BAB V ENZIM. Dr. Gunawan Pamudji Widodo, M.Si., Apt. Dr. Rina Herowati, M.Si., Apt.

Transkripsi

1 BAB V ENZIM Dr. Gunawan Pamudji Widodo, M.Si., Apt. Dr. Rina Herowati, M.Si., Apt.

2 DAFTAR ISI BAB V : ENZIM Halaman 1. Pengantar Tujuan Instruksional Umum Tujuan Instruksional Khusus Kegiatan Belajar 4.1 Kegiatan Belajar I : ENZIM SEBAGAI TARGET KERJA OBAT Uraian 5.2 Rangkuman 5.3 Tes Formatif Umpan Balik dan Tindak Lanjut Kegiatan Belajar II : ENZIM MANUSIA Uraian 5.5 Rangkuman 5.9 Tes Formatif Umpan Balik dan Tindak Lanjut Kegiatan Belajar III : ENZIM MIKROORGANISME PATOGEN / SEL KANKER Uraian 5.12 Rangkuman 5.13 Tes Formatif Umpan Balik dan Tindak Lanjut Referensi Kunci Jawaban Tes Formatif 5.15

3 ENZIM 1. Pengantar Farmakologi Molekuler merupakan mata kuliah yang mempelajari aksi obat pada tingkat molekuler, meliputi berbagai molekul biologis sebagai target obat, interaksi dengan obat serta efek yang dihasilkan. Mata kuliah ini memerlukan pengetahuan dasar tentang biologi molekuler dan reaksi-reaksi biokimia. Pada bab ini akan dibahas tentang berbagai jenis enzim, termasuk enzim manusia dan enzim mikroorganisme patogen (bakteri, virus, jamur dan parasit) serta tinjauan farmakologi molekuler obat-obat yang bekerja pada enzim. 2. Tujuan Instruksional Umum Dengan mempelajari buku ini, diharapkan mahasiswa dapat memahami dan menjelaskan tentang aksi obat pada tingkat kompleksitas organisasi, konsep reseptor, interaksi obat-reseptor, reseptor enzim, neurotransmitter, efek dan mekanisme kerja obat dan pada neurotransmiter, hormon. 3. Tujuan Instruksional Khusus Setelah mempelajari bab ini mahasiswa dapat menjelaskan tentang enzim dan enzim sebagai target aksi obat, baik enzim dalam tubuh manusia maupun enzim dalam mikroorganisme patogen 5.1

4 4. Kegiatan Belajar 4.1. Kegiatan Belajar 1 ENZIM SEBAGAI TARGET KERJA OBAT Uraian Enzim merupakan protein yang berperan sebagai katalisator berbagai reaksi kimia dan biokimia dalam tubuh. Obat dapat memproduksi efek terhadap reaksi enzim, dengan cara: kompetisi substrat dan modifikasi enzim (reversibel atau ireversibel). Tabel 1. Contoh enzim di dalam tubuh manusia Substrat Enzim Produk Inhibitor Penggunaan Asetilkolin Asetilkolinester Kolin, Neostigmin Miastenia gravis, ase asetat untuk mengembalikan blok neuromuskular Arakhidonat Siklooksigenase Prostanoid Asetosal Penyakit jantung dan inflamasi Angioten- sin (AT) I AT enzyme converting AT II Captopril Hipertensi, gagal jantung, post infark Hipoxantin Xantin oksidase Asam urat Alopurinol Gout HMG-CoA HMG-CoA Asam Simvastatin Menurunkan kolesterol reductase mevalonat darah 5.2

