Biokimia Enzim

BIOKIMIA ENZIM

Dr. Retno Sintowati

ENZYMES

Pendahuluan (overview) Enzyme Specificity Kofaktor Enzim Enzyme Nomenclature Lock and Key

Enzyme-Substrate Complex Induced Fit Theory

Cara Kerja Enzim Conditions Affecting the Actions of Enzymes Inhibitor Enzim Isozim/Isoenzim Regulation of Enzymatic Activity

PENDAHULUAN

Organisme hidup rangkaian reaksi biokimia peran enzim

Enzim : biokatalisator yg mengatur kecepatan berlangsungnya semua proses fisiologis

Hampir semua dr 2000/ lebih enzim yg diketahui merupakan protein globular

Aktivitas katalitiknya bergantung pd integritas struktur sbg protein

Contoh : Jika enzim dididihkan dg asam

kuat/diinkubasi dg tripsin (perlakuan yg memotong rantai polipeptida) aktivitas katalitiknya akan hancur pentingnya struktur kerangka primer protein enzim

Jika struktur berlipatnya rantai protein yang khas dr enzim diubah (oleh panas, pH extrim, senyawa perusak ) aktivitas katalitiknya juga lenyap jadi struktur primer, sekunder dan tertier protein juga penting bagi aktivitas katalitiknya.

KESPESIFIKAN ENZIM

Enzymes are highly specific both in the reactions they catalyze and in the compounds (reactants/substrates)

on which they actContoh : enzim proteolitikMengkatalisis hidrolosis ikatan peptidaEnzim2 proteolitik berbeda tingkat

spesifisitas substratnya, misalnya : SUBTILIN pd bakteri tdk bedakan ik. peptida yg akan

diputus TRIPSIN memutus ik. pep pd sisi karboksil

arginin/lisin TROMBIN memutus ik.pep antara arginin dan glisin

KOFAKTOR ENZIM

Dlm fungsinya sbg katalisator suatu reaksi kadang enzim cukup mengandalkan struktur proteinnya, tp. kadang enzim butuh senyawa lain yang bukan protein yang disebut KOFAKTOR

Yg termsk kofaktor : GUGUS PROSTETIK : GUGUS YG MEMBENTUK IKATAN

KOVALEN DG ENZIM & TDK MDH TERLEPAS DR ENZIM. KOENZIM : KOFAKTOR YG MUDAH TERDISOSIASI & DPT

DIPISAHKAN DR ENZIM DG CARA DIALISIS. (sebag besar turunan dr vit B, mis : vit B2 FAD, FMN; asam pantotenat Koenzim A; Niasin NAD, NADP)

AKTIVATOR : UMUMNYA ION LOGAM YG DPT TERIKAT / MUDAH LEPAS DARI ENZIM (mis. Mn, Mg, Cu)

Kompleks enzim-kofaktor disebut Holoenzim,Jika kofaktornya diambil, disebut Apoenzim

BEBERAPA ENZIM YG MEMERLUKAN ION LOGAM

Kofaktor : Zn2+

Mg2+

Mn2+ Fe2+/Fe3+

Cu2+ K+ Ni2+ Mo Se

Enzim : Dehidrogenase alkohol

Anhidrase karbonat

Polimerase DNA Heksokinase

6-fosfatase glukosa Arginase Sitokrom,

Peroksidase,Katalase Oksidase sitokrom Kinase piruvat Urease Reduktase nitrat Peroksidase glutation

BEBERAPA CONTOH KOENZIM DAN FUNGSI

NAD NADP FMN FAD Koenzim Q Tiamin pirofosfat Koenzim A Lipoamid Koenzim kobamid Biositin Piridoksal fosfat Koenzim tetrahidrofolat

Atom hidrogen (elektron) Atom hidrogen (elektron) Atom hidrogen (elektron) Atom hidrogen (elektron) Atom hidrogen (elektron) Aldehid Gugus asil Gugus asil Gugus alkil Karbon dioksida Gugus amino Gugus metil, metilen,

formil,formimino

ENZYMES

Enzymes are PROTEIN CATALYSTS Komplex protein besar yg disusun oleh satu /

lebih rantai polypeptida In Vivo disebut sbg enzyme. Diluar tubuh disebut katalis. Mengendalikan laju reaksi kimia yg tjd di dlm sel,

jaringan dan organ. Setiap reaksi kimia yg tjd dlm sistem biologik

membutuhkan bantuan enzim spesifik.

