Oleh : Muhammad Arif M. S.Pi.

Transkripsi

1 Oleh : Muhammad Arif M. S.Pi.

2 Protein yang bertindak sebagai biokatalisator Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim ENZIM Komponen enzim Sifat-sifat enzim Enzim adalah protein Bekerja spesifik Berfungsi sebagai katalis Diperlukan dalam jumlah sedikit Bekerja secara bolak-balik Dipengaruhi faktor lingkungan Cara kerja enzim Menurunkan energi aktivasi (energi yang diperlukan untuk reaksi)

3 Enzim Enzim merupakan katalis dalam sistem biologi/ Biokatalis. Katalis adalah molekul yang berfungsi mempercepat reaksi kimia. Sebagai biokatalis enzim ikut bereaksi, struktur enzim tidak berubah baik sebelum dan sesudah reaksi dan pada akhir reaksi enzim didapatkembali dalam bentuk semula Hampir semua enzim merupakan protein (yg sifatnya fungsional, bukan struktural), namun tidak semua protein bertindak sebagai enzim. Dua sifat penting enzim adalah memiliki daya katalitik yang sangat besar dan sangat spesifik

4

5 Protein Enzim protein sederhana Enzim Enzim Konjugasi Protein + Bukan Protein Protein = apoenzim Bukan protein = Gugus prostetik Organik = Koenzim Anorganik = kofaktor

6 Mekanisme pembentukan Kompleks enzim-substrat 1. Emil Fischer menganalogikan substrat dan sisi aktif sebagai anak kunci dan kunci (lock and key) 2. Koshland (induced fit), kesesuaian bentuk awalnya belum ada. Pengikatan substrat menyebabkan perubahan konformasi enzim lock and key induced fit

7 Daya katalitik enzim, kemampuan enzim menempatkan substrat ke dalam kedudukan yang menguntungkan pada kompleks enzimsubstrat Situs/sisi aktif, yaitu tempat tertentu pada molekul enzim untuk mengikat substrat Kompleks enzim-substrat

8 Mekanisme kerja enzim Menurunkan energi aktivasi Energi aktivasi: jumlah energi yang diperlukan untuk membawa semua molekul dalam satu mol suatu bahan pada suatu suhu tertentu dari keadaan awal menuju keadaan transisi Keadaan transisi, kemungkinan terbentuk dan terputusnya ikatan kimia

9 Sifat sifat enzim Enzim merupakan biokatalisator yang mempercepat jalannya reaksi tampa ikut bereaksi Thermolabil. Mudah rusak bila dipanskan lebih dari 60 C Merupakan senyawa protein, shingga sifat protein masih melekat pada enzim Dibutuhkan dalam jumlah sedikit, sbg biokatalisator, rekasinya menjadi sangat cepat dan berulang ulang Bekerja didalam sel (endoenzim) dan diluar sel (ektoenzim)

10 Lanjutan sifat-sifat enzim Umumnya enzim bekerja mengkatalis reaksi satu arah, meskipun ada yang mengkatalis reaksi dua arah Bekerjanya spesifik, karena sisi aktif enzim setangkup dengan permukaan subtrat tertentu Umumnya enzim tidak dapat bekerja tanpa adanya suatu zat non protein tambahan yang disebut kofaktor.

11 Enzim : Katalisator (Biokatalisator) Eksoenzim bekerja di luar sel. Endoenzim bekerja di dalam sel Holoenzim: Apoenzim (protein) Koenzim (BO dgn BM ) spt Vitamin. Kofaktor (logam, spt : Mg 2+, Mn 2+, Fe 2+, dll) Koenzim anorganik Urease (thn 1926) : pertama kali diisolasi dlm bentuk kristalin.

12 Ciri-ciri yang menonjol : 1. Efisiensi katalistiknya tinggi 2. Derajat kekhususannya tinggi thd substrat Penamaan & Klasifikasi Enzim: ~ ase : untuk enzim tunggal Sistem ~ ase : untuk enzim kompleks dlm sistem

13 Klasifikasi enzim Enzim diklasifikasikan berdasarkan tipe reaksi dan mekanisme reaksi yang dikatalisis Semua enzim ini diidentifikasi dengan menambahkan akhiran ase pada nama substansi atau substrat yang dihidrolisis Contoh: lipase menghidrolisis lipid amilase menghidrolisis amilum protease menghidrolisis protein.

