PERANAN TEMPAT KATALITIK PADA ENZIM DALAM REAKSI ENZIMATIS Dr. MUTIARA INDAH SARI NIP: 132 296 973 2007
DAFTAR ISI I. PENDAHULUAN......... 1 II. ISI................ 1 II. 1. ENZIM KATALISATOR PROTEIN YANG SPESIFIK...1 II. 2. PERANAN TEMPAT KATALITIK PADA ENZIM DALAM REAKSI ENZIMATIS......2 A. RESIDU AMINOASIL MEMBERI KONTRIBUSI PADA TEMPAT KATALITIK........... 2 B. TEMPAT KATALIK TERLETAK PADA SUATU CELAH PADA ENZIM.....................3 C. MODEL KUNCI-ANAK KUNCI DAN TEMPAT KATALITIK DARI FISCHER..........4 D. SUBSTRAT MENIMBULKAN PERUBAHAN KONFORMASI DALAM ENZIM...........5 E. TEMPAT KATALITIK DAPAT DIDUDUKI OLEH MOLEKUL INHIBITOR...7 F. TEMPAT KATALITIK JUGA DAPAT MENGANDUNG KOENZIM ATAU KOFAKTOR.....8 G. RESIDU KATALITIK SANGAT TERLESTARIKAN..........8 III KESIMPULAN.... 9 DAFTAR KEPUSTAKAAN...10
TEMPAT KATALITIK PADA ENZIM I. Pendahuluan Tanpa adanya enzim, kehidupan yang kita kenal tidak mungkin ada. Enzim adalah protein yang berfungsi sebagai katalisator, mempercepat reaksi kimia didalam sistem biologi. (Murray Robert K, et al, 2000: Stryer Lubert, 2000).Sebagai biokatalisator yang mengatur kecepatan semua proses fisiologis, enzim memegang peranan utama dalam kesehatan dan penyakit. Meskipun dalam keadaan sehat semua proses fisiologis akan berlangsung dengan cara yang tersusun serta teratur dan homeostasis akan dipertahankan, namun keadaan homeostasis ini dapat mengalami gangguan yang berat dalam keadaan patologis. (Murray Robert K, et al, 2000). Enzim, dalam mempercepat reaksi, berikatan dengan substrat dan membentuk kompleks enzim substrat sehingga terjadi perubahan substrat menjadi produk. Reaksi berlangsung di suatu daerah dinamik pada enzim yang berukuran relatif kecil, yaitu tempat katalitik atau catalytic site atau tempat aktif / active site. ( Mark Dawn B, PhD, Marks Allan MD, Smith Collen M, PhD, 2000 : Murray Robert K, et al, 2000) II. TEMPAT KATALITIK/ CATALYTIC SITE A. RESIDU AMINOASIL MEMBERI KONTRIBUSI PADA TEMPAT KATALITIK Substrat berikatan dengan enzim pada tempat pengikatan spesifik yang dikenal sebagai tempat katalitik.tempat katalitik ini merupakan bagian khusus dari molekul enzim yang berfungsi untuk mengenali, mengikat dan mengolah substrat secara spesifik (Mark Dawn B, PhD, Marks Allan MD, Smith Collen M, PhD, 2000 : Murray Robert K, et al, 2000 : Sadikin Mohd, 2002).
Penelitian mengungkapkan bahwa banyak residu aminoasil yang mengadakan kontak dengan substrat terikat atau dengan koenzim sehingga residu aminoasil ini merupakan bagian dari tempat aktif. Jadi tempat katalitik adalah suatu kesatuan tiga dimensi yang terbentuk oleh berbagai gugus yang berasal dari berbagai bagian dari urutan asam amino. Bentuk tiga dimensi dari tempat katalitik dibentuk dari struktur tertier dari molekul protein. (Gilbert Hiram F, 2001 : Mark Dawn B, PhD, Marks Allan MD, Smith Collen M, PhD, 2000: Murray Robert K, et al, 2000). Ukuran yang besar dari karakter tiga dimensi pada tempat aktif menentukan bahwa regio ini dapat terlihat secara optimal pada layar komputer dengan mempergunakn perangkat lunak yang memungkinkan kita memutar struktur tersebut ke segala arah, memperbesar bagian-bagian yang hendak kita perhatikan dan melihat strukturnya secara tiga dimensi. ( Murray Robert K, et al, 2000). Dari 20 jenis asam amino yang dapat membentuk struktur molekul enzim, hanya beberapa yang sering di dapat berulang kali menyusun tempat katalitik. Asam amino tersebut adalah serine, aspartate, histidine, cysteine, lysine, arginine, glutamat, thyrosine. Diantara asam amino tersebut, serine merupkan yang paling sering di dapati menyusun tempat katalitik struktur molekul enzim (Satyanarayana U, 2002) B. MODEL KUNCI-ANAK KUNCI DAN TEMPAT KATALITIK DARI FISCHER Usaha pertama untuk menerangkan antaraksi enzim dengan substrat yang demikian spesifik dilakukan oleh Emil Fischer, seorang pakar biokimia enzimologi dengan gagasan model kunci-anak kunci. Menurut model ini, ketika substrat berjumpa dengan enzim dalam berbenturan keduanya, mungkin saja terjadi berbenturan dengan bagian tertentu dari molekul enzim yang strukturnya sedemikian rupa, sehingga dapat diduduki secara pas oleh substrat dan terbentuklah kompleks enzim substrat atau yang dikenal sebagai kompleks ES.
