Apa itu Biokimia? • Definisi:

– Webster’s dictionary: Bios = Yunani, artinya “hidup” “Kimia mahluk hidup; Kimia yang terjadi dan menjadi ciri kehidupan.”

– WebNet dictionary: “Biokimia adalah kimia dari bahan-bahan dan proses-proses yang terjadi dalam tubuh mahluk hidup; sebagai upaya untuk memahami proses kehidupan dari sisi kimia.“

Apa itu biokimia?

Pemahaman bentuk dan fungsi biologis dari sudut pandang kimia

Bertujuan untuk memahami interaksi molekul-molekul tak hidup yang menghasilkan fenomena kompleks dan efisien yang menjadi ciri-ciri kehidupan serta menjelaskan keseragaman kimia dari kehidupan yang beragam.

3

Ilmu yang memperhatikan (concerned) dengan ilmu kimia dasar dari kehidupan (the chemical basis of life)

Two notable breakthroughs in the history of biochemistry

(1) Discovery of the role of enzymes as catalysts

(2) Identification of nucleic acids as information molecules

4

Ilmu Biokimia :Mempelajari macam-macam molekul yang ada di dalam sel mahluk hidup dan organisme dan reaksi-reaksi kimia yang terjadi diantara molekul-molekul tersebut. Ilmu Biokimia dapat perkawinan antara ilmu kimia dan ilmu biologi.

Dan segala sesuatu Kami ciptakan berpasang-pasangan supaya kamu mengingat akan kebesaran Allah.

QS. Adz Dzaariyaat (51): 49

Maha Suci Tuhan yang telah menciptakan berpasangan semuanya, baik dari apa yang ditumbuhkan oleh bumi dan dari diri mereka maupun dari apa yang tidak mereka ketahui.

QS. Yasin (36): 36

ENZIMAi Mardhiyah. Skp. M.kes

ENZIM• Ciri khas makhluk hidup terdapat proses

metabolisme yang diperantarai suatu protein yang disebut dengan enzim

• Merupakan suatu katalisator biologis

• Berfungsi mempercepat reaksi kimia tanpa enzim reaksi seluler berlangsung lambat/tidak ada reaksi.

• Sebagian besar enzim (tidak semua) merupakan protein

Enzim dihancurkan oleh panas, oleh asam kuat, atau basa kuat

Enzim mengubah substrat menjadi produk.

Substrat adalah substansi yang mengalami perubahan setelah bercampur dengan enzim

Produk adalah substansi baru yang terbentuk setelah reaksi mencapai keseimbangan.

• Enzim merupakan senyawa organik bermolekul besar yang berfungsi untuk mempercepat jalannya reaksi metabolisme di dalam tubuh /tumbuhan tanpa mempengaruhi keseimbangan reaksi.

• Enzim tidak ikut bereaksi, struktur enzim tidak berubah baik sebelum dan sesudah reaksi tetap.

• Bagian enzim yang aktif adalah sisi aktif dari enzim

ENZIM

1. Diproduksi oleh sel hidup. Namun aktifitasnya tidak tergantung dengan sel. Sehingga, enzim dapat bekerja ex vivo/in vitro.

2. Adanya suatu bagian non protein (disebut: ko faktor/ko enzim/ grup prostetik) dibutuhkan untuk aktifasi enzim. Namun beberapa enzim (E.G.: Pepsin & trypsin) tidak membutuhkan ko enzim.

Sifat Enzim

1. Enzim bersifat koloid, luas permukaan besar, bersifat hidrofil

2. Dapat bereaksi dengan senyawa asam maupun basa, kation maupun anion

3. Enzim sangat peka terhadap faktor-faktor yang menyebabkan denaturasi protein, misalnya suhu, PH dsb.

4. Enzim dapat dipacu maupun dihambat aktivitasnya

5. Enzim merupakan biokatalisator yang dalam jumlah sedikit memacu laju reaksi tanpa merubah keseimbangan reaksi

6. Enzim tidak ikut terlibat dalam reaksi, struktur enzim tetap baik sebelum maupun setelah reaksi berlangsung

7. Enzim bermolekul besar8. Enzim bersifat khas/spesifik

Spesifik: hanya cocok untuk satu macam substrat saja atau sekelompok kecil substrat yang susunanya hampir sama dan fungsinya sama

Reaksi Katalisasi Enzim

E + S ES E +P

1. Langkah pertama: Pembentukan komplek enzim2. Pembentukan ES meyebabkan pembentukan P3. E dibentuk lagi pada akhir reaksi

