ENZIM DAN KARAKTERNYA

ENZIM

• Suatu enzim (sering disebut holoenzim) tersusun atas senyawa protein dan senyawa bukan protein.
• Bagian protein disebut apoenzim,
• Bagian non protein disebut kofaktor.
• Kofaktor dapat berupa ion logam (Cu, Mg, K, Fe, Na)
• Koenzim yang berupa bahan organik, misalkan vitamin B (B1, B2).

Sifat-sifat enzim

• Sebagai suatu bahan yang penting dalam metabolisme, enzim memiliki sifat-sebagai berikut:

• Kerja enzim bersifat spesifik/khusus, artinya bahwa satu enzim hanya dapat bekerja pada satu substrat
• Enzim bekerja pada suhu tertentu
• Enzim berkerja pada derajat keasaman (pH) tertentu
• Kerja enzim dapat bolak-balik, artinya selain dapat memecah substrat juga dapat membentuk substrat dari penyusunnya

Hal-hal yang dapat mempengaruhi kerja enzim di antaranya adalah:

1. Suhu
2. Derajat keasaman (pH)
3. Konsentrasi enzim
4. Jenis substrat
5. Penimbunan hasil akhir
6. Pengaruh aktivator/penggiat
7. Pengaruh inhibitor/penghambat

Cara kerja enzim

• Enzim bekerja berdasar prinsip ‘kunci dan anak kunci’ (lock and key)
• Enzim bekerja berdasar prinsip ‘kunci dan anak kunci’ (lock and key).
• Pada salah satu sisi enzim terdapat tempat aktif yang memiliki bentuk yang dapat berpasangan tepat sama dengan bentuk permukaan substrat.
• Akibatnya satu enzim hanya dapat digunakan untuk satu jenis substrat.

• Contoh enzim yang sering digunakan sebagai materi praktikum adalah enzim katalase.
• Enzim ini banyak terdapat pada organel peroksisom dan berfungsi memecah peroksida (H2O2) yang bersifat toksik menjadi H2O dan O2.

• Enzim adalah satu atau beberapa gugus polipeptida (protein)
• Enzim dalam proses metabolisme berfungsi sebagai katalis (senyawa yang mempercepat proses reaksi tanpa ikut bereaksi dalam suatu reaksi kimia.
• Enzim bekerja dengan cara menempel pada permukaan molekul zat-zat yang bereaksi dan dengan demikian mempercepat proses reaksi.
• Percepatan terjadi karena enzim menurunkan energi pengaktifan yang dengan sendirinya akan mempermudah terjadinya reaksi.
• Sebagian besar enzim bekerja secara khas, yang artinya setiap jenis enzim hanya dapat bekerja pada satu macam senyawa atau reaksi kimia.
• Bersifat khas tersebut karena adanya perbedaan struktur kimia tiap enzim yang bersifat tetap.
• Sebagai contoh, enzim α-amilase hanya dapat digunakan pada proses perombakan pati menjadi glukosa, tidak akan bisa mengurai protein ataupun lemak
• Hal hal yang berkaitan dengan enzim dipelajari dalam enzimologi.
• Dalam dunia pendidikan tinggi, enzimologi tidak dipelajari tersendiri sebagai satu jurusan tersendiri tetapi sejumlah program studi memberikan mata kuliah ini.
• Enzimologi terutama dipelajari dalam kedokteran, ilmu pangan, teknologi pengolahan pangan, dan cabang-cabang ilmu pertanian.

KERJA ENZIM

• Kerja enzim dipengaruhi oleh beberapa faktor, terutama adalah substrat, suhu, keasaman , kofaktor dan inhibitor.
• Tiap enzim memerlukan suhu dan pH (tingkat keasaman) optimum yang berbeda-beda karena enzim adalah protein, yang dapat mengalami perubahan bentuk jika suhu dan keasaman berubah.
• Di luar suhu atau pH yang sesuai, enzim tidak dapat bekerja secara optimal atau strukturnya akan mengalami kerusakan.
• Hal ini akan menyebabkan enzim kehilangan fungsinya sama sekali.
• Kerja enzim juga dipengaruhi oleh kofaktor dan inhibitor.

ENZIM INDUSTRI

Dewasa ini, enzim adalah senyawa yang umum digunakan dalam proses produksi.