Catalyst: A substance that changes the speed of a chemical reaction without itself undergoing a permanent chemical change in the process

4 KATA KUNCI

AktifInteraksi spesifik dr enzim dg molekul tertentu (substrat ) menyebabkan pengaktifan molekul tsb dan mengakibatkan perubahan struktur kimianya.

Katalis Protein

Ada makromolekul lain yg bukan protein, tp mpy kemampuan katalis tdk termsk dlm enzim.

Mis : Ribozim (ribonukleat-enzim) Spesifik

KATALIS

Dlm reaksi biokimia, reaktan bertubrukan dan masuk ke transition state this state is short and

rapidly breaks down to either products or reactants

Free energy (G) Free Energy of

Activation ( G = ) Free Energy

difference ( G)

WHAT IS HAPPENING...

Catalyst reduces amount of activation energy so the reaction occurs faster

Catalyst accelerates both the forward and reverse reactions and thus only increases the rate at which a reaction approaches equilibrium

ENZIM EKSTRASEL &ENZIM INTRASEL Enzim hanya disintesis oleh dan di dalam sel Sbg produk sel, enzim hy akan disintesis jk

sel mpy gen utk enzim tsb. Pd dasarnya enzim2 berada & bekerja

menjalankan fungsinya dalam sel , kecuali:1. Enzim-enzim pencernaan2. Enzim-enzim penggumpalan darah dan

pemecah bekuan darah3. Sistem pertahanan tubuh (antibodi, komplemen)

TATA NAMA ENZIM

Dulu penget. enzim msh sedikit substrat+ase( Amilase, Lipase, Urease) < praktis

Nama trivial( Steapsin lipid; Pepsin, Tripsin polipeptida )

International Union of Biochemestry (IUB) penggolongan enzim secara sistematis menjadi 6 kelas utama berdasar jenis reaksi yang dikatalisa, dg ketentuan umum sbb :1. Reaksi dan enzim yg mengkatalisisnya

membentuk 6 klas, masing2 klas mpy 4-13 subklas

LANJ. IUB

2. The official name of an enzyme has (2) parts First: names the substrates or the products of the

reaction Second: Designates the type of reaction

catalyzed +ase

3. Info tambahan, bila perlu utk menjelaskan reaksi, dpt dituliskan dlm tanda kurung dibag akhir.

L-malat+NAD+ piruvat+CO2+NADH+H+ Diberi nama :

1.1.1.37 L-malat : NAD+ oksidoreduktase (dekarboksilasi)

4. Setiap enzim mpy nomer code (EC) yg menandai tipe reaksi berkenaan dengan :

LANJ IUB 4.

- kelas (digit pertama)- subkelas (digit kedua)- sub subkelas (digit ketiga)- digit keempat adalah utk enzim spesifik

Contoh : Laktat dehidrogenase, bernomor 1.1.1.27

Artinya : Kelompok 1 : oksidoreduktase

Subkelompok 1. 1: gugus CH-OH sbg donor elektron

Sub subkelompok : 1.1.1 : NAD(P)+ sbg akseptor

PENGGOLONGAN ENZIM

1. Oksidoreduktase

2. Transferase

3. Hidrolase

4. Liase

5. Isomerase

6. Ligase

Pemindahan elektron Rx pemindahan gugus

fungsionil Rx hidrolisis (pemindahan

gugus fungsional ke molekul air)

