Kuliah Enzim PSKG 2013

E N Z Y M

Sadakata Sinulingga

LEARNING OBJECTIVE

Setelah mengikuti perkuliahan ini, mahasiswa

mampu memahami :Nomenclature enzimSiafat-sifat enzimKinetics enzimMekanisme Kerja enzim

3

REFERENSI

Harper’s Illustrated Biochemistry. Murray, R.K; D.K. Granner; P.A; Mayes. V.W. Rodwell. 2003. Twenty-Seventh Edition. International Edition. Mcgraw-Hill Companies inc. Lange Medical Publication

PENDAHULUAN

4

METABOLISME :KATABOLISME

MOLEKUL YG LEBIH BESAR MOLEKUL YG LEBIH KECILGLUKOSA CO2 + H2O + ENERGI

ANABOLISME = SINTESISMOLEKUL YG LEBIH KECIL MOLEKUL YG LEBIH BESARGLUKOSA GLIKOGEN

MAKANAN DICERNA dalam saluran pencernaan

DIMETABOLISME dalam sel

ENZIMSEL JARINGAN ORGANISME

tersusun dari molekul2

REAKSI KIMIA

5

LETAK ENZIM DALAM SEL

- ENZIM MITOKONDRIAL : Reaksi pengadaan energi, reaksi oksidasi yang menghasilkan energi- ENZIM RIBOSOMAL : Reaksi biosintesis protein

ENZIM INTI : Berkaitan dengan perangkat genetika ENZIM LISOSIM : .Berkaitan dengan proses digestif intrasellular, .Destruksi hidrolitik bahan yang tak diperlukan sel Enzim mikrosomal : . Reaksi hidroksilasi dalam sintesis hormon steroid .Metabolisme dan inaktivasi obat

6

• LETAK ENZIM DALAM SEL– BERKAITAN DGN FUNGSI ORGANEL Ybs.– E. MITOKONDRIAL REAKSI PENGADAAN ENERGI

Reaksi oksidasi EnergiRantai respirasi dalam mitokondria

– E. RIBOSOMAL SINTESIS PROTEIN• KATALISATOR mempercepat reaksi

– IKUT SERTA DALAM REAKSI KIMIA & MEMPERCEPAT REAKSI KIMIA, TETAPI PD. AKHIR REAKSI AKAN DIDAPAT KEMBALI SEPERTI SEMULA

– DIBUTUHKAN DLM. JUMLAH KECIL

E +S

CELAH AKTIF

KOMPLEKS [ES] E

+P

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

9

KATALISATOR INORGANIK

1. H+, OH-, Pt2. E. aktivasi 3. -4. -

ENZIM

1. PROTEIN biokatalisator

2. E aktivasi 3. BEREAKSI

SPESIFIK4. TIDAK TAHAN

PANAS

10

Ea

Ea'

Ea''

Perjalananreaksi

E. le

vel

G

E. bebas

kead. transisi

tanpa katalisator

dgn katalisator inorg

dgn enzim

G = PerubahanE. bebas

kead. awal

kead. akhir

KLASIFIKASI & TATANAMA ENZIM

11

TATANAMA ENZIM IUBMB:NAMA ENZIM T.D. 2 BAGIAN:

Bgn. 1 NAMA SUBSTRATBgn. 2 JENIS REAKSI +

ASE

NomenklaturUmumnya nama:Contoh:

PhosphofructokinaseAcetylcholinesteraseDNA Polymerase

Secara Tradisional penamaan enzim ditambahkan. “ase”

Misal :Proteinase (enzim)

substrat Protein

Enzim pengendali glikolisis, memerlukan energi tubuh agar berjalan

Acetylcholinesterase bekerja memecah Acetylcholine menjadi Acetate dan Choline, enzim ini dapat dihambat insektisida maka Acetylcolie tdk pecah akibatnya menumpuk dan menyebabkan kontrakasi otot sampai kejang pada nyamuk mati

KELAS-KELAS ENZIM MENURUT IUBMB

14

ADA 6 KELAS (GOLONGAN) UTAMA :1. OKSIDOREDUKTASE :

