ENZIM

Enzym adalah protein / sejumlah polypetida Mempunyai sifat-sifat protein Aktivitas katalitiknya datang pada

integrasi struktur proteinnya

*

Aktivitas terganggu / hilang : Perubahan pada :Struktur primairStruktur sekunderStruktur tertier

Dari proterin

Terjadi OK Panas pH yang menyimpang Perlakuan perusak yang lain

*

Aktfvitas enzym :

Katalisator stereo specifik Mengkatalisa jalur tunggal reaksi sehingga sel hidup dapat melangsungkan berbagai reaksi kimia secara serentak Beberapa reaksi enzymatis : Seny kompleks produk sederhana + E

- Seny sederhana- + E --------- Seny kompleks

*

Penamaan enzym :

1 Penambahan akhiran ase pada substrat

contoh Substrat : arginin

E : arginase

2 IUB

Menerangkan substrat

Tetap memakai akhiran ase pd jenis rks yg dikatalisa.

3 Tdk ada hubungannya dgn substrat dan

jenis reaksi yg dikatalisa

*

Tabel 9-3
Klasifikasi Enzim Secara Internasional, Berdasarkan Atas Reaksi Yang Dikatalisis

Kebanyakan Enzym mengkatalisa pemindahan electron, atom, atau gugus fungsional. Oleh karena itu, enzym diklasifikasikan, diberikan nomor kode/ sandi, dan ditentukan namanya menurut jenis reaksi pemindahan gugus pemberi dan gugus penerima. Terdapat enam kelas utama

*

NoKelasJenis Reaksi Yang Dikatalisa 1OksidoreduktasePemindahan electron 2Transferase Reaksi pemindahan gugus fungsionil 3HidrolaseReaksi hidrolisa4LiasePenambahan gugus ke ikatan ganda atau sebaliknya 5IsomerasePemindahan gugus di dalam molekul, menghasilkan bentuk isomer 6LigasePembentukan ikatan C-C, C-S, C-O, dan C-N oleh reaksi kondensasi yang berkaitan dengan penguraian ATP

*

PEMURNIAN ENZYM

Tujuan :Isolasi E dari ekstrak sel Memaksimalkan aktivitas ESumber : alami Sel-sel hewan Tanaman Bakteri

*

Klasifikasi enzim

Oxidoreductase mengkatalisa reaksi-reaksi redoksReductaseOxidase Transferase mentransfer gugus ke molekul lainTransaminase mengkatalisa pemindahan gugus aminoKinase memindahkan gugus fospat

*

Hydrolase memecah ikatan dengan penambahan airPhosphatasePeptidase Lipase Lyase pemindahan gugus untuk membentuk ikatan rangkap atau sebaliknyaDecarboxylaseSynthase

*

Isomerase mengkatalisa penataan kembali didalam molekulEpimeraseMutaseLigase mengkatalisa reaksi-reaksi pembentukan atau pemecahan ikatan C-C, C-S, C-O, or C-N

*

Metode :Pengendapan dengan berbagai conc garam

Contoh : Na2SO4

(NH4)2 SO4

Pengendapan dengan pelarut Pemanasan differensial Sentrifuge differensial Fitrasi gel

-- Elektroforesis

-- Denaturasi pH diferensial

Adsorpsi selektif Elusi protein dari zat penukar selulosa dan zat penukar kation.Chromatografi affinitas

*

Kadar Enzym :

Dalam sel sangat kecilKadar dapat dihitung; jika tahu kecepatan reaksiDinyatakan dalam unit aktifitas EIUB :

1 Unit aktifitas enzym sebagai jumlah yg menyebabkan pengubahan 1.0 mikromol substrat per menit pada 25 C pada keadaan pengukuran optimal.

*

Specifitas E-Substrat

Enzym specifik terhadap satu substrat tidak aktif terhadap substrat yang berbeda Specifitas absolut

Tak aktif pada mol yang mirip

Specifitas relatif luas

Aktif pada berbagai struktur yang mirip

Contoh :

Kimotripsin: Pada berbagai polypeptida dimana gugus karbonil berasal dari asam amino cincin aromatis

*

Kelas Specifitas Enzym

Absolut.E hanya bereaksi dgn satu substrat

Group.E mengkatalisa rks-rks yg melibatkan mol mol yg mempunyai gugus gugus yang sama.