Kompleks ES ini sangat penting, karena adanya kompleks ES ini merupakan prasyarat untuk berlangsungnya proses katalisis yang berujung kepada kepada pembentukan produk atau P. (Murray Robert K, et al, 2000 : Sadikin Mohd, 2002). Model ini mensyaratkan adanya bagian tertentu dari molekul enzim yang dapat mengikat molekul substrat secara spesifik dan kemudian mengolahnya. Bagian inilah yang dinamai sebagai tempat katalitik atau catalytic site atau tempat aktif. Dengan demikian, menurut gagasan tempat katalitik ini, hanya sebahagian kecil saja yang berperan dalam proses katalisis enzim. (Gambar 1, 2) (Murray Robert K, et al, 2000 : Sadikin Mohd, 2002: Stryer Lubert, 2000). C. SUBSTRAT MENIMBULKAN PERUBAHAN KONFORMASI DALAM ENZIM Suatu ciri yang kurang menguntungkan pada model Fischer adalah kekakuan (rigiditas) yang diwujudkan pada tempat katalitik. Model yang lebih umum adalah model Induced Fit dari Koshland. Dalam model Fischer, tempat katalitik dianggap terbentuk lebih dahulu agar pas dengan substratnya. Sebaliknya dalam model Induced fit, substrat menimbulkan atau menginduksi suatu perubahan bentuk dalam enzim. (Gilbert Hiram F, 2001: Murray Robert K, et al, 2000) Ini berarti seluruh bagian molekul enzim berubah menyesuaikan diri, ketika berbenturan dengan molekul substrat. Perubahan ini menempatkan residu asam amino atau gugus-gugus lain pada enzim menurut arah spasial yang benar untuk pengikatan, katalisis substrat atau keduanya. (Gilbert Hiram F, 2001: Murray Robert K, et al, 2000) Dalam keadaan tanpa substrat, gugus katalitik dan gugus pengikatan substrat terpisah dengan jarak beberapa ikatan. Pengikatan substrat menimbulkan perubahan bentuk dalam protein enzim, yang menempatkan gugus-gugus tersebut dengan tepat bagi pengikatan substrat dan katalisis. Jadi fungsi perubahan konformasi yang diinduksi oleh oleh pengikatan substrat biasanya adalah untuk menyusun ulang residu asam amino di tempat katalitik melalui cara-cara yang mendorong berlangsungnya reaksi. (Gambar 1,
2) (Mark Dawn B, PhD, Marks Allan MD, Smith Collen M, PhD, 2000: Murray Robert K, et al, 2000) Misalnya, induced fit yang terjadi setelah glukosa terikat pada heksokinase menyebabkan perubahan konformasi enzim keseluruhan yang menyebabkan air keluar dari tempat katalitik(mark Dawn B, PhD, Marks Allan MD, Smith Collen M, PhD, 2000. (Gambar 3)
Gambar 1. Gambar diatas model Kunci-Anak Kunci dari Fischer, tempat katalitik enzim sejodoh dengan bentuk substrat, gambar dibawah model Induced Fit, tempat katalitik mengambil bentuk yang sejodoh dengan substrat hanya sesudah substrat terikat Gambar 2. Illustrasi lain dari model Kunci Anak kunci dari Fischer dan model
Induced Fit dari Koshland Gambar 3 : Hexokinase Binding Glucose D. TEMPAT KATALIK TERLETAK PADA SUATU CELAH PADA ENZIM Tempat katalitik terletak di pecahan, celah, atau rongga pada enzim. (Satyanarayana U, 2002: Murray Robert K, et al, 20000). Sebagai contoh adalah enzim lisozim, yaitu enzim yang ada pada air mata dan mukus nasal yang dapat menyebabkan lisis dinding sel banyak bakteri gram positif yang disebarkan lewat