MENGKATALISIS REAKSI OKSIDASI – REDUKSI.P.U. : ENZIM2 PD. PROSES OKSIDASI BIOLOGIS

PIRUVAT + NADH + H+ LAKTAT + NAD+

2. TRANSFERASE : MENGKATALISIS REAKSI2 PEMINDAHAN GUGUS FUNGSIONAL

(BUKAN HIDROGEN) MISAL AMINA, KARBOKSIL, METIL, ASIL DLL.S–G + S’ S’–G + S

-D-GLUKOSA+ATP -DGLUKOSA-6-P +ADP

3. HIDROLASE : MENGKATALISIS PEMUTUSAN IKATAN KOVALEN SAMBIL

MENGIKAT AIRContoh : Enzim - Amilase

- Lipase- Karboksi peptidase A

Laktat dehidrogenase

Mg++

HeksokinaseGlukokinase


15

Reaksi ––– -D-GALAKTOSIDA + H2O = suatu alkohol + D-galaktosa

4. LIASE (LYASE) : MENGKATALISIS REAKSI PEMBENTUKAN ATAU PEMECAHAN IKATAN RANGKAP

DUA, ATAU PEMBELAHAN LAIN YG. MENYANGKUT PENYUSUNAN KEMBALI ELEKTRON (MEMUTUS IKATAN KOVALEN TANPA MENGIKAT AIR)

Contoh : ALDOLASE : KETOSA-I-PALDOSA + DIHIDROKSI ASETON-P FUMARASE :

HO – CH – COOH H – C – COOH | = || + H2O CH2 – COOH HOOC – C – H

MALAT FUMARAT PIRUVAT DEKARBOKSILASE :

O O || ||– OOC – C – CH3 + H+ CO2 + H – C – CH3

PIRUVAT ASETALDEHID


16

5. ISOMERASE : MENGKATALISIS REAKSI ISOMERISASI.All Trans – retinin 11 – cis – retinin

6. LIGASE : MENGGABUNGKAN 2 MOLEKUL, DISERTAI PEMUTUSAN

IKATAN PIROFOSFAT PD. ATP ATAU SENYAWA SEJENIS (MENGKATALISIS PEMBENTUKAN IKATAN KOVALEN)

Mis : ~ PIRUVAT KARBOKSILASE :

O O || || – OOC – C – CH3 + CO2 – OOC – C – CH2 – COO –ATP ADP+Pi

PIRUVAT OKSALOASETAT

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 lipaseThioesterase : hidrolisa thioestersThiolase : - menggunakan thiol untuk membantu pembentukan thioester. Contoh: β-ketothiolase.Isomerase :- interkonversi dari isomer. contoh: aldose ke ketose; triose phosphate isomerase

19

MEKANISME KERJA ENZIM

ENZIM PROTEIN TERSUSUN DARI ASAM AMINO

ASAM AMINO DALAM LARUTAN SELALU berbentuk ion tergantung pH larutan

R - C - COOH RUMUS UMUM ASAM AMINO I NH2

AKTIVITAS KATALITIK ENZIM ERAT HUBUNGANNYA DENGAN STRUKTUR ENZIM (PROTEIN)

Contoh-contoh aktifitas enzim yang umum

KinaseSerine/Threonine

(rantai samping protein tdk aktif)

TyrosinePhosphatase (Pi

posfat di lepas) Serin pada sisi

aktif H diganti PO4 memerlukan 1 ATP

Susunan enzimKomponen utama enzim adalah protein Protein yang sifatnya fungsional

(bergerak dalam cairan sel), bukan protein struktural(ada dalam jaringan –terikat)

Tidak semua protein bertindak sebagai enzim contoh Albumin,Globulin.

Enzim

Protein Enzim protein sederhana

Protein +Bukan Protein

Protein = apoenzim

Enzim Konjugasi

Bukan protein =Gugus prostetik

Organik =Koenzim

Anorganik = kofaktor

Apoenzim adalah protein yang belum sebagai enzim berfungsi bila ada koenzim (vitamin) atau kofaktor (logam) Mg, Zn, Co dsb.

Heksokinase pada metabolisme Karbohidrat harus ada kofaktor Mg.

Enzim

Katalisator BiologisSpecifik untuk Reaksi Kimia; Tidak habis dipakai

dalam reaksi, jadi setelah reaksi enzim kembali lagi kebentuknya.

Apoenzime: proteinKofaktor: Komponen Nonprotein

Coenzyme: Kofaktor OrganikHoloenzime: Apoenzime + kofaktor

Lock and Key Teori FisherApoenzim tdk cocok dgn substrat dgn adanya koenzim jadi cocok (aktif)

Figure 5.3

Active side of enzyme1. Fisher Theory : Lock and Key

Tanpa koenzim mis Acetylcholine,

E-Ko pakai ko enzim. S2 kofaktor/koenzim msk dari sisi yg jauh dari sisi aktif dan akhirnya sisi aktifnya sesuai substratnya sehingga reaksi berjalan.

2. Induced fit KhoslandAda muatan – perubahan konformasi. Lysin dan metionin pada sisi aktif ketarik. Enzim allosteric (enzimk pengendali jalur reaksi)dipengaruhi dari jauh. Terjadi tarik menarik ion yg berlawanan.