Linkage.E mengkatalisa pembentukan atau pemutusan jenis ikatan tertentu

Stereo spesifik.E hanya berhubungan dgn satu dari 2 enantiomer

*

Specifitas konsep gembok kunci

Pada E

Sisi aktif atau sisi katalitik tempat E berikatan pada substrat Pada mol substrat Ikatan kimia yang specifik yang dapat diserang O EGugus fungsional, gugus pengikat yang berikatan dengan E

*

Model Gembok - Kunci

Pada model ini enzim dianggap sebagai gembok dan substrat sebagai kunci

Pada model ini tidak dapat terjadi perubahan komformasi enzim untuk mengakomodasi molekul substrat

*

Induced Fit Enzyme Model

Pada model induced fit E, active site dari E lebih fleksibel, sehingga dapat terjadi perubahan bentuk untuk mengakomodasi molekul substrak

*

COOHCOOH

+

CHH3N CH

HC CH2

COOHCOOH

As. Fumarat L. Aspartat

+NH4

Aspartase

+

*

COOH COOH

l + l

H C NH3 CH

l ll

CH2 CH

l l

COOHCOOH

D-Aspartat As. Maleat

*

E. Aspartase

Tak mengkatalisa rks penambahan ammonia ke asam tak jenuh yang lain.Sifat optik yang kaku-tidak bekerja pada D.Aspartat Specifitas geometrik

Tak bekerja pada As. Maleat

*

Tabel 9-1
Beberapa enzym mengandung atau memerlukan unsur anorganik sebagai kafaktor

Fe2+ atau Fe3+Oksidase sitokhrom KatalasePeroksidase Cu2+Zn2+Oksidase sitokhromPolimerase DNAAnhidrase karbonik Dehidrasi karbonik Dehidrogenase alkohol Mg2+Heksokinase 6-Fosfatase glukosa Mn2+Arginase K+Kinase piruvat (juga memerlukan Mg2+)Ni2+Urease MoReduktase nitrat Se Peroksidase glutation

*

Beberapa enzym memerlukan Ko enzym pada reaksi ezymatis yang dikatalisa
Ko enzym berfungsi sebagai pembawa sementara atom spesifik atau gugus fungsional

KoenzymAtom/gugus yang dipindahkanTiamin pirofosfat Aldehida FADAtom hidrogen NAD Ion hidrida Ko Enzym A Gugus asil Piridoksal fosfat Gugus amino Deoksi odenosin kobalmin Atom H dan gugus alkyBiositin CO2Tetrahidrofolat Gugus satu karbon lainnya

*

Faktor yang mempengaruhi kecepatan
RKS Enzymatis

1. Konsentrasi Sustrat

Kecepatan Maksimum (V maksimum), dimana enzym jenuh dengan substratnya dan tidak dapat bereaksi lebih cepat

pengaruh kejenuhan ini, diperlihatkan oleh semua enzym

*

Menurut : L. Michaelis & M. Menten

Reaksi I : E + S ES

(Awal) raksi ini berlangsung relatif cepat

Reaksi II : ES P + E

: tahap yang membatasi

kecepatan

V maksimum : ketika semua enzym terdapat sebagai kompleks ES, dan kons E bebas sangat kecil

*

Hubungan Conc Substrat Dengan Kecepatan Reaksi Enzymatis

Michaelis Menten : tetapan Km

Km = konsentrasi substrat tertentu pada saat enzym mencapai setengah kecepatan maksimumnya

Persamaam Michaelis Menten

*

Vo= Kecepatan awal pada konsentrasi substrat Vmaks = kecepatan maksimum Km = Tetapan Michaelis Menten bagi substrat Tiap E memiliki Km yang khas bagi substrat tertentu

*

Km beberapa Enzym
Tabel 9-4 Lehninger

Enzim SubsratKm Katalase Hidrogen Peroksida 25 Heksokinase ATP ,D-Glukosa 0,4 Anhidrase Karbonat Anion bikarbonat 0.05Khimotripsin Glisiltirosininglisin108Beta Galaktosidase D-Laktosa4.0 Dehidratase treonin L-Treonin 5.0

*

KINETIKA ENZYM

E meningkatkan kecepatan reaksi E tidak mengubah kesetimbangan reaksi E tidak berubah secara permanen E tidak habis oleh reaksi

BAGAIMANA ENZYM MENINGKATKAN KECEPATAN REAKSI KIMIA?