14 Pemakaian penamaan tersebut tidak memadai karena banyak enzim mengkatalisis substrat yang sama tetapi dengan reaksi yang berbeda Contoh: enzim yang megkatalisis reaksi reduksi terhadap fungsi alkohol gula enzim yang mengkatalisis reaksi oksidasi pada substrat yang sama. Sistem penamaan enzim sekarang tetap menggunakan ase, namun ditambahkan pada jenis reaksi yang dikatalisisnya

15 Nama enzim terdiri atas 2 bagian, pertama menunjukkan substrat dan kedua ditambah dengan -ase yang menunjukkan tipe reaksi yang dikatalisis Contoh: heksosa isomerase (subsrat: heksosa dengan reaksi isomerase).

16 Contoh: enzim dehidrogenase mengkatalisis reaksi pengeluaran hidrogen enzim transferase mengkatalisis pemindahan gugus tertentu. International Union of Biochemistry (IUB) telah mengadopsi sistem penamaan yang kompleks tetapi tidak meragukan berdasarkan mekanisme reaksi Sistem penamaan enzim menurut IUB Reaksi dan enzim yang mengkatalisis, membentuk 6 kelas, masing-masing mempunyai 4-13 subkelas

17 EC major classes of enzymes

18 Klas Oksidoreduktase Transferase (Kinase) Hidrolase (protease, lipase, amilase) Tipe reaksi enzim yang mengkatalis reaksi oksidasi-reduksi (memsahkan dan menambahkan elektron atau hidrogen memindahkan gugus senyawa kimia Enzim yang mengkatalis reaksi hidrolisis (memutuskan ikatan kimia dengan penambahan air) Ligase (fumarase) Isomerase (epimerase) Polimerase (tiokinase) Mengkatalis reaksi pengabungan dua senyawa yang disertai perurairan molekulatp (membentuk ikatan rangkap) mengkatalisir perubahanisomer menggabungkan monomer-monomer sehingga terbentuk polimer

19 Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim Konsentrasi enzim Suhu Aktivator dan inhibitor ph Konsentrasi substrat

20 Yang Mempengaruhi Aktivitas Enzim 1. Konsentrasi Enzim Aktivitas Enzim (A.E) Konsentrasi Enzim (K.E)

21 2. Konsentrasi Substrat

22 3. ph & Suhu

23 Pengaruh suhu terhadap reaksi enzimatis

24

25

26 Seperti halnya protein lainnya, enzim memiliki bobot molekul diantara hingga lebih dari 1 milyar. Beberapa enzim lain membutuhkan komponen kimia tambahan untuk dapat beraktivitas yang disebut Kofaktor satu atau lebih ion anorganik, seperti Fe 2+, Mg 2+, Mn 2+, atau Zn 2+, atau organik komplek atau molekul metaloorganik yang disebut Koenzim Suatu koenzim atau ion metal yang terikat sangat kuat melalui ikatan kovalen disebut gugus prostetik. Holoenzim merupakan enzim yang lengkap, enzim yang secara katalitik berikatan dengan koenzim dan/ atau ion metal. Bagian protein dari enzim disebut apoprotein atau apoenzim.

27 Beberapa elemen anorganik sebagai kofaktor enzim Cu 2+ Fe 2+ atau Fe 3+ K + Mg 2+ Mn 2+ Mo Ni2 + Se Zn 2+ Sitokrom oksidase Sitokrom oksidase, katalase, peroksidase Piruvat kinase Heksokinase, Glukosa 6-fosfatase, piruvat kinase Arginase, ribonukleotida reduktase Dinitrogenase Urease Glutation peroksidase Karbonik anhidrase, alkohol dehidrogenase, karboksipeptidase A dan B

28 Beberapa koenzim sebagai pembawa atom spesifik atau gugus fungsi Koenzim Gugus fungsi yang ditransfer Prekursor yang ditambah dalam manusia Biositin CO 2 Biotin Koenzim A Gugus asil Asam pantotenat & molekul lain 5'-deoksiadenosilkobalamin (koenzim B12) Flavin Adenin Dinukleotida Lipoat Atom H & gugus alkil Elektron-elektron & gugus asil Vitamin B12 Riboflavin (vitamin B2) tidak dibutuhkan dalam makanan Asam nikotinat (niacin) Nikotinamida Adenin ion hidrida (:H-) Dinukleotida Piridoksal fosfat gugus amino Piridoksin (Vitamin B6) Tetrahidrofolat gugus satu karbon Folat Tiamin pirofosfat Aldehid Tiamin (Vitamin B1)

