B
E

E NZYMES










Pendahuluan (overview)
Enzyme Specificity
Kofaktor Enzim
Enzyme Nomenclature
Lock and Key

Enzyme-Substrate Complex

Induced Fit Theory
Cara Kerja Enzim
Conditions Affecting the Actions of Enzymes
Inhibitor Enzim
Isozim/Isoenzim
Regulation of Enzymatic Activity

PENDAHULUAN



Organisme hidup  rangkaian reaksi biokimia  peran enzim
Enzim : biokatalisator yg mengatur kecepatan berlangsungnya semua proses fisiologis
Hampir semua dr 2000/ lebih enzim yg diketahui
 merupakan protein globular

Aktivitas katalitiknya bergantung pd integritas struktur sbg protein


Contoh :

Jika enzim dididihkan dg asam kuat/diinkubasi dg tripsin (perlakuan yg memotong rantai polipeptida)  aktivitas katalitiknya akan hancur  pentingnya struktur kerangka primer protein enzim

Jika struktur berlipatnya rantai protein yang khas dr enzim diubah (oleh panas, pH extrim, senyawa perusak )  aktivitas katalitiknya juga lenyap  jadi struktur primer, sekunder dan tertier protein juga penting bagi aktivitas katalitiknya.

K ESPESIFIKAN E NZIM

Enzymes are highly specific both

 in the reactions they catalyze and in the compounds (reactants/substrates) on which they act
Contoh : enzim proteolitik


Mengkatalisis hidrolosis ikatan peptida
Enzim2 proteolitik berbeda tingkat spesifisitas substratnya, misalnya :



SUBTILIN pd bakteri  tdk bedakan ik. peptida yg akan diputus
TRIPSIN  memutus ik. pep pd sisi karboksil arginin/lisin
TROMBIN  memutus ik.pep antara arginin dan glisin

K OFAKTOR E NZIM


Dlm fungsinya sbg katalisator suatu reaksi kadang enzim cukup mengandalkan struktur proteinnya, tp. kadang enzim butuh senyawa lain yang bukan protein yang disebut KOFAKTOR
Yg termsk kofaktor :


GUGUS PROSTETIK : GUGUS YG MEMBENTUK
IKATAN KOVALEN DG ENZIM & TDK MDH TERLEPAS
DR ENZIM.
KOENZIM : KOFAKTOR YG MUDAH TERDISOSIASI &
DPT DIPISAHKAN DR ENZIM DG CARA DIALISIS.
(sebag besar turunan dr vit B, mis : vit B2  FAD, FMN; asam pantotenat  Koenzim A; Niasin  NAD, NADP)

AKTIVATOR : UMUMNYA ION LOGAM YG DPT
TERIKAT / MUDAH LEPAS DARI ENZIM (mis. Mn, Mg,
Cu)
Kompleks enzim-kofaktor disebut Holoenzim,
Jika kofaktornya diambil, disebut Apoenzim

EBERAPA ENZIM YG MEMERLUKAN ION LOGAM
Kofaktor :

Zn2+

Mg2+


Mn2+
Fe2+/Fe3+





Cu2+
K+
Ni2+
Mo
Se
Enzim :

Dehidrogenase alkohol








Anhidrase karbonat
Polimerase DNA
Heksokinase
6-fosfatase glukosa
Arginase
Sitokrom,
Peroksidase,Katalase
Oksidase sitokrom
Kinase piruvat
Urease
Reduktase nitrat
Peroksidase glutation

B EBERAPA CONTOH KOENZIM DAN FUNGSI












NAD
NADP
FMN
FAD
Koenzim Q
Tiamin pirofosfat
Koenzim A
Lipoamid
Koenzim kobamid
Biositin
Piridoksal fosfat
Koenzim tetrahidrofolat












Atom hidrogen (elektron)
Atom hidrogen (elektron)
Atom hidrogen (elektron)
Atom hidrogen (elektron)
Atom hidrogen (elektron)
Aldehid
Gugus asil
Gugus asil
Gugus alkil
Karbon dioksida
Gugus amino
Gugus metil, metilen, formil,formimino

E NZYMES

Enzymes are PROTEIN CATALYSTS


Komplex protein besar yg disusun oleh satu / lebih rantai polypeptida
In Vivo disebut sbg enzyme.


Diluar tubuh disebut katalis.
Mengendalikan laju reaksi kimia yg tjd di dlm sel, jaringan dan organ.

Setiap reaksi kimia yg tjd dlm sistem biologik membutuhkan bantuan enzim spesifik.
Catalyst : A substance that changes the speed of a chemical reaction without itself undergoing a permanent chemical change in the process

4 K ATA KUNCI

Aktif


Interaksi spesifik dr enzim dg molekul tertentu (substrat ) menyebabkan pengaktifan molekul tsb dan mengakibatkan perubahan struktur kimianya.
Katalis
Protein

Ada makromolekul lain yg bukan protein, tp mpy kemampuan katalis  tdk termsk dlm enzim.
Mis : Ribozim (ribonukleat-enzim)
Spesifik

KATALIS




Dlm reaksi biokimia, reaktan bertubrukan dan masuk ke transition state
 this state is short and rapidly breaks down to either products or reactants
Free energy (G)
Free Energy of
Activation ( G = )
Free Energy difference
( G)

W HAT IS HAPPENING ...