Reaksi bisa terjadi, Mol A memiliki energi internal

Energi ini, membawa mol A ke bentuk aktif atau tingkat transisi

*

Energi aktivasi : jumlah energi dalam satuan kalori, yang perlu untuk membawa 1 mol senyawa pada suhu tertentu menuju tingkat transisi

Kecepatan reaksi kimia sebanding dengan konsentrasi senyawa reaktan pada bentuk / keadaan transisi

Kecepatan (V) reaksi kimia akan sangat tinggi, jika sebagian besar mol A, berada pada keadaan transisi

Kecepatan (V) reaksi kimia, akan rendah, jika hanya sebagian kecil berada pada keadaan transisi

*

2. Cara Umum meningkat (V) Reaksi Kimia

Meningkat temperatur mempercepat gerak termal mol

Meningkat fraksi mol yang memiliki energi

Bentuk / keadaan transisi

Katalisator

mempercepat reaksi dengan menurunkan batas penghalang

Energi :

C = mol katalisator A : mol substrat

A bergabung dengan C AC

Mol AC memiliki energi aktivasi yang lebih rendah, dibanding dengan energi aktivasi untuk mol senyawa A tanpa katalisator

*

Kompleks AC bereaksi membentuk produk P

AC P + C

C bebas dapat lagi bergabung dengan mol A yang lain mengulangi siklus yang sama.

Dengan demikian; katalisator menurunkan energi aktivasi dan meningkatkan fraksi mol yang memasuki keadaan transisi

*

Gambar :
Katalisator menurunkan pembatasan energi aktivasi reaksi kimia, tanpa mengubah keseluruhan perubahan energi bebas reaksi atau letak kesetimbangan akhir. Pada puncak pembatas energi aktivasi, terjadi keadaan transisi

(Gambar : Lehninger)

*

Kompleks Substrat -Enzym

Beberapa langkah reaksi pada Reaksi yang dikatalisa oleh Enzym

Langkah I mencakup pembentukan kompleks E-SE-S* adalah bentuk transisiE-P adalah komplek Enzym -Produk

*

Kemungkinan perubahan tipe pada transisi state

Enzim memberi tekanan pada satu ikatan untuk memfasilitasi pemecahan ikatan

*

Enzim kemungkinan membawa dua reaktan lebih dekat dan orientasi lebih baik

Enzim kemungkinan merobah pH dari microenvironment mendonorkan atau menerima H+

*

Isozim

Bentuk secara fisik berbeda,tapi aktivitas katalitik E yang sama.,terdapat dalam semua bentuk kehidupan dan jaringan.Pola Isozim yg berbeda dr E nonfugsional pada serum menunjukkan kerusakan pada jaringan tertentu manusia dan memberi informasi diagnostik dan prognostik.

*

Enzim Serum Diagnostik
Tabel 6-3 HARPER

Enzim Serum Manfaat Diagnostik utamaAST,SGOT Infark miokard ALT,SGPT Hepatitis virusAmilase Pakreatitis accuteSeruloplasmin Degenerasi hepatolentikularKreatin kinase Kelainan otot dan infark miokard Gamma glutamil transpeptidase Berbagai penyakit hati Laktat dehidrogenase (isozim) Infark miokard L-lipase Pankreatitis akut Asam fosfatase Karsinoma metastatik prostat

*

Tabel 9-5.pH optimum bbrp E
(Lehninger)

Enzim pH optimumPepsin 1.5 Tripsin 7.7 Katalase 7.6 Arginase 9.7 Fumarase 7.8 Ribonuklease 7.8

*

Faktor yg mendukung efisiensi katalitik Enzym

1.Letak dan orientasi substrat dalam hubungannya dengan gugus katalitik2.Tegangan dan terubahnya ikatan objek oleh dorongan penempatam E3.Katalisator umum asam basa.4.Katalisator kovalen

*

Metode yg digunakan organisme utk mengatur aktivitas E

1.Memproduksi E hanya jika substrat ada umumnya pd bakteri2.Enzym Allosterik3.Feedback Inhibitor4.Zymogen5.Modifikasi Protein.