5 Tabel 2. Contoh enzim di dalam tubuh parasit atau sel tumor Substrat Enzim Produk Inhibitor Penggunaan Folat Dihidrofolat Tetra Trimetoprim Antibakteri reductase hidrofolat Timidin Viral reverse transcriptase Zivozudine Infeksi HIV Deoksiribo nukleotida DNA polimerase DNA Sitarabin Antikanker Rangkuman Enzim merupakan protein yang berperan sebagai katalisator berbagai reaksi kimia dan biokimia dalam tubuh. Contoh enzim sebagai target obat dalam tubuh manusia adalah asetilkolinesterase, siklooksigenase, xantin oksidase, angiotensin converting enzyme, HMG-CoA reduktase, dan lain-lain. Contoh enzim sebagai target obat dalam tubuh parasit atau sel kanker adalah dihidrofolat reduktase, viral reverse transcriptase, DNA polimerase Test Formatif 1 1. Obat dapat memproduksi efek terhadap reaksi enzim, dengan cara: A. Memodifikasi enzim C. Memodifikasi substrat B. Berkompetisi dengan substrat D. A dan B benar 2. Neostigmin merupakan contoh inhibitor enzim: A. Asetilkolin esterase C. Siklooksigenase B. Xantin oksidase D. HMG-CoA reduktase 3. Contoh obat yang bekerja menghambat enzim xantion oksidase adalah: A. Asetosal C. alopurinol B. Captopril D. Fisostigmin 4. Penghambatan terhadap enzim pengkonversi angiotensin ditujukan untuk terapi: A. Artritis rhematoid C. Gout B. Hipertensi D. Hiperlipidemia 5.3

6 5. Contoh obat yang bekerja terhadap enzim pengkonversi angiotensin adalah: A. Nifedipin C. verapamil B. Alopurinol D. Captopril Umpan Balik dan Tindak Lanjut Cocokkanlah jawaban anda dengan kunci jawaban test formatif 1 yang ada di bagian akhir bab ini. Berdasarkan jumlah jawaban benar dapat diketahui tingkat penguasaan yang anda capai: 5 jawaban benar = baik sekali 4 jawaban benar = baik 3 jawaban benar = cukup < 3 jawaban benar = kurang Kalau anda mencapai tingkat penguasaan baik atau baik sekali anda dapat meneruskan kegiatan belajar selanjutnya. Tetapi kalau cukup atau kurang anda harus mengulang terutama bagian yang belum anda kuasai. 5.4

7 4.2. Kegiatan Belajar 2 ENZIM MANUSIA Uraian A. Enzim Siklooksigenase Enzim siklooksigenase disebut juga Prostaglandin H2 synthase (PGHS). Terdiri dari isoenzim COX-1 dan COX-2. COX adalah enzim yang mengkatalisis konversi asam arakhidonat menjadi mediator lipid yang sangat aktif, yaitu prostaglandin (PG) dan tromboksan (TX). PG dan TX terlibat dalam berbagai proses patofisiologis, meliputi: Induksi respon inflamasi vaskuler (yang merupakan respon dari kerusakan jaringan atau infeksi); demam dan persepsi nyeri, Haemostatis Sitoproteksi mukosa lambung Regulasi ginjal Gambar 1. Skema induksi inflamasi 5.5

8 Gambar 2. Skema reaksi biosintesis prostanoid Tabel 3. Aksi berbagai prostanoid Prostanoid PGE2 PGI2 PGF2α PGD2 Efek Vasodilatasi, menghambat agregasi platelet, penurunan sekresi gastrik, bronkodilatasi, hiperalgesia, demam, kontraksi intestinal dan otot polos uterus (Mediator inflamasi, demam, nyeri, perlindungan mukosa lambung) Vasodilatasi, menghambat agregasi platelet, penurunan sekresi gastric, bronkodilatasi, hiperalgesia. (Mediator nyeri, perlindungan mukosa lambung, anttrombogenik) Vasodilatasi/vasokonstriksi, bronkokonstriksi, kontraksi intestinal dan otot polos uterus menghambat agregasi platelet (penting untuk ovulasi dan proses persalinan) Vasodilatasi, penghambatan gregasi platelet, menurunkan demam, relaksasi otot polos saluran cerna TXA2 Peningkatan tekanan darah, agregasi platelet, vasokonstriksi, bronkokonstriksi (penting untuk haemostatis) 5.6

