E N Z I ME N Z I M
Blok VIBlok VI
LEARNING OBJECTIVELEARNING OBJECTIVE
Setelah mengikuti perkuliahan ini, Setelah mengikuti perkuliahan ini, mahasiswamahasiswa
mampu memahami :mampu memahami : Nomenclature enzimNomenclature enzim Siafat-sifat enzimSiafat-sifat enzim Kinetics enzimKinetics enzim Mekanisme Kerja enzimMekanisme Kerja enzim Regulasi reaksi enzimatisRegulasi reaksi enzimatis
Enzim merupakan senyawa organik bermolekul besar
(komponen utama protein) yang berfungsi untuk mempercepat jalannya reaksi metabolisme di
dalam tubuh tanpa mempengaruhi keseimbangan reaksi
Enzim tidak ikut bereaksi, struktur enzim tidak berubah baik sebelum dan sesudah
reaksi tetapEnzim sebagai biokatalisator
Bagian enzim yang aktif adalah sisi aktif dari enzim
Tata nama enzimTata nama enzim
Enzim diberi nama sesuai dengan nama substrat dan reaksi yang dikatalisisBiasanya ditambah akhiran aseEnzim dibagi ke dalam 7 golongan besar
NomenklaturNomenklatur Umumnya nama:Umumnya nama: Contoh:Contoh:
PhosphofructokinasePhosphofructokinase AcetylcholinesteraseAcetylcholinesterase DNA PolymeraseDNA Polymerase
Secara Tradisional Secara Tradisional penamaan enzim penamaan enzim ditambahkan. “ase”ditambahkan. “ase”
Klasifikasi EnzimKlasifikasi EnzimKlasKlas Tipe reaksiTipe reaksi
OksidoreduktaseOksidoreduktase(nitrat reduktase)(nitrat reduktase)
memisahkan dan menambahkan memisahkan dan menambahkan elektron atau hidrogen elektron atau hidrogen
Transferase (Kinase)Transferase (Kinase)
memindahkan gugus funsional senyawa memindahkan gugus funsional senyawa kimiakimia
Hidrolase (protease, lipase, Hidrolase (protease, lipase, amilase)amilase)
Reaksi hidrolisaReaksi hidrolisa
Liase (fumarase)Liase (fumarase)membentuk ikatan rangkap dengan membentuk ikatan rangkap dengan melepaskan satu gugus kimiamelepaskan satu gugus kimia
Isomerase (epimerase)Isomerase (epimerase)mengkatalisir perubahan isomermengkatalisir perubahan isomer
Ligase/sintetaseLigase/sintetase(tiokinase)(tiokinase)
menggabungkan dua molekul yang menggabungkan dua molekul yang disertai dengan hidrolisis ATPdisertai dengan hidrolisis ATP
Polimerase (tiokinase)Polimerase (tiokinase) menggabungkan monomer-monomer menggabungkan monomer-monomer sehingga terbentuk polimersehingga terbentuk polimer
1.Oksido Reduktase (Redoks): 1.Oksido Reduktase (Redoks): untukUntuk reaksi-reaksi Oksidasi –untukUntuk reaksi-reaksi Oksidasi –Reduksi.Reduksi.
- Bekerja pada –CH-OH- Bekerja pada –CH-OH
- Bekerja pada – C=O- Bekerja pada – C=O
- Bekerja pada -CH=CH-- Bekerja pada -CH=CH-
- Bekerja pada – CH-NH- Bekerja pada – CH-NH22
- Bekerja pada –CH-NH-- Bekerja pada –CH-NH-
- Bekerja pada NADPH.- Bekerja pada NADPH.
2. Transferase (Pemindahan Gugus 2. Transferase (Pemindahan Gugus
Fungsional); Fungsional); Contoh:AminotransferaseContoh:Aminotransferase
- Gugus satu Carbon- Gugus satu Carbon
- Gugus Aldehid atau Keton- Gugus Aldehid atau Keton
- Gugus Alkil- Gugus Alkil
- Gugus Glikosil- Gugus Glikosil
- Gugus Phosphat- Gugus Phosphat
- Gugus Mengandung S- Gugus Mengandung S
3.Hidrolase ( Reaksi Hidrolisa).3.Hidrolase ( Reaksi Hidrolisa).
