumnya kehilangan
aktifitasnya pada pH rendah atau tinggi
Model Interaksi Enzym - Substrata. Lock- and- Key Model (Emil Fischer (1894):
• Enzym berikatan dengan substrat pada daerah yang disebut active site
• Hanya substrat tertentu yang cocok dengan active site
• Gugus R dari asam amino pada active site membantu pengikatan substrat
• Terbentuk kompleks enzym –substrat
• Substrat bereaksi membentuk produk
• Produk dihasilkan
b. Induced Fit Model (Daniel Koshland (1958):
• Struktur enzym fleksibel, tidak kaku
• Enzyme dan active site menyesuaikan bentuk dengan substrat
• Perubahan bentuk menambah katalisis selama reaksi
Imobilisasi Enzym
Enzym adalah : suatu katalis biologis mampu mengkatalis dalam suasana moderat, larutan
netral, T &P normal katalis yang efisien dan efektif, namun
• Enzym umumnya tidak stabil, tak dapat digunakan dalam pelarut organik atau suhu tinggi
• Sukar memperoleh kembali keaktifan enzym dari suatu campuran reaksi
Untuk mengatasi kelemahan enzym : Sintesa katalis yang aktifitasnya seperti enzym Modifikasi enzym yang dihasilkan mikro organisme : IMOBILISASI ENZYM
Enzym yang di imobilisasi :• Enzym yang secara fisik dibatasi atau dilokalisasi
dalam daerah tertentu dalam ruang,dengan tetap mempertahankan aktifitas katalitiknya dan dapat digunakan secara kontiniu dan berulang
Telah dikembangkan sejak 1960
REKAYASA ENZYM
Mikroorganisme penghasil enzym :• Bakteri : Bacillus subtilis : amilase,protease
• Fungi : Aspergillus sp: amilase,protease,pektinase
• Ragi : S. cereviciae : invertase
Metoda Immobilisasi Enzym
1. Metoda Carrier- Binding :
pengikatan enzym dengan carrier yang tak larut dalam air
2. Metoda Cross-Lingking: melibatkan cross-link antar molekul dari enzym dengan reagensia bi atau multi fungsional
3. Metoda Entrapping : mempersatukan enzym kedalam kisi-kisi dari suatu membran polimer semipermiabel
Aktifitas Enzym
Jumlah enzim sangat kecil : μ g atau unit. Aktifitas ditentukan dengan menghitung produk yang
terbentuk atau penurunan jumlah substrat dalam waktu tertentu untuk volume tertentu
Cara mengukur → bandingkan kecepatan reaksi dengan kecepatan enzim murni.
Unit aktivitas enzim : mikromol substrat yg bereaksi, atau produk yg terbentuk per satuan waktu.
Menurut IUB → 1u = enzim yg mengkatalisis pembentukan 1 mikromol produk per menit
KECEPATAN REAKSI
Grafik berbelok karena:
• substrat makin berkurang
• “product inhibition”
Kinetika enzym
Teori kinetika enzim yang kuantitatif diamati pertama kali tahun 1902, Victor Henri dan Sorensen tahun 1909
Penyelidikan disempurnakan oleh Michaelis-Menten. dikembangkan lebih jauh oleh Briggs dan Haldane , digunakan secara meluas sampai sekarang
Pada kinetika enzim, reaksi dianggap dua tahap.. Tahap pertama, subtrat terikat ke enzim secara
reversible, membentuk kompleks enzim-substrat. Kompleks ini kadang disebut sebagai kompleks Michaelis.
Enzim kemudian mengkatalisasi reaksi kimia dan melepaskan produk.
HIPOTESIS MICHAELIS-MENTEN
E harus berikatan dulu dengan S → ES sebelum P terbentuk :
Kecepatan reaksi ditentukan oleh ES → E + P Bila [E] tetap, maka kecepatan pembentukan P
tergantung pada kadar [S] → grafik linier. Kenyataan → grafik tidak linier.
1 E hanya punya 1 S . Pada awal reaksi → [P] = 0. Kadar [S] selalu lebih besar daripada [E]
E + S E SK1
K2
K3E + P
Inhibisi Enzym
Substrat dan inhibitor berkompetisi satu sama lainnya untuk bereaksi dengan enzym.
Jenis inhibitor :
• Inhibitor Reversibel - Kompetitif
- Non Kompetitif
• Inhibitor Irreversibel - Non Kompetitif
Inhibitor menghambat fungsi / aktifitas enzim→ inhibitor sering digunakan sebagai obat /racun
inhibitor menurunkan laju reaksi enzim
CARA KERJA INHIBITOR1. INHIBITOR MEMILIKI STRUKTUR MOLEKUL MIRIP SUBSTRAT
Inhibitor analog dengan substrat Contoh: Suksinat + FAD → Fumarat + FADH2 Penghambat : Malonat, Oksalat, Propionat dan Glutarat
2. INHIBITOR TIDAK TERIKAT PADA ACTIVE-SITE, TAPI MENGHALANGI IKATAN SUBSTRAT DENGAN ENZYM (STERIC HIDRANCE INHIBITOR)
Contoh: Sulfanilamida mirip PABA, shg menghambat sintesis as. Folat dalam bakteri.
Pengelompokan inhibitor
SIFAT IKATAN:
1. Inhibitor Reversibel : E + I ↔ EI
2. Inhibitor Irreversibel : E + I → EI
SIFAT KINETIK:
1. Inhibitor Kompetitif
2. Inhibitor Non Kompetitif
INHIBITOR KOMPETITIF• Hanya dpt berikatan dg E saja atau S saja, tdk dg ES
• Inhibitor kompetitif mengikat enzim secara reversibel, bersaing dengan substrat
• Efek Inhibitor hilang bila [S] ditingkatkan
• Sering kali strukturnya sangat mirip dengan substrat
INHIBITOR NON KOMPETITIF REVERSIBEL• Dapat berikatan dengan E maupun ES
E + I →EI ES + I → ESI• Berikatan dengan E pada tempat berbeda dg S
• Struktur tidak mirip S
• Efek Inhibitor tidak hilang bila [S] ditingkatkan
INHIBITOR NON KOMPETITIF IRREVERSIBEL• Merubah konformasi seluruh enzim atau merubah
konfigurasi“active site” (derivat fosfofluoridat), sehingga enzim menjadi inaktif.
• Sulit dibedakan dengan Inhibitor non Kompetitif Reversibel.
Asam folat (substrat) (kiri) dan obat anti kanker metotreksat (kanan). Enzym dihidrofolat reduktase
Inhibitor kompetitif