9 Penghambatan terhadap COX dapat meringankan berbagai gejala penyakit, terutama penyakit sambungan sendi, seperti artritis rematoid. Tetapi penghambat COX dapat menyebabkan efek samping yang berkaitan dengan penghambatan fungsi fisiologis, seperti toksisitas terhadap saluran cerna. Contoh inhibitor COX non-selektif : NSAID (asetosal, parasetamol, asam mefenamat, ibuprofen, dan lain-lain). Sedangkan penghambatan selektif terhadap COX-2 oleh golongan coxib (celexocib, dan lain-lain) memberikan efek samping terhadap saluran cerna yang lebih ringan. Gambar 4. Penghambatan selektif terhadap COX-2 B. Angiotensin Converting Enzyme (ACE) ACE berperan penting dalam homeostatis kardiovaskular. Fungsi utama ACE adalah mengubah angiotensin (AT) I menjadi AT II, dan degradasi bradikinin. Reseptor AT1 ada di berbagai organ seperti ginjal, kelenjar adrenalin, jantung, pembuluh darah dan otak dengan efek-efek seperti ditunjukkan pada gambar 5. ACE inhibitor (captopril, lisinopril, dan lain-lain) berguna untuk menurunkan tekanan darah pada pasien hipertensi, meningkatkan kerja jantung & mengurangi beban kerja jantung pada pasien gagal jantung. ACE inhbitor merupakan analog nonpeptida dari AT I. ACE inhibitor terikat kuat pada sisi aktif ACE, dimana terjadi kompleks dengan ion Zn dan berinteraksi dengan gugus bermuatan positif dan kantong hidrofobik. Pada pasien hipertensi ACE inhibitor menurunkan tekanan darah dengan mekanisme : Menurunkan resistensi vaskuler perifer Menurunkan aktivitas simpatetik Mengurangi retensi Na dan air 5.7

10 Gambar 5. Sistem Renin Angiotensin Aldosterone C. Enzim Asetikolin Esterase Asetilkolin (Ach) merupakan ester asam asetat dan kolin dengan struktur CH 3 COOCH 2 CH 2 N + (CH 3 ) 3. ACh berfungsi sebagai senyawa transmiter di sistem saraf perifer dan sistem saraf pusat. ACh mengalami degradasi menjadi kolin dan asetat oleh enzim asetilkolinesterase (AChE). Waktu yang dibutuhkan untuk menghidrolisis ACh di sambungan neuromuskuler kurang dari milidetik (150 µs), 1 molekul AChE dapat menghidrolisis molekul ACh per menit. AChE berada di neuron kolinergik dan sel otot, terikat pada permukaan bagian luar membran sel. Gambar 6. Jalur Biosintesis Asetilkolin 5.8

11 Inhibitor AChEsterase Contoh obat-obat golongan inhibitor asetilkolinesterase : neostigmin, fisostigmin, takrin, donepezil, rivastigmin dan galantamin. Obat ini digunakan untuk meningkatkan kadar ACh di tempat aksinya pada penyakit-penyakit yang disebabkan kurangnya aksi ACh seperti glaucoma, myasthenia gravis dan gangguan otot polos. D. Enzim Xantin Oksidase Enzim Xantin oxidase (XOD) merupakan enzim penting untuk katabolisme purin. XOD mengkatalisis konversi hypoxanthine menjadi xanthine, dan xanthine menjadi asam urat. Asam urat terutama diekskresi via urin. Tidak imbangnya laju ekskresi asam urat via urin dan laju katabolisme purin menyebabkan hiperurikemia (tingginya kadar asam urat dalam darah) dan menjadi penyakit GOUT. Alopurinol, suatu obat urikostatik dan metabolit utamanya (alloxantin) bekerja dengan menghambat XOD. Gambar 7. Metabolisme purin Rangkuman Siklooksigenase adalah enzim yang mengkatalisis konversi asam arakhidonat menjadi mediator lipid yang sangat aktif, yaitu prostaglandin dan tromboksan. Penghambatan terhadap COX oleh golongan NSAID dapat meringankan berbagai gejala penyakit, terutama penyakit sambungan sendi, seperti artritis rematoid. 5.9