29 Denaturasi & Renaturasi Denaturasi terjadi karena: Pemanasan, perubahan ph (asam/basa), konsentrasi garam tinggi fungsi enzim berkurang/hilang aktivitasnya Denaturasi reversibel (protein dapat kembali membentu folding yang tepat dan mempunyai aktivitas biologi, disebu renaturasi) Denaturasi irreversibel (protein/albumin putih telur bila dipanaskan)

30 Istilah-istilah dalam mempelajari enzim 1.Pusat aktif, bagian enzim yang berperan dalam pengikatan substrat 2.Sisi aktif, gugus/atom pada polipeptida yang langsung terlibat dalam reaksi katalitik 3.Bagian katalitik, bagian apoenzim yang berperan dalam melakukan reaksi katalitik 4.Bagian pengendali, bagian apoenzim yang mengendalikan reaksi katalitik 5.Sisi pengikatan substrat, bagian enzim yang berperan dalam pengikatan substrat melalui ikatan kovalen

31 Aktivitas enzim diatur 2 cara : 1. Pengendalian Katalis secara langsung a. Melalui mekanisme katalitik itu sendiri b. Melalui penggandengan dgn proses lain 1. Ada Hambatan Arus balik 2. Ada Aktivasi prekursor 3. Ada pengendalian berkaitan dgn energi Substrat 2. Aktivitas Prekursor A B C X Y Z Produ k akhir 3. Pengendalian yg berkaitan dg energi (spt. ATP) 1. Hambatan Arus Balik

32 2. Pengendalian Genetis (Gambar Tabel hal. 244) Induksi & respirasi Enzim a. Respirasi Sintesis m-rna b. Induksi Sintesis m-rna c. Pengendalian Positif Sintesis Enzim

33 METABOLISME KATABOLISME/Disimilasi Bertujuan untuk pembongkaran atau penguraian suatu molekul ANABOLISME Bertujuan untuk penyusunan atau sintesis suatu molekul Respirasi Fotosintesis / asimilasi Respirasi Aerob Respirasi Anaerob

34 Katabolisme Karbohidrat Respirasi aerob C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O + 36 ATP Glikolisis Tiga tahap Siklus / daur Krebs Sistem transpor elektron Respirasi anaerob (fermentasi) Fermentasi alkohol Fermentasi asam laktat

35 Rangkaian reaksi yang menguraikan satu molekul glukosa menjadi dua molekul asam piruvat. Glikolisis terdiri dari 10 tahap masing-masing dikatalis oleh enzim. Dari 10 tahap tersebut dapat dikelompokkan menjadi 2 fase yaitu: Fase persiapan (1 sampai 5) glukosa diubah menjadi 2 senyawa 3 karbon. Fase oksidasi (6 sampai 10) senyawa tiga karbon diubah menjadi asam piruvat. Piruvat mengalami dekarboksilasi oksidatif menjadi Asetil CoA merupakan penghubung antara Glikolisis dengan siklus Krebs.

36 aerob Enzim heksosinase & Mg 2+ Glukos a ATP ADP Asam Piruvat anaerob Glukosa-6 pospat Dihidroksiasetonpospat Fruktosa -1,6dipospat (6 atom C) Enzim aldolase Enzim pospotrio saisomerase Transposporilase pospopiruvat & Mg 2+, K + 3-pospo-gliseraldehid (3 atom C) ADP H 3 PO 4 1,3-dipospo-gliseraldehid ATP Transposporilase pospogliserat & Mg 2+ Asam 3 ADP pospogliserat ATP Pospoglisero mutase dehidrogenase Asam 2 pospogliserat Asam 1,3 dipospogliserat Enzim enolase & Mg 2+ NAD NADH2 Asam 2 pospoenol piruvat H2O

37 Respirasi aerob CO2 + H2O + energi Asam Piruvat CH3.CO.COO H Respirasi anaerob Karboxilase piruvat Bakteri asam susu asam susu + NAD + energi (CH3.CHOH.COOH) Dehidrogenase + NAD.H2 Asetaldehida Etanol + NAD + energi CH3.CHO + CO2 (CH3.CH2.OH) Bakteri asam cuka Asam cuka + energi

38 Gugus berkarbon 2 acetil CoA memasuki siklus. Terdiri dari beberapa tahap( 9 rangkaian reaksi). Masing-masing dikatalisis oleh enzim-enzim khusus. ATP yang secara langsung dihasilkan adalah 2 ATP. Di hasilkan 2 molekul CO 2. 8 elektron dilepaskan.