*

Beberapa p.genetik msia yg berkaitan dgn rusaknya E ttt

PenyakitEnzim yang rusakAlbino3-monooksigenase tirosinAlkaptonuria dioksigenase homogentisatGalaktosemiaUridil transferase galaktosa 1-fosfatHomosistinuria b-sintase sistationinFenilketon uria 4-mono oksigenase fenilalaninP Tay -Sachs heksosaminidase A

*

Pro Enzyme

Enzym yang dibentuk dalam bentuk inactiveDirobah menjadi bentuk aktiv :

-proteolytik

-jika dibutuhkan dalam sel

contoh :pepsinogen,disintesa dan ditransportasi ke stomach,disini dirobah menjadi pepsin.

*

Diagram of Energy Difference Between Reactants and Products

The uncatalyzed reaction has a large activation energy, Ea, seen at left aboveIn the catalyzed reaction, above right, the activation energy has been lowered significantly increasing the rate of the reaction

*

19.3 The Effect of Substrate Concentration on Enzyme-Catalyzed Reactions

Rates of uncatalyzed reactions increase as the substrate concentration increasesRates of enzyme-catalyzed reactions show two stagesThe first stage is the formation of an enzyme-substrate complex This is followed by slow conversion to productRate is limited by enzyme availability

Uncatalyzed Enzyme-Catalyzed

Reaction Reaction

*

19.4 The Enzyme-Substrate Complex

These reversible reaction steps represent the steps in an enzyme catalyzed reaction

The first step involves formation of an enzyme-substrate complex, E-SE-S* is the transition stateE-P is the enzyme-product complex

*

Water-Soluble Vitamins and Their Coenzymes

*

19.8 Environmental Effects

The environment surrounding an enzyme can have a direct effect on enzyme functionEnzymes work best within a particular range of pH Extreme pH changes will denature the enzyme, destroying its catalytic ability Pepsin (stomach) Chymotrypsin (small intestine) have different optimum pHs

Top panel at right - a representative pH range

Bottom panel at right specific examples of pH ranges for 2 enzymes

*

Temperature Effects

An enzyme has an optimum temperature associated with maximal functionThe rate of an uncatalyzed reaction will increase proportionally with temperature increase Optimum temperature is usually close to the temperature at which the enzyme typically exists37oC for humansExcessive heat can denature a enzyme making it completely nonfunctional

*

19.9 Regulation of Enzyme Activity

One of the major ways that enzymes differ from nonbiological catalysts is in the regulation of biological catalysts by cells

Some methods that organisms use to regulate enzyme activity are:

Produce the enzyme only when the substrate is present common in bacteria

Allosteric enzymes

Feedback inhibition

Zymogens

Protein modification

*

Allosteric Enzymes

Effector molecules change the activity of an enzyme by binding at a second siteSome effectors speed up enzyme action (positive allosterism)Some effectors slow enzyme action (negative allosterism)

*

Feedback Inhibition

Allosteric enzymes are the basis for feedback inhibitionWith feedback inhibition, a product late in a series of enzyme-catalyzed reactions serves as an inhibitor for a previous allosteric enzyme earlier in the seriesIn this example, product F serves to inhibit the activity of enzyme E1Product F acts as a negative allosteric effector on one of the early enzymes in the pathway

*

19.11 Proteolytic Enzymes

Proteolytic enzymes cleave the peptide bond in proteinsThese enzymes break the peptide bonds that maintain the primary protein structureThese enzymes specificity depend on a hydrophobic pocketA cluster of hydrophobic amino acids brought together by the 3-D folding of the protein chainChymotrypsin cleaves the peptide bond at the carboxylic end of: Methionine Tyrosine Tryptophan Phenylalanine

*

Specificity of the Proteolytic Enzyme, Chymotrypsin

*

Proteolytic Enzymes
and Evolution

Pancreatic serine proteases are a category of enzymes which all hydrolyze peptide bondsAppear to have arisen through divergent evolution from a common ancestorSimilar primary structuresSimilar tertiary structuresDifferent specificities Each enzyme has a different pocket to fit the specificity for the side chains of their substratesDifferent keys fit different locks

19.9 Regulation of Enzyme Activity

*

)

(

)

(

S

Km

S

Vmak

Vo

+

=