12 Angiotensin Converting Enzyme (ACE) berfungsi mengubah angiotensin (AT) I menjadi AT II, dan degradasi bradikinin. ACE inhibitor (captopril, lisinopril, dan lainlain) berguna untuk menurunkan tekanan darah pada pasien hipertensi, meningkatkan kerja jantung & mengurangi beban kerja jantung pada pasien gagal jantung. Asetikolin esterase mengkatalisis degradasi asetilkolin menjadi kolin dan asetat. Obatobat inhibitor asetilkolinesterase (neostigmin, fisostigmin, dan lain-lain) digunakan untuk meningkatkan kadar ACh di tempat aksinya pada penyakit-penyakit yang disebabkan kurangnya aksi ACh seperti glaucoma, myasthenia gravis dan gangguan otot polos. Xantin oxidase mengkatalisis konversi hypoxanthine menjadi xanthine, dan xanthine menjadi asam urat. Alopurinol, suatu obat urikostatik dan metabolit utamanya (alloxantin) bekerja dengan menghambat xantin oksidase Test Formatif 2 1. Produk katalisis oleh enzim xantin oksidase adalah: A. Asam urat C. Asam asetat B. Asam arakhidonat D. Asam mevalonat 2. Enzim siklooksigenase mengkatalisis biosintesis senyawa berikut : A. Prostaglandin C. Asam mevalonat B. Asam urat D. Asam arakhidonat 3. Penghambatan terhadap enzim siklooksigenase bisa ditujukan untuk terapi: A. Gout C. Hipertensi B. Hiperlipidemia D. Artritis rhematoid 4. Penghambatan terhadap biosintesis prostaglandin memberikan efek berikut, kecuali: A. Penekanan respon inflamasi C. Penyembuhan tukak lambung B. Penurunan demam D. Pencegahan agregasi platelet 5. Pada pasien hipertensi ACE inhibitor menurunkan tekanan darah dengan salah satu mekanisme berikut : A. Vasokonstriksi pembuluh darah arteri B. Meningkatkan aktivitas sistem saraf parasimpatik C. Menurunkan retensi Na dan air D. Memberikan efek inotropik pada sel otot jantung 5.10

13 Umpan Balik dan Tindak Lanjut Cocokkanlah jawaban anda dengan kunci jawaban test formatif 2 yang ada di bagian akhir bab ini. Berdasarkan jumlah jawaban benar dapat diketahui tingkat penguasaan yang anda capai: 5 jawaban benar = baik sekali 4 jawaban benar = baik 3 jawaban benar = cukup < 3 jawaban benar = kurang Kalau anda mencapai tingkat penguasaan baik atau baik sekali anda dapat meneruskan kegiatan belajar selanjutnya. Tetapi kalau cukup atau kurang anda harus mengulang terutama bagian yang belum anda kuasai. 5.11

14 4.3. Kegiatan Belajar 3 ENZIM MIKROORGANISME PATOGEN / SEL KANKER Uraian dan Contoh A. Dihidrofolat reduktase (DHFR) DHFR merupakan enzim yang mereduksi asam dihidrofolat menjadi asam tetrahidrofolat, menggunakan NADPH sebagai donor elektron. Gambar 8. Jalur sintesis tetrahidrofolat DHFR berperan penting mengatur jumlah tetrahidrofolat dalam sel. Tetrahirofolat dan turunannya penting untuk sintesis purin dan timidilat, yang penting untuk proliferasi sel dan pertumbuhan sel. DHFR berperan penting dalam sintesis prekursor asam nukleat. Inhibitor DHFR Folat dibutuhkan oleh sel yang membelah untuk membentuk timin, sehingga penghambatan terhadap DHFR banyak dimanfaatkan dalam terapi. Contohnya, metotrexat digunakan dalam kemoterapi anti kanker karena dapat mencegah pembelahan sel neoplastik. Bakteri juga membutuhkan DHFR untuk tumbuh dan berkembang biak sehingga senyawa yang selektif menghambat DHFR bakteri dapat digunakan sebagai antibakteri. Berbagai obat yang bekerja sebagai inhibitor DHFR: Trimetoprim (antibakteri) Pirimetamin (antimalaria) 5.12

