BAB VI ENZIMOLOGI KLINIK PENDAHULUAN Topik kuliah Enzimologi Klinik ini membahas tentang peranan enzim dalam mendukung diagnosis klinik, meliputi tentang konsep pokok enzimologi, peranan uji enzim dalam diagnosis, klasifikasi enzim, distribusi enzim dalam jaringan, lokasi enzim intraseluler, dan penghilangan enzim dalam sirkulasi. Pokok bahasan kuliah ini secara umum dapat digunakan untuk membantu mahasiswa dalam memahami tentang peranan enzim intraseluler, yang dapat digunakan untuk membantu mahasiswa dalam menentukan diagnosis suatu penyakit yang melibatkan kerusakan suatu organ maupun jaringan tubuh. Pengertian tentang enzimologi klinik dapat digunakan untuk membantu dalam memonitor perkembangan suatu penyakit maupun melakukan evaluasi selama pengobatan. Topik kuliah ini secara keseluruhan dapat diselesaikan dalam waktu dua kali tatap muka (2 jam). Setelah mengikuti pokok bahasan ini diharapkan mahasiswa dapat memahami peranan enzim-enzim intraseluler yang dapat digunakan untuk memantau kerusakan suatu organ tubuh. PENYAJIAN Enzim Enzim merupakan katalis protein yang merubah reaksi-reaksi biokirnia dalam sel. Enzim bisa berubah secara fisik selama memerankan fungsinya dalam suatu reaksi, dan akan kembali kcwujud aslinya sctelah terjadi suatu reaksi yang lcngkap. Dalam proses patofisiologi, terutama adanya cedera sel, akan menyehabkan meningkatnya aktivitas enzim dalam plasma. Diagnostik enzimologi merupakan bagian laboratorium klinik yang dilibatkan untuk mempelajari dan menerapkan aktivitas enzim plasma untuk tujuan diagnostik, untuk memonitor aktivitas suatu pcnyakit, dan untuk cvaluasi rcspon pengobatan dari suatu penyakit. Sifat katalitik masing-masing enzim adalah spesifik dan sensitif, sifat-sifat katalitik tersebut dapat diukur. Kecepatan reaksi katalitiknya seimbang dengan jumlah enzim yang digunakan dalam reaksi, sehingga untuk mengukur kuantitas enzim dapat dilakukan dengan cara mengukur produk yang dihasilkan dari reaksi, mengukur menghilangnya substrat yang digunakan, atau dapat juga dengan cara mengukur perubahan konsentrasi koenzim yang digunakan dalam reaksi. Hasil pengukuran aktivitas enzim tersebut dinyatakan dalam satuan unit cnzim. Satu internasionl unit (IU) didefinisikan sebagai jumlah enzim yang mengkatalisis konversi 1 mikromol substrat atau koenzim per menit Universitas Gadjah Mada 1
dibawah kondisi tertentu waktu dilakukan pengukuran (temperatur dengan pii optimal dan konsentrasi substrat tertentu). Faktor-Faktor yang Terlibat dalam Aktivitas Enzim dalam Serum Gangguan jaringan spesifik Gangguan jaringan lain ==> Enzim dilepas <== Perubahan sintesis ensim Ekskresi ==> Enzim dalam serum <== Katabolisme Inhibitor ==> Pengukuran <== Teknik pemeriksaan Aktivator aktivitas enzim dalam serum Ko-faktor Konsep Pokok Enzimologi A. Sifat dasar enzim 1. Enzim adalah protein yang mengkatalisis reaksi-reaksi kimia yang esensial untuk hidup. a. Ensim berikatan secara temporal dengan substansi-substansi aksinya (substrat) untuk membentuk komplek enzim-substrat. b. Komplck tcrscbut pccah untuk membentuk produk reaksi dan melepaskan enzim untuk melanjutkan fungsi katalitiknya. c. Masing-masing enzim hanya dapat mengkatalisis tipe-tipe reaksi