Penambahan gugus ke ikatan ganda /sebaliknya

Pemindahan gugus di dlm molekul, menghasilkan bentuk isomer

Pembentukan ikatan : C-C, C-S, C-O, dan C-N oleh reaksi kondensasi yg berkaitan dg penguraian ATP

“LOCK AND KEY” THEORY

“Lock and Key” theory: simple analogy commonly used to explain the specificity of enzymes

A specific key will only open a specific lockThe key can be used over and over on the same

type of lock

ENZYME-SUBSTRATE COMPLEX Explains the specificity of enzyme action Substrates of an enzymatic reaction bind to a

specific site on the enzymeshape of that site is complementary to that of the substrates

Active Site: part of an enzyme to which the substrates bind (most cases: a pocket of groove in the surface of the protein)

ENZYME-SUBSTRATE COMPLEX DRAWING

EXAMPLES OF ACTIVE SITES

INDUCED FIT THEORY

Active site on enzyme not as rigid as “lock and key” model

As the substrate attaches to the enzyme’s active site, the site changes shape to fit the substrate improves the fit of the

active site to the substrate

brings catalytic groups into the correct position for action

MECHANISMS OF CATALYSIS

A large part of the catalytic power of an enzyme depends on its ability to lower the activation energy

To do so, an enzyme may provide an environment within the active site that favors the transitions state...or it may provide catalytic groups that allow the reaction to proceed via intermediates not part of the uncatalyzed reactionmany enzymes act as general acid-

base catalysts

MECHANISMS OF CATALYSIS

Polypeptides cannot by themselves catalyze all of the biologically important reactions. Use coenzymes and cofactors

KONDISI YANG MEMPENGARUHI AKTIVITAS ENZIM

Temperature pH Kadar enzim Kadar substrat Ada tidaknya senyawa inhibitor(Heavy Metal

Ions)

*everything that affect a protein affect an enzyme because ENZYMES ARE PROTEINS

ION-ION LOGAM BERAT

Dapat mengganggu aktivitas enzimatik Ketika berhadapandengansisi aktif enzim,

penggantian ion yang asli dengan ion logam berat akan mengakibatkan malfungsi dan denaturasi enzim

EXTREMES OF TEMPERATURE

Changes enzyme structure changes active site

prevents enzyme from attaching to substrate

The thermal agitation of the enzyme molecule disrupts the hydrogen bonds, ionic bonds, and other weak interactions within the protein molecule

In humans, enzymes have an optimum temperature of 37ºC

PH CHANGES ON ENZYME ACTIVITY

Extreme changes in pH values denature such ionisable enzymes rendering them ineffective within a narrow pH

range, enzyme structure changes reversibility, and each such enzyme was optimally at a specific pH

Optimal pH values for most enzymes 6-8 pH exception: I.e. digestive

enzymes in stomachs

INHIBITORS

Competitive InhibitorsCompete with substrate for the enzymesDo not affect Vmax

Raise the apparent Km

NONCOMPETITIVE INHIBITORS

Do not affect Km Lower Vmax

Slows down dissociation of ES

PENGATURAN ENZIM ada 4 JALUR :

1.Pengendalian alosterik (sisi lain)

2.Modifikasi kovalen yang reversibel

3.Aktivasi proteolitik

4.Stimulasi dan inhibisi oleh pengendali

-Mempunyai sisi lain selain katalitik -Enz pengatur yg berfx mell pengikatan non-kovalen -Contoh penghambatan balik alosterik : perub L-treonin menjadi L-isoleusin (enz dehidratase treonin pd bakteri)

L-treoninE2, E3, E4, E5

Inhibisi umpan balik

E1L-Isoleusin

Dehidratase treonin

Catatan : Isoleusin merup. penghambat spesifik. Isoleusin yg tdk berikatan dg sisi substrat tp dg sisi spesifik lain pd molekul enzim, yg disebut sbg SISI PENGATUR . Ikatan bersifat nonkovalen.