udara. Sebagai rantai polipeptida tunggal yang terdiri atas 129 residu, lisozim memiliki celah sentral dan dalam yang mengandung sebuah tempat kaqtalitik dengan enam buah sublokasi. (Murray Robert K, et al, 20000) Tempat katalitik pada enzim ribonuklease terletak di dalam celah yang serupa dengan celah pada lisozim, dan pada celah tersebut terdapst dua buah residu asam amino yaitu His 12 dan His 119, yang melalui bukti kimia ditunjukkan sebagai tempat katalitik (Murray Robert K, et al, 20000) Sifat non polar sebagian besar celah tempat katalitik meningkatkan pengikatan substrat. Susunan ruang semacam ini menyebabkan air dapat dikeluarkan dan memungkinkan gugus fungsional mendekati substrat yang beraksi dari tiga dimensi..akan tetapi celah tersebut bisa saja juga mengandung residu polar. (Stryer Lubert, 2000) Dengan begitu terbentuklah lingkungan mikro yang menyebabkan residuresidu tertentu memiliki sifat khusus yang mutlak untuk katalisis. Kedudukan residu polar di bagian dalam molekul protein enzim ini merupakan kekecualian yang penting terhadap asas umum, yaitu residu polar terpapar terhadap air (Stryer Lubert, 2000) E. TEMPAT KATALITIK JUGA DAPAT MENGANDUNG KOENZIM ATAU KOFAKTOR Tempat katalitic juga dapat mengandung koenzim atau kofaktor, yang merupakan senyawa organik non protein ataupun logam yang ikut serta dalam reaksi. Interaksi antara substrat dan gugus fungsional reaktif pada residu asam amino atau kofaktor enzim akan mendorong penyusunan kembali elektronik yang penting untuk reaksi. Misalnya suatu rantai sisi asam amino mungkin memisahkan sebuah proton dari substrat, atau membentuk zat antara kovalen dengan substrat. (Satyanarayana U, 2002 : Mark Dawn B, PhD, Marks Allan MD, Smith Collen M, PhD, 2000). F. RESIDU KATALITIK SANGAT TERLESTARIKAN
Asam Amino tertentu, khususnya sisteine dan asam amino yang bersifat hidroksilik, asidik atau alkalik, memainkan perann penting dalam katalisis. Semua residu ini bekerja sebagai nukleofil, sebagai katalisator asam atau basa yang umum, atau sebagai aseptor gugus yang dipindahkan. Untuk semua enzim dengan semua bentuknya yang mengkatalisis reaksi atau tipe reaksi tertentu, mekanisme terjadinya reaksi kimia cenderung identik tanpa tergantung pada bentuk jaringan atau kehidupan asalnya. Sebagai akibatnya, asam amino yang melaksanakan peranan yang sangat spesifik dalam katalisis sampai taraf tertentu, juga asam amino di dekatnya, cenderung memiliki sifat yang sangat terlestarikan ( highly conserved). (Murray Robert K, et al, 20000) III. KESIMPULAN Enzim, dalam mempercepat reaksi, berikatan dengan substrat dan membentuk kompleks enzim substrat sehingga terjadi perubahan substrat menjadi produk. Reaksi berlangsung di suatu daerah dinamik pada enzim yang berukuran relatif kecil, yaitu tempat katalitik atau catalytic site atau tempat aktif / active site. Tempat katalitik ini :
- Bagian khusus dari molekul enzim yang berfungsi untuk mengenali, mengikat dan mengolah substrat secara spesifik - Banyak residu aminoasil yang mengadakan kontak dengan substrat terikat atau dengan koenzim sehingga residu aminoasil ini merupakan bagian dari tempat aktif - Emil Fischer, menjelaskan gagasan model kunci-anak kunci dimana tempat katalitik dianggap terbentuk lebih dahulu agar pas dengan substratnya sebaliknya dalam model Induced fit dari Koschland, substrat menimbulkan atau menginduksi suatu perubahan bentuk dalam enzim. - Tempat katalik terletak pada suatu celah pada enzim - Tempat katalitik juga dapat mengandung koenzim atau kofaktor - Residu katalitik sangat terlestarikan DAFTAR KEPUSTAKAAN Gilbert Hiram F, Basic Concepts in Biochemistry 2 nd. McGraw-Hill. 2001: 83-87; 97 Murray R K, et al. Harper s Biochemistry 25 th ed. Appleton & Lange. America 2000 : 96-98 Mark Dawn B, PhD, Marks Allan MD, Smith Collen M, PhD. Biokimia Kedokteran Dasar, Sebuah Pendekatan Klinis, 2000 : 98-101
Sadikin Mohd, Biokimia Enzim, Widya Medika 2002: 195-203 Satyanarayana U,Dr. Biochemistry. Books And Allied (P) Ltd, Calcutta. 2002. 86-91 Stryer Lubert. Biochemistry 4 th.egc.2000. 190-191