• Enzim yang digunakan pada umumnya berasal dari enzim yang diisolasi dari bakteri.
• Penggunaan enzim dalam proses produksi dapat meningkatkan efisiensi yang kemudian akan meningkatkan jumlah produksi.
• Enzim amilase digunakan untuk menghidrolisis pati menjadi suatu produk yang larut dalam air serta mempunyai berat molekul rendah yaitu glukosa.
• Enzim ini banyak digunakan pada industri minuman misalnya pembuatan High Fructose Syrup (HFS) maupun pada industri tekstil.
• Enzim amilase dapat diproduksi oleh berbagai jenis mikroorganisma terutama dari keluarga Bacillus, Psedomonas dan Clostridium.
• Bakteri potensial yang akhir-akhir ini banyak digunakan untuk memproduksi enzim amilase pada skala industri antara lainBacillus licheniformis dan B.stearothermophillus.
• Bahkan penggunaan B.stearothermophillus lebih disukai karena mampu menghasilkan enzim yang bersifat termostabil sehingga dapat menekan biaya produksi.
• Enzim proteolitik memainkan peranan yang penting pada industri makanan (misalnya dalam proses konversi susu menjadi keju), sebagai bahan pada deterjen maupun pada pemrosesan kulit.
• Protease yang dipakai secara komersial seperti serine protease dan metalloprotease, biasanya berasal dari Bacillus subtilis yang mempunyai kemampuan produksi dan sekresi enzim yang tinggi.
• Produsen enzim protease lainnya adalahPseudomanas aeruginosa dan Staphylococcus aureus.
• Pemakaian enzim protease dalam proses tanning kulit dapat meningkatkan kualitas kulit, disamping itu juga merupakan pemakaian produk bioteknologi yang ramah lingkungan karena dapat mengurangi beban polusi limbah industri kulit.
• Enzim lipase (triacylglycerol acylhydrolases) banyak diproduksi oleh berbagai jenis mikro organisma baik tunggal maupun bersamaan dengan enzim esterase.
• Mikroba penghasil lipase anatara lain adalah Pseudomonas aeruginosa, Serratia marcescens,Staphylocococcus aureus dan Bacillus subtilis.
• Enzim lipase ini digunakan sebagai biokatalis untuk memproduksi asam lemak bebas, gliserol, berbagai ester, sebagian gliserida, dan lemak yang dimodifikasi atau diesterifikasi dari substrat yang murah, seperti minayak kelapa sawit.
• Produk-produk tersebut secara luas digunakan dalam industri farmasi, kimia dan makanan.

• Tanpa adanya enzim, kehidupan yang kita kenal tidak mungkin ada.
• Sebagai biokatalisator yang mengatur semua 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 sementara homeostasis akan dipertahankan,
• Namun keadaan homeostasis dapat mengalami gangguan yang berat dalam keadaan patologis.

KATALIS

• Enzim adalah protein yang berfungsi sebagai katalisator untuk reaksi-reaksi kimia didalam sistem biologi.
• Katalisator mempercepat reaksi kimia. Walaupun katalisator ikut serta dalam reaksi, ia kembali ke keadaan semula bila reeaksi telah selesai.
• Enzim adalah katalisator protein untuk reaksi-reaksi kimia pasa sistem biologi. sebagian besar reaksi tersebut tidak dikatalis oleh enzim.
• Berbeda dengan katalisator nonprotein (H+, OH-, atau ion-ion logam), tiap-tiap enzim mengkatalisis sejumlah kecil reaksi, kerapkali hanya satu.
• Jadi enzim adalah katalisator yang reaksi-spesifik karena semua reaksi biokimia perlu dikatalis oleh enzim, harus terdapat banyak jenis enzim.

• Sebenarnya untuk hampir setiap senyawa organik, terdapat satu enzim pada beberapa organisme hidup yang mampu bereaksi dengan dan mengkatalisis beberapa perubahan kimia.
• Walaupun aktivitas katalik enzim dahulu diduga hanya diperlihatkan oleh sel-sel yang utuh (karena itu istilah en-zyme, yaitu, “dalam ragi”), sebagian besar enzim dapat diekstraksi dari sel tanpa kehilangan aktivitas biologik (katalik)nya.
• Oleh karena itu, enzim dapt diselidiki diluar sel hidup.

• Ekstrak yang mengandung enzim dipakai pada penyelidikan reaksi-reaksi metabolik dan pengaturanya, struktur dan mekanisme kerja enzim dan malahan sebagai katalisator dalam industri pada sintetis senyawa-senyawa yang biologis aktif seperti hormon dan obat-obatan.
• Karena kadar enzim serum manusia pada keadaan patologik tertentu dapat mengalami perubahan yang nyata, pemerikasaan kadar enzim serum merupakan suatu alay diagnostik yang penting bagi dokter.
• Reaksi-reaksi seperti hidrolisa dan oxidasi berlangsung sangat cepat didalam sel-sel hidup pada pH kira-kira netral dan pada suhu tubuh. Ini dapat terjadi karena adanya enzim.
• Enzim disintesa di dalam sel, tetapi setelah diextraksi diluar sel masih mempunyai aktivitas.