Catalyst reduces amount of activation energy so the reaction occurs faster
Catalyst accelerates both the forward and reverse reactions and thus only increases the rate at which a reaction approaches equilibrium

ENZIM EKSTRASEL &ENZIM INTRASEL

Enzim hanya disintesis oleh dan di dalam sel

Sbg produk sel, enzim hy akan disintesis jk sel mpy gen utk enzim tsb.

Pd dasarnya enzim2 berada & bekerja menjalankan fungsinya dalam sel , kecuali:
1. Enzim-enzim pencernaan
2. Enzim-enzim penggumpalan darah dan pemecah bekuan darah
3. Sistem pertahanan tubuh (antibodi, komplemen)

TATA NAMA ENZIM


Dulu penget. enzim msh sedikit  substrat+ase
( Amilase, Lipase, Urease)  < praktis
Nama trivial
( Steapsin  lipid; Pepsin, Tripsin  polipeptida )

International Union of Biochemestry (IUB)  penggolongan enzim secara sistematis menjadi 6 kelas utama berdasar jenis reaksi yang dikatalisa, dg ketentuan umum sbb :
1. Reaksi dan enzim yg mengkatalisisnya membentuk 6 klas, masing2 klas mpy 4-13 subklas

ANJ
IUB
2. The official name of an enzyme has (2) parts

First: names the substrates or the products of the reaction

Second: Designates the type of reaction catalyzed
+ase


3. Info tambahan, bila perlu utk menjelaskan reaksi, dpt dituliskan dlm tanda kurung dibag akhir.
L-malat+NAD+  piruvat+CO2+NADH+H+
Diberi nama :
1.1.1.37 L-malat : NAD+ oksidoreduktase
(dekarboksilasi)
4. Setiap enzim mpy nomer code (EC) yg menandai tipe reaksi berkenaan dengan :

L ANJ IUB 4.
- kelas (digit pertama)
- subkelas (digit kedua)
- sub subkelas (digit ketiga)
- digit keempat adalah utk enzim spesifik
Contoh : Laktat dehidrogenase, bernomor 1.1.1.27
Artinya : Kelompok 1 : oksidoreduktase
Subkelompok 1. 1: gugus CH-OH sbg donor elektron
Sub subkelompok : 1.1.1 : NAD(P)+ sbg akseptor

P ENGGOLONGAN ENZIM
1.
2.
3.
Oksidoreduktase
Transferase
Hidrolase
4.
Liase
5.
Isomerase
6.
Ligase






Pemindahan elektron
Rx pemindahan gugus fungsionil
Rx hidrolisis (pemindahan gugus fungsional ke molekul air)
Penambahan gugus ke ikatan ganda /sebaliknya
Pemindahan gugus di dlm molekul, menghasilkan bentuk isomer
Pembentukan ikatan : C-C, C-S,
C-O, dan C-N oleh reaksi kondensasi yg berkaitan dg penguraian ATP

“L OCK AND K EY ” THEORY


“Lock and Key” theory: simple analogy commonly used to explain the specificity of enzymes
A specific key will only open a specific lock

The key can be used over and over on the same type of lock

E NZYME -S UBSTRATE C OMPLEX



Explains the specificity of enzyme action
Substrates of an enzymatic reaction bind to a specific site on the enzyme
 shape of that site is complementary to that of the substrates
Active Site: part of an enzyme to which the substrates bind (most cases: a pocket of groove in the surface of the protein)

E
-S
C
D

E XAMPLES OF A CTIVE S ITES

I NDUCED F IT T HEORY


Active site on enzyme not as rigid as “lock and key” model
As the substrate attaches to the enzyme’s active site, the site changes shape to fit the substrate

 improves the fit of the active site to the substrate brings catalytic groups into the correct position for action

M ECHANISMS OF C ATALYSIS

A large part of the catalytic power of an enzyme depends on its ability to lower the activation energy

To do so, an enzyme may provide an environment within the active site that favors the transitions state...or it may provide catalytic groups that allow the reaction to proceed via intermediates not part of the uncatalyzed reaction
 many enzymes act as general acid-base catalysts

M ECHANISMS OF C ATALYSIS

Polypeptides cannot by themselves catalyze all of the biologically important reactions.