39 Respirasi aerob Bab 2 Metabolisme Tahapan siklus Krebs NAD+H + NAD + Asam malat H 2 O NAD + NADH +H + FADH 2 FAD GTP GDP + P NAD + NADH +H + ADP ATP

40

41 Terjadi di bagian membran dalam mitokondria. Hidrogen dari siklus krebs diubah menjadi proton dan elektron. O 2 berperan sebagai aseptor (penerima) elektron yang terakhir. Setelah menerima elektron O 2 akan menerima ( H + ) menjadi H 2 O. ATP yang dihasilkan 32 ATP.

42

43 Glikolisis energi yang dihasilkan = 2 ATP. Siklus krebs energi yang dihasilkan = 2 ATP. Transfer elektron energi yang dihasilkan =32 ATP. Total energi yang dihasilkan adalah = 36 ATP.

44 Respirasi aerob Bab 2 Metabolisme Sistem transpor elektron

45 Bab 2 Metabolisme Rangkuman reaksi aerob.

46 Fermentasi alkohol C 6 H 12 O 6 2CO 2 + 2C 2 H 5 OH + 2 ATP (a) Tahapan fermentasi alkohol. (b) Jamur ragi (yeast).

47 Fermentasi asam laktat C 6 H 12 O 6 2CO asam laktat + 2 ATP Tahapan reaksi fermentasi asam laktat.

48 Fotosintesis Tahapan reaksi terang

49 Fotosintesis Tahapan reaksi gelap

50 Kelompok Bakteri dgn Produknya dari Proses Disimilasi Glukosa Tabel bakteri dikelompokkan menurut produk-produk dari disimilasi glukose Kelompok dg contoh Produk-Produk yg Dihasilkan beberapa Genus Bakteri Asam Laktat: Streptococcus Lactobacillus Leuconostoc Bakteri Asam Propionat : Propionibacterium Veillonella Hanya asam laktat atau asam laktat bersama dgn asam asetat, asam format, d etil alkohol; Spesies yg menghasilkan hanya asam laktat adalah homofermentatif, dan yg menghasilkan asam laktat bersama senyawa-senyawa lain adalah heterofermentatif. Asam propionat bersama dgn asam asetat & karbon dioksida. Bakteri coli-aerogenes tifoid : Escherichia Enterobacter Salmonella Asam format, asam asetat, asam laktat, asam suksinat, etil alkohol, karbon diokside, hidrogen, 2,3-butilen glikol (dihasilkan dlm berbagai kombinasi & jumlah bergantung pd genus & spesies.

51 Kelompok dg contoh beberapa Genus Bakteri Aseton butil alkohol: Clostridium Eubacterium Bacillus Bakteri Asam asetat : Acetobacter Produk-Produk yg Dihasilkan Asam butirat, butil alkohol, aseton, isopropil alkohol, asam asetat, asam format, etil alkohol, hidrogen, dan karbon diokside (dihasilkan dlm berbagai kombinasi & jumlah bergantung pd spesies). Asam asetat, asam glukonat, asam kojat

52 Industrial Enzyme Market Annual Sales: $ 1.6 billion Food and starch processing: 45 % Detergents: 34 % Textiles: 11 % Leather: 3 % Pulp and paper: 1.2 %

53 Protease: protease netral dari Aspergillus dan Alkali dari Bacillus Deterjen biologi: subtilisin dari Bacillus licheniformis dan B. subtilis Penjernihan wine Pengolahan kulit Pembuatan keju Pengempukan daging dsb

54 Lipase terutama dari Bacillus, Aspergillus, Rhizopus, dan Rhodotorula Deterjen biologis Pengolahan kulit penghilangan lemak Produksi senyawa flavor Pengolahan susu dan daging

55 Sumber: Aspergillus dan Bacillus Untuk pengolahan pati menjadi sirup gula Modifikasi tepung dalam pembuatan roti Hidrolisis pati pada industri wine Detergen biologis Manufaktur tekstil

56 Bacillus polymyxa, Streptomyces, Rhizopus Untuk produksi sirup maltosa Industri beer: meningkatkan gula yg dapat difermentasi. Amiloglukosidase: A. niger, R. niveus Produksi sirup glukosa Roti, Beer, wine Juice buah