DETAIL KERJA ENZIM

• Enzim bekerja sangat sfesifik. Suatu enzim hanya dapat mengatalisa beberapa reaksi, malahan seringkali hanya satu reaksi saja. Ini merupakan salah satu sifat penting enzim.
• Ada segolongan enzim yang dapat mengatalisa jenis reaksi yang sama, misalnya memindahkan fosfat, oxidasi-reduksi, dan sebagainya.
• Oleh karena itu ada suatu kespesifikan (specificity).

DETAIL KERJA ENZIM

• Perubahan suhu dan pH mempunyai pengaruh besar terhadap kerja enzim.
• Kecepatan reaksi enzim juga dipengaruhi oleh konsentrasi enzim dan konsentrasi substrat.
• Pengruh aktivator, inhibitor, koenzim dan konsentrasi elektrolit dalam beberapa keadaan juga merupakan faktor-faktor yang penting.
• Hasil rekasi enzim juga dapat menghambat kecepatan reaksi.

PENGARUH SUHU.

• Suhu rendah yang memdekati titik beku biasanya tidak merusak enzim.
• Pada suhu dimana enzim masih aktif, kenaikan suhu sebanyak 10OC, menyebabkan keaktifan menjadi 2 kali lebih besar (Q10 = 2). Pada suhu optimum reaksi berlangsung paling cepat.
• Bila suhu dinaikan terus, maka jumlah enzim yang aktif akan berkurang karena mengalami denaturasi.
• Enzim didalam tubuh manusia memiliki suhu optimum sekitar 37oC. Enzim organismemikro yang hidup dalam lingkungan dengan suhu tinggi mempunyai suhu optimum yang tinggi.
• Sebagian besar enzim menjadi tidak aktif pada pemanasan sampai + 60oC.
• Ini disebabkan karena proses denaturasi enzim.
• Dalam beberapa keadaan, jika pemanaasan dihentikan dan enzim didinginkan kembali aktivitasnya akan pulih.
• Hal ini disebabkan oleh karena proses denaturasi masih reversible.
• pH dan zat-zat pelindung dapat mempengaruhi denaturasi pada pemanasan ini.

PENGARUH pH

• Bila aktivitas enzim diukur pada pH yang berlainan, maka sebagian besar enzim didalam tubuh akan menunjukan aktivitas optimum antara pH 5,0 - 9,0, kecuali beberapa enzim misalnya pepsin(pH optimum = 2).
• Ini disesbabkan oleh Pada pH rendah atau tingi, enzim akan mengalami denaturasi.
• Pada pH rendah atau tinggi, enzim maupun substrat dapat mengalami perubahan muatan listrik dengan akibat perubahan aktivitas enzim.
• Misalnya suatu reaksi enzim dapat berjalan bila enzim tadi bermuatan negatif (Enz-) dan substratnya bermuatan positif (SH+) :

Enz- + SH+ ----- EnzSH

• Pada pH rendah Enz- akan bereaksi dengan H+ menjadi enzim yang tidak bermuatan.

Enz- + H+ Enz-H

• Demikian pula pada pH tinggi, SH+ yang dapat bereaksi dengan Enz-, maka pada pH yang extrem rendah atau tiggikonsentrasi efektif SH+ dan enz akan berkurang, karena itu kecepatan reaksinya juga berkurang.

PENGARUH KONSENTRASI ENZIM

• Kecepatan rekasi enzim berbanding lurus dengan konsentrasi enzim (Enz).
• Makin besar jumlah enzim makin cepat reaksinya.
• Dalam reaksinya Enz akan mengadakan ikatan dengan substrat S dan membentuk kompleks enzim-substrat,
• Enzim S ini akan dipecah menjadi hasil reaksi P dan enzim bebas Enz.

Enz + S ---- EnzS ----- Enz + P , Enz + S ------- Enz + P

• Makin banyak Enz terbentuk, makin cepat reaksi ini berlangsung. Ini terjadi sampai batas tertentu

PENGARUH KONSENTRASI SUBSTRAT

• Bila konsentrasi substrat (S) bertambah, sedangkan keadaan lainya tetap sama, kecepatan reaksi juga akan meningkat sampai suatu batas maksimum
• Pada titik maksimum ini enzim telah jenuh dengan subtrat.
• Pada awalnya belum semua enzim bereaksi dengan subtrat, maka jika ada penambahan subtrat S akan menyebabkan jumlah EnzS bertambah dan kecepatan reaksi akan bertambah, sesuai dengan penambahan Substrat
• Jika semua enzim telah bereaksi dengan subtrat, sehingga penambahan Substrat tidak akan menambah kecepatan reaksi, karena tidak ada lagi enzim bebas.