- Ester- Ester
- Ikatan Glikosil- Ikatan Glikosil
- Ikatan Peptida- Ikatan Peptida
- Ikatan C-N lainnya- Ikatan C-N lainnya
- Anhidrida Asam- Anhidrida Asam
4.Liase (adisi/tambahkan pada rangkap 4.Liase (adisi/tambahkan pada rangkap
atau kebalikan reaksi tersebut).atau kebalikan reaksi tersebut).
- -C=C-- -C=C-
- -C=O- -C=O
- - C=N- - C=N
5. Isomerase ( reaksi Isomerisasi)5. Isomerase ( reaksi Isomerisasi)
- Rasemase.- Rasemase.
6. Ligase (Pembentukan Ikatan dengan6. Ligase (Pembentukan Ikatan dengan
Pembelahan ATP).Pembelahan ATP).
- Terbentuk ikatan C-O- Terbentuk ikatan C-O
- Terbentuk ikatan C-S- Terbentuk ikatan C-S
- Terbentuk ikatan C-N- Terbentuk ikatan C-N
- Terbentuk ikatan C-C- Terbentuk ikatan C-C
Klasifikasi EnzimDehidrogenase- Oksidasi substrat menggunakan Kofaktors sebagai akseptor atau donor elektron.
contoh: Piruvate dehidrogenase)Reductase- : menambah elektrons dari kofaktor reduksi
Contoh: enoyl ACP reduktaseKinase- : phosphorilase substrate. Contoh: hexokinase Hidrolase : menggunakan air untuk memecah Molekul.Phosphatase : - hidrolisa ester phosphate. Contoh: glucose-6-phosphatase.Esterase (lipase): hidrolisa esters , sedangkan yg bekerja
pada ester lipid adalah lipase.Contoh : lipoprotein lipase
Thioesterase : hidrolisa thioestersThiolase : - menggunakan thiol untuk membantu pembentukan thioester. Contoh: β-ketothiolase.Isomerase :- interkonversi dari isomer. contoh: aldose
ke ketose; triose phosphate isomerase
Contoh-contoh aktifitas Contoh-contoh aktifitas enzim yang umumenzim yang umum
KinaseKinase Serine/ThreonineSerine/Threonine TyrosineTyrosine
PhosphatasePhosphatase AcetylaseAcetylase
Biasa pada Biasa pada LysinesLysines
DeacetylaseDeacetylase
Susunan enzim
Komponen utama enzim adalah protein
Protein yang sifatnya fungsional, bukan protein struktural
Tidak semua protein bertindak sebagai enzim
Enzim
Protein Enzim protein sederhana
Protein +Bukan Protein
Protein = apoenzim
Enzim Konjugasi
Bukan protein =Gugus prostetik
Organik =Koenzim
Anorganik = kofaktor
Katalisator BiologisKatalisator Biologis Specifik untuk Reaksi Kimia; Tidak habis Specifik untuk Reaksi Kimia; Tidak habis
dipakai dalam reaksi, jadi setelah reaksi dipakai dalam reaksi, jadi setelah reaksi enzim kembali lagi kebentuknya. enzim kembali lagi kebentuknya.