tertentu d. Enzim diberi nama dan dikdasifikasi menurut tipe reaksi dan spesifikasi substarnya. (1). Transferase : enzim yang mengkatalisis kelompok transfer (seperti amino, phosphat) dari satu komponen ke lain komponen, misalnya: (a). Glutamic oxaloacetic transaminase (GOT) atau alanin aminotransferase (ALT) (b). Glutamic pyruvic transaminase (GPT) atau aspartic acid transferase (AST) (c). Creatine phosphokinase (CPK) (2). Dehydrogenase: enzim yang mengkatalisis transfer elektron (a). Lactic dehydrogenase (I,DH) (b). Isocitric dehydrogenase (ICD) Universitas Gadjah Mada 2
(3). Hydrolase: enzim yang mengatalisis substrat yang larut air (a). Amylase (b). Lipase (c). Alkaline phosphatase (d). Acid phosphatase (e). Cholinesterase (4). Lyase: enzim yang membebaskan karbon (a). Aldolase 2. Enzim diproduksi didalam sel dari semua sel hidup clan dilepaskan kedalam plasma dan cairan rtubuh, dimana aktivitas yang diukur adalah kemampuannya dalam mempercepat reaksi-reaksi kimia utama yang dikatalisis. 3. Penggunaan serum untuk uji enzim lebih baik daripada plasma karena penggunaan antikoagulan dalam plasma akan mempengaruhi aktivitas enzim atau menimbulkan perubahan warna yang dapat mempengaruhi basil pemeriksaan. B. Mekanisme pelepasan enzim ke dalam sirkulasi 1. Perubahan permeabilitas sel membran (a). Reaksi radang (b). Degenerasi sel (c). Peningkatan aktivitas sel (d). Metamorfose lemak 2. Nekrosis sel menyebabkan pelepasan enzim dari sel ke pembuluh darah 3. Ketidak imbangan clearence enzim dari serum 4. Ketidak imbangan sintesis oleh jaringan menyebabkan penurunan konsentrasi cnsim dalam serum 5. Produksi enzim ditingkatkan akibat aktivitas ekstraseluler C. Metode untuk mengukur enzim 1. Enzim diukur sebagai aktivitasnya bukan konsentrasinya, karena konsentrasi enzim dalam serum hanya terdapat dalam beberapa menit clan dapat dikelirukan dengan cairan biologis lain yang secara kemis sama. 2. Tiga cara utama untuk mengukur enzim: a.. Pengukuran menghilangnya substrat atau perubahan konsentrasi substrat (1). Amylase b. Pengukuran produk akhir yang,dihasilkan (1). Alkalin phosphatase c. Pengukuran perubahan jumlah koensim atau kofaktor pada waktu-waktu Universitas Gadjah Mada 3
tertentu, kecepatan perubahan yang diukur sebagai aktivitas enzim. (1). Isocitric dehydrogenase D. Cara untuk mcnentukan unit aktivitas enzim 1. International Unit: satu unit (U) enzim adalah jumlah yang mengkatalisis perubahan dari 1 mikromol (umol) substrat per menit dibawah kondisi yang ditentukan: a. temperatur reaksi yang ditetapkan 30 C b. aktivitas enzim dalam cairan tubuh atau terutama dalam serum ditentukan dalam 1 ml, sehingga hasil pengukuran enzim ditentukan dalam rniliunit/ml (mu/ml). Jika volume pengukuran yang digunakan 1 L, maka aktivitas enzim ditentukan dalam U/L. c. Satuan IU digunakan jika metode pengukuran yang digunakan sama Faktor-faktor yang mempengaruhi. uji enzim dalam diagnosis A. Distribusi enzim dalam jaringan B. Lokasi intraseluler C. Pelepasan enzim dari jaringan yang rusak D. Perubahan-perubahan permeabilitas membran E. Klearens enzim dari serum F. Lama menghilangnya aktivitas ensim dalam serum G. Pola seri enzim serum H. Korelasi hasil uji enzim dengan uji lain