Use coenzymes and cofactors






Temperature pH
Kadar enzim
Kadar substrat
Ada tidaknya senyawa inhibitor(Heavy Metal Ions)



Dapat mengganggu aktivitas enzimatik

Ketika berhadapandengansisi aktif enzim, penggantian ion yang asli dengan ion logam berat akan mengakibatkan malfungsi dan denaturasi enzim

E XTREMES OF T EMPERATURE



Changes enzyme structure
 changes active site
 prevents enzyme from attaching to substrate
The thermal agitation of the enzyme molecule disrupts the hydrogen bonds, ionic bonds, and other weak interactions within the protein molecule
In humans, enzymes have an optimum temperature of
37ºC

P H C HANGES ON E NZYME A CTIVITY


Extreme changes in pH values denature such ionisable enzymes rendering them ineffective
 within a narrow pH range, enzyme structure changes reversibility, and each such enzyme was optimally at a specific pH
Optimal pH values for most enzymes


6-8 pH exception: I.e. digestive enzymes in stomachs

I NHIBITORS


Compete with substrate for the enzymes


Do not affect V max
Raise the apparent Km

N ONCOMPETITIVE I NHIBITORS



max

-Mempunyai sisi lain selain katalitik
-Enz pengatur yg berfx mell pengikatan non-kovalen
-Contoh penghambatan balik alosterik : perub L-treonin menjadi L-isoleusin (enz dehidratase treonin pd bakteri)
L-Isoleusin L-treonin
E1
Dehidratase treonin
E2, E3, E4, E5
Inhibisi umpan balik
Catatan : Isoleusin merup. penghambat spesifik.
Isoleusin yg tdk berikatan dg sisi substrat tp dg sisi spesifik lain pd molekul enzim, yg disebut sbg SISI PENGATUR .
Ikatan bersifat nonkovalen.

 Contoh lain :
Enz. Aspartat transkarbamoilase (ATC ase)
 mengkatalisa biosintesis pirimidin
 dihambat oleh sitidin trifosfat (CTP)
 Sifat2 enz im alosterik berbeda dari enzim2 biasa yg bukan enzim pengatur.
 Bedanya :
1.
2.
3.
Enzim alosterik memiliki sisi katalitik ( mengikat substrat) dan sisi pengatur (mengikat metabolit pengatur : modulator atau efektor)
Molekul enz alosterik umumnya lebih besar dan lebih kompleks dibanding enz biasa (2/> rantai polipeptida)
Enz. alosterik biasanya memperlihatkan penyimpangan nyata dari tingkah laku klasik Michaelis-Menten


Modulator ada 2 jenis: a. Modulator negatif / penghambat spesifik.
Biasanya oleh molekul bukan substrat, shg enzimnya disbt enzim HETEROTROPIK b. Modulatorpositif / perangsang/pengaktif.
Berperan sbg isyarat thd enzim utk mempercepat dirinya, seringkalimerupakan substratnya sendiri, shg enzimnya disbt enzim
HOMOTROPIK.

Sisi katalitik
Aktivasi katalitik berubah aktif
Perubahan ratio inaktif
Modifikasi kovalen ratio
+ fosforil

(GLUKOSA )n
+ fosfat glikogen
Fosforilase glikogen (otot, hati)
(GLUKOSA)n-1
Rantai glikogen diperpendek
+ glukosa 1-fosfat

BAKAL ENZIM
ZIMOGEN/ PROENZIM
Belum aktif
Aktifasi sesekali intermiten
Aktifasi cepat
Proses proteolitis terbatas
Membuat
Tempat katalitik

Contoh : enz digestif (pepsin, tripsin), enz hemostasis dan fibrinolisis
Kimotripsinogen (245rantai) enzim yg aktf penuh jika ikatan peptida antara arginin15 dipisah dg isoleusin16 oleh tripsin
TRIPSIN
Л -
1 15 16 245

aktivasi
kerja inaktivasi
Tergantu ng ion ca++
4 tempat
Pengikatan ca++ α-antitripsin
•
Suatu protein plasma 53-kd
•
Melindungi jar dari Elastase (rusaknya serat ellastin) alveoli paru atau dikenal dg EMFISEMA

I SOENZIM




Mengkatalisis reaksi yang sama
Sifat fisik dan kimia berbeda
Diagnosa
Contoh:




LDH 1 : H4  jantung
LDH 2 : H3M  jantung
LDH 3 : H2M2
LDH 4 : H1M3 (hati)

LDH 5 : M4 (hati)



CPK BB=CK1  plg dominan di otak
CPK MM =CK3  otot rangka dan otot jantung
CPK MB =CK2  otot jantung

M UTASI G ENETIK
Penyakit
Albino
Alkaptonuria
Galaktosemia
Homosistinuria
Fenilketonuria
Penyakit Tay-Sachs
Enzim yang rusak
3 - monooksigenase tirosin
1,2 – dioksigenase homogentisat
Uridilil transferase galaktosa 1fosfat
β – sintase sistationin
4 monooksigenase fenilalanin
Heksosaminidase A

M AKNA K LINIS




Gangguan terhadap pembentukan enzym dan terhadap faktor-faktornya akan terjadi gangguan homeostasis tubuh
Diagnosis penyakit
Toksikologi dan Farmakoterapi
Biologi molekuler

S TREPTOKINASE IN B REAKING D OWN
B LOOD C LOTS

STREPTOKINASE


 can dissolve blood clots that form in the heart, blood vessels, or lungs after a process, such as a heart attack called a thrombolytic agent can also dissolve blood clots that form in intravenous catheters
 tubing that goes into a vein for fluid exchange