Gugus hidrofobik dan gugus bermuatan (warna biru) sama-sama terlibat dalam pengikatan substrat ( gugus pengikatan )

Gugus fosfoserin (-P) dan residu sistein (-SH) terlibat dalam proses katalisis( gugus katalitik )

Lys dan Met tidak terlibat prosesKeadaan tanpa (S) gugus gugus katalitik dan

gugus pengikatan substrat terpisah dengan jarak beberapa ikatan

Mendekatnya substrat (S) menimbulkan perubahan konformasi protein enzim yang menyusun gugus pengikatan substrat dan katalitik

Pada saat yang sama daerah lain juga berubah, residu Lys dan metionin mendekat

Kecepatan reaksi enzimThe turnover number is generally 1-10,000

molecules per second.

Figure 5.4

Contoh koenzim

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

Oksidasi-reduksiKeadaan tereduksi ATP akan teroksidasi

ADP teroksidasi lanjut AMP Posfat terlepas satu -- > tereduksi

EnzimEnzim dibentuk dalam protoplasma selEnzim beraktifitas di dalam sel tempat

sintesisnya (disebut endoenzim) maupun di tempat yang lain diluar tempat sintesisnya (disebut eksoenzim)

Sebagian besar enzim bersifat endoenzimUmumnya ada dalam sel, kalau ada di luar

sel menunjukkan ada sel yg rusak. Banyak yg rusak patologis (enzim dalam darah meningkat)– SGOT, SGPT meningkat

Enzim pada Diagnosa Patologis

1.Khas Enzim pada Hati yaitu AST (SGOT= Serum Glutamat Oxaloasetat Amino transferase), & ALT (SGPT =Serum Glutamat-piruvate Transminase) SGPT banyak dijumpai di hepatosit.. ;

Normal rasio SGPT/SGOT kurang dari 1

2..LDH ( Lactate Dehydrogenase) bila ada kenaikan dalam 12-24 jam yaitu pada Kelainan Infark Jantung . Lalu kembali normal pada hari ke 5-10.

3..CPK ( Creatine Phosphokinase atau CK) terutama dijumpai pada Otot Jantung, otot Rangka dan juga otak Jadi Pemeriksaan ini baik untuk mengetahui bila ada kelaianan, Pada organ Otot Jantung, otot rangka dan otak. CPK-MB levelnya meningkat pada 3-6 jam serangan Infark jantung dan mencapai puncak 12-24 jam, normal kembali bila tidak ada kerusakan lebih lanjut 12-48 jam.

PENGUKURAN KADAR ENZIM DLM. PLASMA

35

ENZIM PLASMA FUNGSIONAL

(YG. BERFUNGSI DLM. PLASMA)

MIS. : ENZ.2 PROSES PEMBEKUAN

DARAH LIPOPROTEIN LIPASE

KADAR : GANGGUAN PROSES SINTESIS

DI HATI / (-) : KELAINAN GENETIK

DEFISIENSI F VIII : HEMOFILIA

ENZIM PLASMA NON FUNGSIONAL(YG. BERFUNGSI DI JARINGAN

LAIN, TIDAK DLM. PLASMA)

N : PERGANTIAN SEL (SEL MATI DIGANTI SEL BARU)

DIFFUSI PASIF

: SEL MATI RADANG Ca TRAUMA PENYAKIT GENETIK

(CONTOH: DMD)

UNTUK MEMBANTU DIAGNOSIS

GEN : SUATU SEGMEN DNA YG. BERISI INFORMASI/KODEGENETIK SUSUNAN ASAM AMINO, SUATU RANTAI POLI-PEPTIDA/PROTEIN mRNA POLPEPTIDA/PROTEIN

Sifat 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 dll

4. Enzim dapat dipacu maupun dihambat aktifitasnya

5. Enzim merupakan biokatalisator yang dalam jumlah sedikit memacu laju reaksi tanpa merubah keseimbangan reaksi

6. Enzim tidak ikut terlibat dalam reaksi, struktur enzim tetap baik sebelum maupun setelah reaksi berlangsung

7. Enzim bermolekul besar8. Enzim bersifat khas/spesifik

Dipacu dinaikkan kons substrat atau temp dinaikkan

Dihambat diberi inhibitorKhas/spesifik hanya satu reaksi yg

spesifik kalau redoks akan bekerja di redoks saja.

Spesifik: hanya cocok untuk satu macam substrat saja atau sekelompok kecil substrat yang susunanya hampir sama dan fungsinya sama

A B C DE1 E2 E3

E4

E5

Enzim

Suhu: optimum 30 C, minimum 0 C, maksimum 40 C

Logam, memacu aktifitas enzim: Mg, Mn, Co, FeLogam 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)

Faktor mempengaruhi aktifitas Enzim

Temperatur

Figure 5.5a


pH

Figure 5.5b


Substrate concentration

Figure 5.5c

EnzimKonsentrasi 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 enzimVitamin, memacu aktifitas enzim


Enzimes dapat berubah atau rusak oleh tempratur dan pH. Tetramer terurai

Figure 5.6

pH and Temperature Dependence

Enzim masing2 mempunyai pH dan temperature optimumsPikirkan dimana enzim bekerja?Contoh: Pepsin adalah aktif di lambung.

bekerja aktif pada suasana pH asam dan 37°C

Apa yang terjadi pada protein umumnya pada pH/temperature yang ekstrim?