Apoenzime: proteinApoenzime: protein Kofaktor: Komponen NonproteinKofaktor: Komponen Nonprotein
Coenzyme: Kofaktor OrganikCoenzyme: Kofaktor Organik Holoenzime: Apoenzime + kofaktorHoloenzime: Apoenzime + kofaktor
EnzimEnzim
Lock and Key Teori FisherLock and Key Teori Fisher
Figure 5.3
Active side of enzymeActive side of enzyme1. Fisher Theory : Lock and 1. Fisher Theory : Lock and
Key Key
Gugus hidrofobik dan gugus Gugus hidrofobik dan gugus bermuatan (warna biru) sama-bermuatan (warna biru) sama-sama terlibat dalam pengikatan sama terlibat dalam pengikatan substrat ( substrat ( gugus pengikatangugus pengikatan ) )
Gugus fosfoserin (-P) dan residu Gugus fosfoserin (-P) dan residu sistein (-SH) terlibat dalam sistein (-SH) terlibat dalam proses katalisis( proses katalisis( gugus gugus katalitikkatalitik ) )
Lys dan Met tidak terlibat prosesLys dan Met tidak terlibat proses
2. Induced fit Khosland2. Induced fit Khosland
Keadaan tanpa (S) gugus gugus Keadaan tanpa (S) gugus gugus katalitik dan gugus pengikatan katalitik dan gugus pengikatan substrat terpisah dengan jarak substrat terpisah dengan jarak beberapa ikatanbeberapa ikatan
Mendekatnya substrat (S) Mendekatnya substrat (S) menimbulkan perubahan konformasi menimbulkan perubahan konformasi protein enzim yang menyusun gugus protein enzim yang menyusun gugus engikatan substrat dan katalitik engikatan substrat dan katalitik
Pada saat yang sama daerah lain juga Pada saat yang sama daerah lain juga berubah, residu Lys dan metionin berubah, residu Lys dan metionin mendekatmendekat
The turnover number is generally 1-The turnover number is generally 1-10,000 molecules per second.10,000 molecules per second.
Kecepatan reaksi enzimKecepatan reaksi enzim
Figure 5.4
Contoh koenzim
1. NAD (koenzim 1)2. NADP (koenzim 2)3. FMN dan FAD4. Cytokrom: cytokrom a, a3, b, b6, c, dan f5. Vitamin mis. Asam pantotenat
KonezimKonezim Pelopor VitaminPelopor Vitamin FungsiFungsi
Nikotinamide Adenine Di Nukletida (NADNikotinamide Adenine Di Nukletida (NAD++))Nikotinamide Adenine Nukleotida Phosphat Nikotinamide Adenine Nukleotida Phosphat (NADP(NADP++))Flavin Adenine Dinukleotida (FAD)Flavin Adenine Dinukleotida (FAD)Flavin Mononukleotida (FMN)Flavin Mononukleotida (FMN)Asam LipoatAsam LipoatHemeHemeTiamin PiroPhosphat (TPP)Tiamin PiroPhosphat (TPP)Piridoksal Phosphat (Py)Piridoksal Phosphat (Py)
Koenzim A ( Co ASH)Koenzim A ( Co ASH)Asam Tetrahidrofolat (THF)Asam Tetrahidrofolat (THF)BiotinBiotin5'-Deoksiadenosil kobalamine ( Koenzim B 5'-Deoksiadenosil kobalamine ( Koenzim B
1212))
NiasinNiasin NiasinNiasin
RiboflavinRiboflavinRiboflavinRiboflavinTidak adaTidak adaTidak adaTidak adaThiaminThiaminPiridoksinPiridoksin
Asam PantotenatAsam PantotenatAsam FolatAsam Folat
Kobalamin ( B Kobalamin ( B 12)12)
RedoksRedoksRedoksRedoksRedoksRedoksRedoksRedoksRedoksRedoksRedoksRedoksOksidasi Oksidasi dekarboksilasidekarboksilasiTransaminasi-Transaminasi-RasemasiRasemasiTransfer ggs asil.Transfer ggs asil.
Transfer GgsTransfer Ggssatu karbon.satu karbon.Transfer COTransfer CO
22
Transfer ggsTransfer ggsmetilmetil
Sifat EnzimSifat Enzim
Enzim dibentuk dalam protoplasma sel Enzim beraktifitas di dalam sel tempat
sintesisnya (disebut endoenzim) maupun di tempat yang lain diluar tempat sintesisnya (disebut eksoenzim)
Sebagian besar enzim bersifat endoenzim
Enzim pada Diagnosa Enzim pada Diagnosa PatologisPatologis
1.Khas Enzim pada Hati yaitu AST (SGOT= Serum 1.Khas Enzim pada Hati yaitu AST (SGOT= Serum Glutamat Oxaloasetat Amino transferase), & ALT Glutamat Oxaloasetat Amino transferase), & ALT (SGPT =Serum Glutamat-piruvate Transminase) (SGPT =Serum Glutamat-piruvate Transminase) SGPT banyak dijumpai di hepatosit.. ;SGPT banyak dijumpai di hepatosit.. ;
Normal rasio SGPT/SGOT kurang dari 1Normal rasio SGPT/SGOT kurang dari 12..LDH ( Lactate Dehydrogenase) bila ada kenaikan 2..LDH ( Lactate Dehydrogenase) bila ada kenaikan
dalam 12-24 jam dalam 12-24 jam yaitu pada Kelainan Infark yaitu pada Kelainan Infark Jantung . Lalu kembali normal pada hari ke 5-10.Jantung . Lalu kembali normal pada hari ke 5-10.