` Contoh lain :

Enz. Aspartat transkarbamoilase (ATC ase)

mengkatalisa biosintesis pirimidin

dihambat oleh sitidin trifosfat (CTP) Sifat2 enz im alosterik berbeda dari enzim2 biasa yg

bukan enzim pengatur. Bedanya :

1. Enzim alosterik memiliki sisi katalitik ( mengikat substrat) dan sisi pengatur (mengikat metabolit pengatur : modulator atau efektor)

2. Molekul enz alosterik umumnya lebih besar dan lebih kompleks dibanding enz biasa (2/> rantai polipeptida)

3. Enz. alosterik biasanya memperlihatkan penyimpangan nyata dari tingkah laku klasik Michaelis-Menten

Modulator ada 2 jenis:a. Modulator negatif / penghambat spesifik. Biasanya oleh molekul bukan substrat, shg enzimnya disbt enzim HETEROTROPIKb. Modulatorpositif / perangsang/pengaktif. Berperan sbg isyarat thd enzim utk mempercepat dirinya, seringkalimerupakan substratnya sendiri, shg enzimnya disbt enzim HOMOTROPIK.

Sisi katalitik

aktif

inaktif

ratio

+

fosforil

Aktivasi katalitik berubah

Perubahan ratio

Modifikasi

kovalen

(GLUKOSA )n

glikogen+ fosfat

Fosforilase glikogen (otot, hati)

(GLUKOSA)n-1

Rantai glikogen

diperpendek

+ glukosa 1-fosfat

BAKAL ENZIMZIMOGEN/ PROENZIM

Aktifasi sesekaliintermiten

Aktifasi cepat

Belum

aktif

Katalitik aktif

Proses proteolitis

terbatas

Membuat

Tempat

katalitik

1

Contoh : enz digestif (pepsin, tripsin), enz hemostasis dan fibrinolisis

Kimotripsinogen (245rantai) enzim yg aktf penuh jika ikatan peptida antara arginin15 dipisah dg isoleusin16 oleh tripsin

KIMOTRIPSINOGEN INAKTF

TRIPSIN

1 15 16 245

Л -kimotripsin

kalmodulinaktivasi

inaktivasikerja

Tergantung ion ca++

4 tempat

Pengikatan ca++α-antitripsin

•Suatu protein plasma 53-kd

•Melindungi jar dari Elastase (rusaknya serat ellastin) alveoli paru atau dikenal dg EMFISEMA

ISOENZIM Mengkatalisis reaksi yang sama Sifat fisik dan kimia berbeda Diagnosa Contoh:

LDH 1 : H4 jantungLDH 2 : H3M jantungLDH 3 : H2M2LDH 4 : H1M3 (hati)LDH 5 : M4 (hati)

CPK BB=CK1 plg dominan di otakCPK MM =CK3 otot rangka dan otot jantungCPK MB =CK2 otot jantung

MUTASI GENETIK

Penyakit Enzim yang rusak

AlbinoAlkaptonuriaGalaktosemiaHomosistinuriaFenilketonuriaPenyakit Tay-Sachs

3 - monooksigenase tirosin1,2 – dioksigenase homogentisatUridilil transferase galaktosa 1- fosfatβ – sintase sistationin4 monooksigenase fenilalaninHeksosaminidase A

MAKNA KLINIS

Gangguan terhadap pembentukan enzym dan terhadap faktor-faktornya akan terjadi gangguan homeostasis tubuh

Diagnosis penyakit Toksikologi dan Farmakoterapi Biologi molekuler

STREPTOKINASE IN BREAKING DOWN BLOOD CLOTS

STREPTOKINASE can dissolve blood clots that form in the heart,

blood vessels, or lungs after a process, such as a heart attack

called a thrombolytic agent

can also dissolve blood clots that form in intravenous catheters tubing that goes into a vein for fluid exchange