Secara kinetik enzim bekerja menurunkan rintangan energi

( E )

Enzim

Figure 5.2

Kinetik Michaelis –Menten (( Kurva Enzim Saturasi)Plot Dari Konsentrasi Substrat versus Reaksi Velocity

Michaelis and Menten, and later Briggs and Haldane used the scheme to drive a matematical expression :

Vmax (S) V = -------------- Km + (S) V : Kecepatan Vmax : Kecepatan max (S) : substrate concentration Km : Michaelis constantKm = 1(s) – V = V max (s)/(s) (s) = ½ V max.Km 6 s – V = 1/6 V max ( substrat boros,

enzim boros dan kecepata rendah.

50

BILA [S] Km , MAKA V BERBANDING LURUS DENGAN (S)

BILA [S] = Km , SEHINGGA V = 1/2 VMAX

BILA [S] Km , MAKA V = VMAX

51

HARGA Km MENUNJUKKAN AFFINITAS (DAYA IKAT)

ENZIM TERHADAP SUBSTRAT APABILA SUATU ENZIM BEKERJA

TERHADAP LEBIH DARI 1 MACAM SUBSTRAT HARGA Km UNTUK MASING-MASING SUBSTRAT BERBEDA, CONTOH : ENZIM HEKSOKINASE

52

ENZIM HEKSOKINASE :SUBSTRAT Km (mM)Glukosa 0,15Fruktosa 1,15

ARTINYA HEKSOKINASE MEMPUNYAI AFFINITAS TERHADAP GLUKOSA LEBIH BESAR DARIPADA TERHADAP FRUKTOSA

Inversion of the Michaelis – Menten Eq as rereciprocals on Lineweaver-Burk plot Fungsi Linier 1 = Km 1 + 1 V Vmax (S) Vmax

Figure LINEWEAVER-BURK PLOTMenggambarkan kalau ada inhibitor

Vmax

1

Vmax

1

1

Vo

(S)

-1

Km

Slope=Km

Lineaer eq.

Enzim Inhibitor dibagi 2 kelompok: 1.Yang menyebabkan tidak aktifnya

enzim Irreversible ( tidak bisa kembali lagi)

Effek inhibitor dapat kembali lagi. Inhibitor biasanya menyebabkan tidak aktifnya modifikasi kovalen dari struktur enzim.

Contohnya: Cyanida sebagai Klasik Enzim ireversible inhibitor, dimana terikat secara

Kovalen pada Cytochrome Oxidase mitokondria. Dimana akan menghambat semua Reaksi yang berhubungan dengan transport elektron.

2.Reversible Inhibitor a.Noncompetitive Inhibitor b.Competive Inhibitor c.Uncompetitive Inhibitor Plot Lineweaver- Burks Enzim

Inhibited (dihambat )

Penghambatan aktifitas fungsional enzim reversibel 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 enzyme

1. Competitive inhibition (etanol dan metanol

berkompetesi thdp enzim yg sama)

Slope, Km and Vmax ??? ( Parameter2 enzim)( slope dan Km berubah, yg tdk berubah V max)

Vmax

1

Vmax

1

1

Vo

(S)

-1

Km

Slope=Km

Slope increases


Competitive inhibition

Figure 5.7a, b

2. Noncompetitive Inhibition (Aspirin inhibitor pada enzym Cyclooksigenase (cox 1)

Km, Vmax and Slope decrease or increase ???(Slope dan V max berubah. Km tdk berubah.)

Vmax

1

Vmax

1

1

Vo

(S)

-1

Km

Slope=Km

Slope increases

new line after inhibition

Faktor mempengaruhi aktifitas EnzimNoncompetitive inhibition

Figure 5.7a, c

3.Uncompetitive inhibition Slope, Km and Vmax ?? Change/ no change (slope tdk berubah karena sejajar, yg berubah Km dan V max)

Vmax

1

Vmax

1

1

Vo

(S)

-1

Km

Slope=Km

new line after inhibition

Slope no change


Feedback inhibition

Satu jalur reaksi substrat dan enzim ( 4) ada produk akhir. Produk akhir menghambat enzim diatasnya secara non kompetitif sehingga sisi aktifnya berubah bentuk sehinga jalur tdk

berjalan.Figure 5.8

The future.

Kuliah Enzim PSKG 2013

Documents