3..CPK ( Creatine Phosphokinase atau CK) terutama 3..CPK ( Creatine Phosphokinase atau CK) terutama dijumpai pada dijumpai pada Otot Jantung, otot Rangka dan Otot Jantung, otot Rangka dan juga otak Jadi Pemeriksaan ini juga otak Jadi Pemeriksaan ini baik untuk baik untuk mengetahui bila ada kelaianan, Pada organ Otot mengetahui bila ada kelaianan, Pada organ Otot Jantung, otot rangka dan otak. CPK-MB levelnya Jantung, otot rangka dan otak. CPK-MB levelnya meningkat pada 3-6 jam serangan Infark jantung meningkat pada 3-6 jam serangan Infark jantung dan mencapai puncak 12-24 jam, normal kembali dan mencapai puncak 12-24 jam, normal kembali bila tidak ada kerusakan lebih lanjut 12-48 jam.bila tidak ada kerusakan lebih lanjut 12-48 jam.
Sifat EnzimSifat Enzim1. Enzim bersifat koloid, luas permukaan besar, bersifat hidrofil2. Dapat bereaksi dengan senyawa asam maupun basa, kation maupun anion3. Enzim sangat peka terhadap faktor-faktor yang menyebabkan denaturasi protein misalnya suhu, pH dll4. Enzim dapat dipacu maupun dihambat aktifitasnya5. Enzim merupakan biokatalisator yang dalam jumlah sedikit memacu laju reaksi tanpa merubah keseimbangan reaksi6. Enzim tidak ikut terlibat dalam reaksi, struktur enzim tetap baik sebelum maupun setelah reaksi berlangsung7. Enzim bermolekul besar8. Enzim bersifat khas/spesifik
Spesifik: hanya cocok untuk satu macam : hanya cocok untuk satu macam substrat saja atau sekelompok kecil substrat saja atau sekelompok kecil substrat yang susunanya hampir sama substrat yang susunanya hampir sama dan fungsinya samadan fungsinya sama
A B C DE1 E2 E3
E4
E5
Sfat EnzimSfat Enzim
Suhu: optimum 30 derajat celcius, minimum 0 0C, maksimum 40 o C
Logam, memacu aktifitas enzim: Mg, Mn, Co, Fe
Logam berat, menghambat aktivitas enzim: Pb, Cu,Cd, Ag, Hg (inhibitor)
pH, tergantung pada jenis enzimnya (pepsin aktif kondisi asam, amilase kondisi netral, tripsin kondisi basa)
Sifat EnzimSifat Enzim Konsentrasi substrat, substrat yang
banyak mula-mula memacu aktifitas enzim, tetapi kemudian menghambat karena: penumpukan produk (feed back effect)
Konsentrasi enzim, peningkatan konsentrasi enzim memacu aktifitasnya
Air, memacu aktifitas enzim Vitamin, memacu aktifitas enzim
Enzimes dapat berubah atau rusak Enzimes dapat berubah atau rusak oleh tempratur dan pH.oleh tempratur dan pH.
Faktor mempengaruhi aktifitas Faktor mempengaruhi aktifitas EnzimEnzim
Figure 5.6
pH and Temperature pH and Temperature DependenceDependence
Enzim masing2 mempunyai pH dan temperature Enzim masing2 mempunyai pH dan temperature optimumsoptimums Pikirkan dimana enzim bekerja?Pikirkan dimana enzim bekerja? Contoh: Pepsin adalah aktif di lambung.Contoh: Pepsin adalah aktif di lambung.
bekerja aktif pada suasana pH asam dan 37°Cbekerja aktif pada suasana pH asam dan 37°C
Apa yang terjadi pada protein umumnya pada Apa yang terjadi pada protein umumnya pada pH/temperature yang ekstrim?pH/temperature yang ekstrim?