PENGARUH FAKTOR-FAKTOR LAIN

• Enzim dapat dirusak dengan pengocokan, penyinaran ultraviolet dan sinar-x, sinar-β dan sinar-γ.
• Untuk sebagian ini disebabkan karena oxidasi oleh peroxida yang dibentuk pada penyinaran tersebut.
• Kerja enzim juga dipengaruhi oleh adanya inhibitor seperti obata-obatan dan sebagainya

MEKANISME KERJA ENZIM

Prinsip umum

• Pembicaraan tentang mekanisme yang digunakan untuk mempercepat kecepatan reaksi melalui 3 contoh yang akan diberikan :
• Katalis asam dan basa pada umumnya
• Katalis oleh ion-ion logam
• Katalis oleh enzim yang mengandung piridoksal fosfat.

Katalisis asam-basa umum

• Reaksi yang kecepatanya berubah-ubah akibat perubahan konsentrasi ion hidrogen atau konsentrasi ion hidronium dalam larutan, tetapi tidak tergantung pada konsentrasi asam atau basa lainya yang terdapat dalam larutan, dikatakan dapat mengalami katalisis asam spesifik atau katalisis basa spesifik.
• Reaksi yang kecepatanya tergantung pada semua asam dan basa yang terdapat dalam larutan dikatakan dapat menglami katalisis asam umum (general acid) atau katalisis basa umum (general base).

Mutarotasi glukosa adalah salah satu rekasi yang tunduk pada katalisis asam-basa umum.

• Peranan ion logam
• Ion logam melaksanakan peranan katalisi dan struktural yang penting pada protein.
• Sebenarnya, lebih dari seperempat dari semua enzim yang dikenal mengandung ion logam yang berikatan erat atau memerlukan ion logam untuk beraktivitasnya.
• Fungsi ion logam ini diselidiki dengan cara fisika, lebih-lebihdengan kristalografi sinar-X, nuclearmagnetic (ESR).
• Keterangan ini digabungkan dengan pengetahuan pembentukan dan kerusakan kompleks logam dan reaksi dalam lingkaran koordinasi ion logam untuk memberi pengertian tentang peranan ion logam pada reksi yang dikatalisi oleh enzim.

Metaloenzim dan enzim yang diaktifkan logam

Untuk membedakan antara metaloenzim dan enzim yang diaktifkan oleh logam.

• Metaloenzim adalah enzim yang mengandung sejumlah tertentu ion-logam yang berfungsi yang dipertahankan selama pemurnian.
• Enzim yang diaktifkan oleh logam tidak mengikat logam sekuat seperti pada metaloenzim tetapi meskipun demikian memerlukan tambahan logam untuk pengaktifanya.
• Akan tetapi, perbedaan inin, khususnya tidak membantu, karena dikenal banyak contoh klasifikasi yang letaknya pada batas perbedaan.
• Banyak enzim mempertahankan ion logam selama prosedur pemurnian normal tetapi kehilangan logamnya bila dimurniakn dengan adanya “chelating agent” (zat-zat pengikat). Aktivitas enzim kemudian hilang.
• Aktivitas ini diperbaiki hanya setelah penambahan ion logam. Perbedaan antara metaloenzim dan enzim yang diaktifkan logam, bila hars ditarik garis, jadi terletak padaBafinitas enzim tertentu untuk ion logamnya.
• Dari aspek mekanisme dimana ion logamnya melakukan fungsinya, tampak bahwa keduanya sama pada metaloenzim dan enzim yang diaktifkan oleh logam.

Peranan ion logam pada mekanisme kerja enzim

• Metaloenzim dan enzim yang diaktifkan logam
• Untuk membedakan antara metaloenzim dan enzim yang diaktifkan oleh logam.
• Metaloenzim adalah enzim yang mengandung sejumlah tertentu ion-logam yang berfungsi yang dipertahankan selama pemurnian.
• Enzim yang diaktifkan oleh logam tidak mengikat logam sekuat seperti pada metaloenzim tetapi meskipun demikian memerlukan tambahan logam untuk pengaktifanya.
• Akan tetapi, perbedaan inin, khususnya tidak membantu, karena dikenal banyak contoh klasifikasi yang letaknya pada batas perbedaan.
• Banyak enzim mempertahankan ion logam selama prosedur pemurnian normal tetapi kehilangan logamnya bila dimurniakn dengan adanya “chelating agent” (zat-zat pengikat).
• Aktivitas enzim kemudian hilang. Aktivitas ini diperbaiki hanya setelah penambahan ion logam.
• Perbedaan antara metaloenzim dan enzim yang diaktifkan logam, bila hars ditarik garis, jadi terletak pada afinitas enzim tertentu untuk ion logamnya.

Dari aspek mekanisme dimana ion logamnya melakukan fungsinya, tampak bahwa keduanya sama pada metaloenzim dan enzim yang diaktifkan oleh logam.

KLIK ENZIM

Contoh-contoh peranan ion logam pada mekanisme