Klasifikasi enzim A. Enzim plasma spesifik adalah enzim yang khusus disintesis dalam hati yang kemudian diekskresikan ke dalam darah. Contoh: faktor-faktor koagulasi dan cholinesterase merupakan contoh dari kelompok ini. Aktifitas enzim-cnzim dalam plasma mcnurun pada hati yang mengalami kerusakan, karena kelangsungan sintesa dan eksresi tidak lama. B. Enzim plasma non spesifik Fungsi biologis ensim ini dalam darah belum diketahui, level normal ensim ini ditentukan berdasar pelepasannya dari sei dan eliminasi dari serum. 1. Enzim ekresi Enzim yang diekresikan dari sel-sel parenkim ke ekstra seluler dan ke ruang ekstra vaskuler. Contoh: pankreatik amilase, parotik alfa-amilase, lipase, alkalin fosfatase, acid fosfatase. Kenaikan aktivitas ensim dalam serum lebih Universitas Gadjah Mada 4
sering terjadi pada keadaan obstruksi dibanding pada keadaan gangguan seluler akut. 2. Enzim seluler a. Enzim organ spesifik Terdapat pada suatu organ atau terdapat dalam konsentrasi yang lebih tinggi hanya pada suatu jaringan. Hal ini menunjukkan bahwa ensim ini sangat akurat untuk diagnosa gangguan organ spesifik. Sebagai contoh adalah glutamic pyruvic transaminase, arginase, sorbitol dehydrogenyse, glutamic dchydrogenasc dapat digunakan untuk diagnosa gangguan fungsi hati dan lipase untuk diagnosa gangguan fungsi pankreas. b. Enzim organ nonspesifik Semua enzim yang terlibat dalam siklus metabolik utama dan rangkaiannya, enzim ini terdapat pada hampir semua sel-sel dalam tubuh. Peningkatan aktivitas salah satu enzim lersebut dapat ditunjukkan melalui studi isoensim, sehingga dapat ditentukan jaringan asal (sumbernya). Contoh: Lactic dehydrogenase, alkalin phosphatase. Distribusi Enzim dalam Jaringan Tabel 1. Distribusi enzim dalam jaringan Enzim Enzim dengan spesifitas tinggi Glutamic pyruvic transaminase (AST) Arginase Sorbitol dehydrogenase Aldolase Ornithin carbonyltransferase Lipase Enzim dengan spesifitas sedang Glutamic oxaloacetic transaminase (ALT) Creatine phosphokinase Isocitric dehydrogenase Enzim dengan spesifitas rendah Lactic dehidrogenase Alkaline phosphatase Sumber Utama hati (hewan kecil) hati hati (kuda), ginjal otot hati pankreas, mukosa usus hati, jantung, otot skelet otot skelet, jantung, utak hati, jantung semua jaringan hati, tulang, mukosa usus, plasenta, ginjal Universitas Gadjah Mada 5
Enzim Intraseluler 1. Enzim yang terdapat dalam sitoplasma lebih sering dilepaskan kedalam sirkulasi akibat adanya peningkatan permeabilitas membran dibanding ensim yang terdapat dalam mitokondria. Enzim sitoplasma bersifat reversibel dengan proses keradangan. 2. Pada kondisi destruksi nekrotik yang melibatkan sejumlah besar sel-sel, enzim akan dilepaskan dari mitikondria, mikrosomal dan nukleus. Lokasi Enzim dalam Struktur Intraseluler 1. Enzim yang terdapat dalam supernatan atau sitoplasma a. Glutamic pyruvic transaminase b. Lactic dehydrogenase c. Aldolase 2. Enzim yang terdapat dalam mitokondria a. Glutamic oxaloacetic transaminase (bisa ada dalam sitoplasma dan mitokondria dalam bentuk yang berbeda) b. Glutamic dehydrogenase c. Ornithine carbamyl transferase d. Arginase e. Acid phosphatase 3 Enzim dalam mikrosome a. Cholinesterase b. Alkalin fosfatase Penghilangan