TemperaturTemperatur
Faktor mempengaruhi aktifitas Faktor mempengaruhi aktifitas EnzimEnzim
Figure 5.5a
pHpH
Faktor mempengaruhi aktifitas Faktor mempengaruhi aktifitas EnzimEnzim
Figure 5.5b
Substrate concentrationSubstrate concentration
Faktor mempengaruhi aktifitas Faktor mempengaruhi aktifitas EnzimEnzim
Figure 5.5c
Secara kinetik enzim bekerja Secara kinetik enzim bekerja menurunkan rintangan energi menurunkan rintangan energi
( E )( E )
EnzimEnzim
Figure 5.2
Kinetik Michaelis –Menten (( Kurva Enzim Kinetik Michaelis –Menten (( Kurva Enzim Saturasi)Saturasi)
Plot Dari Konsentrasi Substrat versus Reaksi Plot Dari Konsentrasi Substrat versus Reaksi VelocityVelocity
Michaelis and Menten, and later Briggs Michaelis and Menten, and later Briggs and Haldane used the scheme to drive a and Haldane used the scheme to drive a matematical expression :matematical expression :
Vmax (S)Vmax (S) V = --------------V = -------------- Km + (S)Km + (S) VV : Kecepatan: Kecepatan VmaxVmax: Kecepatan max: Kecepatan max (S) (S) : substrate concentration: substrate concentration KmKm : Michaelis constant: Michaelis constant
Inversion of the Michaelis – Menten Eq Inversion of the Michaelis – Menten Eq as rereciprocals on Lineweaver-Burk as rereciprocals on Lineweaver-Burk
plotplot
Fungsi LinierFungsi Linier
1 1 = = Km Km 1 1 + + 1 1
V Vmax (S) VmaxV Vmax (S) Vmax
Figure LINEWEAVER-BURK Figure LINEWEAVER-BURK PLOTPLOT
Vmax
1
Vmax
1
1
Vo
(S)
-1
Km
Slope=Km
Lineaer eq.
Enzim Inhibitor dibagi 2 Enzim Inhibitor dibagi 2 kelompok:kelompok:
1.Yang menyebabkan tidak aktifnya 1.Yang menyebabkan tidak aktifnya enzim Irreversible ( tidak bisa kembali enzim Irreversible ( tidak bisa kembali lagi)lagi)
Effek inhibitor dapat kembali lagi. Inhibitor Effek inhibitor dapat kembali lagi. Inhibitor biasanya menyebabkan tidak aktifnya biasanya menyebabkan tidak aktifnya modifikasi kovalen dari struktur enzim.modifikasi kovalen dari struktur enzim.
Contohnya: Cyanida sebagai Klasik Enzim Contohnya: Cyanida sebagai Klasik Enzim ireversible inhibitor, dimana terikat secara ireversible inhibitor, dimana terikat secara
Kovalen pada Cytochrome Oxidase Kovalen pada Cytochrome Oxidase mitokondria. Dimana akan menghambat mitokondria. Dimana akan menghambat semua semua
Reaksi yang berhubungan dengan Reaksi yang berhubungan dengan transport elektron.transport elektron.
2.Reversible Inhibitor2.Reversible Inhibitor
a.Noncompetitive Inhibitora.Noncompetitive Inhibitor b.Competive Inhibitorb.Competive Inhibitor c.Uncompetitive Inhibitorc.Uncompetitive Inhibitor Plot Lineweaver- Burks Enzim Plot Lineweaver- Burks Enzim
Inhibited (dihambatInhibited (dihambat ) )
Penghambatan aktifitas fungsional enzim ada tiga tipe
1. Kompetitif: zat penghambat memp struktur yg mirip dengan substrat sehingga dapat bergabung dgn sisi aktif enzim. Terjadi kompetisi antara substrat dengan
inhibitor untuk bergabung dgn sisi aktif enzim (misal feed back effect)
2. Non kompetitif: zat penghambat menyebabkan struktur enzim rusak sehingga sisi aktifnya tidak cocok lagi dgn substrat
3. Unkompetitif : enzim dan inhibitor masing2 bekerja sendiri2 tetapi dpt mengubah bbrp parameter enzim
Inhibition of enzymeInhibition of enzyme1. Competitive inhibition1. Competitive inhibition Slope, Km and Vmax ??? Slope, Km and Vmax ???