15 Metotrexat (antikanker). Metotrexat bekerja dengan berikatan pada DHFR dengan kekuatan 1000x lebih kuat dibanding folat itu sendiri. B. Reverse transcriptase Reverse transcriptase, juga dikenal dengan RNA-dependent DNA polymerase, merupakan enzim polimerase DNA yang mentranskripsikan RNA single-stranded menjadi DNA double-stranded. Enzim ini juga membantu pembentukan DNA dobel heliks. Transkripsi normal melibatkan sintesis RNA dari DNA, sedangkan reverse transcription adalah kebalikannya. Inhibitor viral reverse transcriptase Retrovirus membutuhkan enzim reverse transcriptase untuk bereproduksi, dengan cara mengkopi material genetiknya menjadi virus baru (bagian dari siklus proliferasi retrovirus). Obat-obat yang dapat mengganggu siklus ini dapat menekan pertumbuhan virus ini. Contoh inhibitor viral reverse transcriptase adalah zivovudin, lamivudin, tenofovir dan lain-lain. C. DNA polymerase DNA polymerase merupakan enzim yang membantu katalisis dalam polimerasi deoksiribonukleotida menjadi rantai DNA. Enzim ini penting dalam replikasi DNA karena enzim ini bertugas membaca strand (untaian) DNA utuh sebagai template dan menggunakannya untuk sintesis strand DNA baru. Contoh inhibitor DNA polymerase : cytarabine atau cytosine arabinoside, bekerja sebagai senyawa kemoterapi dan digunakan untuk terapi kanker sel darah putih dan leukemia akut Rangkuman Dihidrofolat reduktase merupakan enzim yang mereduksi asam dihidrofolat menjadi asam tetrahidrofolat, sehingga berperan penting dalam sintesis prekursor asam nukleat. Obat-obat yang bekerja sebagai inhibitor enzim ini antara lain : trimetoprim (antibakteri), pirimetamin (antimalaria) dan metotrexat (antikanker). 5.13

16 Reverse transcriptase merupakan enzim polimerase DNA yang mentranskripsikan RNA single-stranded menjadi DNA double-stranded. Contoh inhibitor viral reverse transcriptase adalah zivovudin, lamivudin, tenofovir dan lain-lain, sebagai antikanker. DNA polymerase merupakan enzim yang membantu katalisis dalam polimerasi deoksiribonukleotida menjadi rantai DNA. Contoh inhibitor DNA polymerase adalah cytarabine (antikanker) Test Formatif 3 1. Enzim dihidrofolat reduktase mengkatalisis: A. dihidropteroat diposfat menjadi asam dihidropteroat B. asam dihidrofolat menjadi asam tetrahidrofolat C. asam tetrahidrofolat menjadi asam timidilat D. asam tetrahidrofolat menjadi purin 2. Senyawa antikanker yang bekerja menghambat enzim DHFR adalah: A. cytarabin C. metotrexat B. zivozudin D. tenofovir 3. Enzim yang mentranskripsikan RNA single-stranded menjadi DNA double-stranded: A. DHFR C. reverse transcriptase B. DNA transcriptase D. DNA polimerase 4. Lamivudin bekerja menghambat enzim: A. DHFR C. reverse transcriptase B. DNA transcriptase D. DNA polimerase 5. Obat antikanker yang bekerja menghambat DNA polymerase adalah: A. cytarabin C. metotrexat B. zivozudin D. tenofovir Umpan Balik dan Tindak Lanjut Cocokkanlah jawaban anda dengan kunci jawaban test formatif 3 yang ada di bagian akhir bab ini. Berdasarkan jumlah jawaban benar dapat diketahui tingkat penguasaan yang anda capai: 5 jawaban benar = baik sekali 4 jawaban benar = baik 3 jawaban benar = cukup 5.14

17 < 3 jawaban benar = kurang Kalau anda mencapai tingkat penguasaan baik atau baik sekali anda dapat meneruskan kegiatan belajar selanjutnya. Tetapi kalau cukup atau kurang anda harus mengulang terutama bagian yang belum anda kuasai. 5. Daftar Pustaka 1. Korolkovas, A., 1970, Essentials of Molecular Pharmacology : Background for Drug Design, Wiley-Interscience, New York. 2. Brody, T. M., Larner, J. and Minneman, K. P. (Eds.), 1998, Human Pharmacology : Molecular to Clinical, 3 th ed., Mosby Inc., St. Louis, Missouri. 3. Offermanns,S. and Rosenthal,W.,(Eds), 2008, Encyclopedia of Molecular Pharmacology, USA. 6. Jawaban Tes Formatif Jawaban Tes Formatif 1 : 1. D 2. A 3. C 4. B 5. D Jawaban Tes Formatif 2 : 1. A 2. A 3.D 4. C 5. C Jawaban Tes Formatif 3 : 1. B 2. C 3.C 4. C 5. A 5.15