Enzim dart Sirkulasi 1. Mempunyai kepentingan untuk diagnosa, waktu menghilangya enzim dari sirkulasi diperhitungkan untuk mengetahui proses penyakit. - Misal pada gangguan hati: Arginase akan menghilang dari serum secara lebih cepat dibanding transaminase. Jika konsentrasi arginase dan transaminase masih tetap tinggi, berarti masih terjadi nekrosis hati. Jika terjadi perbaikan kondisi sel-sel hati (proses kesembuhan) maka akan terjadi penurunan konsentarsi arginase secara cepat baru diikuti penurunan aktivitas transaminase. Universitas Gadjah Mada 6
2. Kematian enzim Kematian enzim dapat terjadi dengan cara inaktivasi ensim intra vaskuler melalui hambatan-molekul-molekul kecil, protein darah tidak mudah diinaktifkan. Jaringan mempunyai mekanisme untuk penghancuran protein. Sistem retikuloendotelial berpartisipasi dalam penghilangan enzim. Ensim dalam serum dapat dikcluarkan melalui urin tapi hanya dalam jumlah kecil, kecuali pada kondisi adanya gangguan ginjal. Amilase juga inerupakan perkecualian karena enzim ini mudah difiltrasi oleh ginjal karena mempunyai BM relatif rendah. Isoenzim A. Isoenzim adalah beberapa ensim/fraksi enzim yang menunjukkan spesifitas substrat yang sama tapi berbeda dalam sifat fisik dan kimianya. B. Pemisahan dapat dilakukan dengan menggunakan elektroforesis, pemisahan isoensim ini mempunyai manfaat untuk diagnosa klinik (menentukan lokasi kerusakan jaringan). C. Penentuan isoenzim digunakan untuk mengetahui asal jaringan, dapat disertai dengan menentukan aktivitas total enzim dalam serum. Untuk tujuan klinik pemisahan isoensim biasanya dilakulan untuk: 1. Lactic dehydrogenase 2. Alkaline phosphatase 3. Creatine phosphokinase D. Sumber fraksi enzim (isoenzim) 1. Lactic dehydrogenase biasa ditemukan pada kebanyakan spesies hewan: a. LDH-1, LDH-2 : jantung, eritrosit, ginjal, otak b. LDH-3 : paru-paru, pankreas, adrenal, limpa, timus, nodus limfatikus, leukosit c. LDH-4, LDH-5 : otot skelet, hati 2. Alkaline phosphatase : hati, tulang, usus, steroid 3. Creatinc phosphokinase : miokardium, otot skelct, otak Universitas Gadjah Mada 7
Tabel 2. Stabilitas enzim dalam serum hewan pada berbagai suhu penyimpanan Enzim Suhu kamar Refrigerator 4 C Freezer -20 C SGOT sapi naik stabil 5 had stabil 38 hari domba naik turun turun babi naik turun stabil SGPT sapi naik naik naik domba stabil stabil stabil babi naik turun turun LDH sapi stabil turun stabil 6 bulan domba turun turun turun babi turun turun stabil 2 bulan PENTUTUP Topik mata kuliah ini secara keseluruhan dapat difahami intisarinya dengan cara mahasiswa mengerjakan soal-soal berikut ini: 1. Sebutkan tujuan mempelajari enzimologi klinik 2. Apa yang dimaksud dengan enzim, mengapa dalam pemeriksaan yang diukur bukan jumlahnya melainkan aktifitasnya 3. Jelaskan faktor-faktor yang terlibat dalam aktivitas enzim dalam serum 4. Bagaimana mekanisme terjadinya peningkatan aktivitas enzim dalam serum 5. Jelaskan cara mengukur aktivitas enzim dalam serum 6. Sebutkan enzim-enzim yang mempunyai spesilitas tinggi, sedang dan rendah dan mengapa enzim-enzim tersebut mempunyai spesilitas tertentu 7. Bagaimana caranya menentukan berbagai fraksi enzim dalam suatu jaringan Universitas Gadjah Mada 8