Vmax
1
Vmax
1
1
Vo
(S)
-1
Km
Slope=Km
Slope increases
Competitive Competitive inhibitioninhibition
Faktor mempengaruhi aktifitas Faktor mempengaruhi aktifitas EnzimEnzim
Figure 5.7a, b
2. Noncompetitive Inhibition 2. Noncompetitive Inhibition Km, Vmax and Slope decrease or Km, Vmax and Slope decrease or increase ???increase ???
Vmax
1
Vmax
1
1
Vo
(S)
-1
Km
Slope=Km
Slope increases
new line after inhibition
Noncompetitive inhibitionNoncompetitive inhibition
Faktor mempengaruhi aktifitas Faktor mempengaruhi aktifitas EnzimEnzim
Figure 5.7a, c
3.Uncompetitive inhibition3.Uncompetitive inhibition Slope, Km and Vmax ?? Change/ no Slope, Km and Vmax ?? Change/ no change change
Vmax
1
Vmax
1
1
Vo
(S)
-1
Km
Slope=Km
new line after inhibition
Slope no change
Feedback Feedback inhibitioninhibition
Faktor mempengaruhi aktifitas Faktor mempengaruhi aktifitas EnzimEnzim
Figure 5.8
Enzim Regulasi I:Hasil akhir Enzim Regulasi I:Hasil akhir InhibisiInhibisi
Hasil akhir dari produk ini akan Hasil akhir dari produk ini akan menghambat yang tahap awal. Sering menghambat yang tahap awal. Sering pada jalur metabolik Contoh -- Heme pada jalur metabolik Contoh -- Heme menghambat ALA Synthasemenghambat ALA Synthase
Enzyme Regulation II:Enzyme Regulation II:AllosteryAllostery
Terikat pada sebuah Terikat pada sebuah molekul ke protein molekul ke protein yang menyebabkan yang menyebabkan suatu konformasi. suatu konformasi.
Perubahan yang Perubahan yang modifikasi fungsi modifikasi fungsi protein.protein.
Contoh:Contoh: Phosphofructokinase Phosphofructokinase
II
Enzim Regulasi III:Enzim Regulasi III:Interaksi Protein-ProteinInteraksi Protein-Protein
Protein Kinase AProtein Kinase A Dua heterodimers dari Dua heterodimers dari
subunit Katalitik & subunit Katalitik & RegulatoryRegulatory
Bentuk Inaktive.Bentuk Inaktive. MekanismeMekanisme
Ikatan dari cAMP ke Ikatan dari cAMP ke subunit R .subunit R .
cAMP adalah messenger cAMP adalah messenger sekunder diregulasi oleh sekunder diregulasi oleh “signal transduction “signal transduction pathways”pathways”
C subunits dilepasC subunits dilepas R subunits yang aktifR subunits yang aktif
Enzim Regulasi IV:Modifikasi Enzim Regulasi IV:Modifikasi KovalenKovalen
Dua Modifikasi umum Dua Modifikasi umum adalahadalah:: Phosphorilasi.Phosphorilasi. Acetilasi.Acetilasi.Perubahan struktur Perubahan struktur
protein dan dapat protein dan dapat menginduksi bentuk menginduksi bentuk aktif dan inaktif, aktif dan inaktif, tergantung pada tergantung pada Enzim. Enzim.
Contoh:Contoh: Glycogen Glycogen
PhosphorylasePhosphorylase
Enzim Regulasi V:ProteolisisEnzim Regulasi V:Proteolisis Strategi umum Strategi umum
untuk pencernaan. untuk pencernaan. Melindungi Cell Melindungi Cell
pancreatik/Lambunpancreatik/Lambung dari enzim kuat.g dari enzim kuat. Contoh: Contoh:
ChymotrypsinogenChymotrypsinogen Precursors Khas Precursors Khas
dikenal dengan: dikenal dengan: “Zymogens”“Zymogens”
The future.