• E + S ES → E + P⇌• Enzyme + Substrate Enzyme-substrate ⇌

(transition) complex → Enzyme + Product

A B C DE1 E2 E3

E4

E5

9. Suhu: optimum 300C, minimum 0 0C, maksimum 400C10. Logam, memacu aktifitas enzim: Mg, Mn, Co, Fe11. Logam berat, menghambat aktivitas enzim: Pb, Cu, Zn, Cd, Ag12. pH, tergantung pada jenis enzimnya (pepsin aktif kondisi

asam, amilase kondisi netral, tripsin kondisi basa)13. Konsentrasi substrat, substrat yang banyak mula-mula

memacu aktifitas enzim, tetapi kemudian menghambat karena: penumpukan produk (feed back effect)

14. Konsentrasi enzim, peningkatan konsentrasi enzim memacu aktifitasnya

15. Air, memacu aktifitas enzim16. Vitamin, memacu aktifitas enzim

Molekul enzim terdiri dari: apoenzyme, dan koenzim (bagian non

protein)

Apo enzyme (Protein)

Co enzyme (Non protein)

Holo Enzyme

• Apo enzim : suatu enzim atau bagian enzim yang terdiri dari rantai polipeptidea , tanpa kofaktor nonprotein.

• Koenzim adalah Bagian enzim yang bukan protein.

• Holo enzim : suatu enzim yang mempunyai semua bagian komponen, termasuk apoenzim & koenzim.

• Suatu molekul enzim mempunyai grup aktif (grup fungsional) yang menangkap molekul substrat

• Molekul substrat ini melekat pada enzim pada suatu tempat, yang disebut: active site atau binding site atau catalytic site

• Grup fungsional:satu grup atom yang menunjukkan reaksi karakteristik bahan organik

Arsitektur dari Active Site

• Active site : Bagian dari enzim tempat substrat melekat dan reaksi berlangsung.

• Active site terdiri dari susunan tertentu dari rantai asam amino yang bertanggungjawab bagi aktifitas katalitik enzim.

• Suatu molekul enzim terdiri dari rantai polipeptida yang biasanya dalam srtuktur sekunder, atau tersier, atau kuartener.

The Structure of enzyme active site

Interaksi antara enzim dan substart dapat dijelaskan oleh dua model:

I. Hipotesa Fischer Lock and Key :Active site mempunyai struktur rigid yang sesuai/ cocok dengan substrat

II. Hipotesa Koshland Induced Fit :Aktive site fleksibel, yang menyesuaikan dengan struktur substrat hanya ketika substrat melekat pada enzim

I. Fisher = lock and key theory: kesesuaian bentuk telah ada sebelumnya

II. Koshland = induced fit theory: kesesuaian bentuk awalnya belum ada. Pengikatan substrat

menyebabkan perubahan konformasi enzim

aa bbcc

ES - Complex

“Active Site is Flexible”

SS

aabb

cc++

E

1. Fisher Lock Key Model

EnzymeEnzymea b ca b c

aa bbcc

ES - ComplexES - Complex

““Active Site is Active Site is Rigid”Rigid”

ssuubbssttrraattee

++

2. 2. Koshland Induced Fit Model Koshland Induced Fit Model

• Model2 ini menjelaskan aspek spesifisitas enzim

Yaitu: • Ezim menghambat secara spesifisitas kimia

dan stereokimia

Enzim menghambat secara spesifisitas, karena:

• Konformasi dari molekul komplek protein• Keunikan dari active site-nya • konfigurasi molekul substrat.

Spesifisitas kimia Dapat dipisahkan menjadi dua tipe spesifisitas: 1. Spesifisitas grup:

Enzim yang bekerja pada substart berbeda, tapi masih berhubunganContoh: Alcohol dehydrogenase mengkatalisis oksidasi sejumlah alkohol

2. Spesifisitas absolut: Enzim bekerja pada hanya satu macam substrat. Contoh: Glukokinase mengkatalisis transfer fosfat dari ATP hanya ke glukosa.

Spesifisitas stereokimia• Enzim hanya akan bekerja pada substart dengan bentuk

stereokimia spesifik.

Penamaan dan Klasifikasi Enzim 1.Penamaan enzim

Penamaan enzim biasanya menunjukkan substrat yang terlibat biasanya (dengan akhiran: -ase)

2 Klasifikasi enzim E.C of I.U.B (Enzyme Committee of International Union of Biochemistry) membagi enzim menjadi enam kelas utama, berdasarkan reaksi yang dikatalisasi.

Kelas enzim Tipe reaksi yg dikatalisasi

1. Oxidoreductases Reaksi Oxidation/Reduction

2. Transferases Mentransfer suatu atom atau grup antara dua molekul

3. Hydrolases Reaksi hidrolisis/memutuskan reaksi kimia dengan penambahan air

4. Lyases Memindahkan suatu grup dari substrat/ membentuk ikatan rangkap dengan melepaskan satu gugus kimia

5. Isomerases Reaksi Isomerasi

6. Ligases Penyatuan dua pasang molekul dengan pemecahan ikatan pirofosfat pada nukleotida trifosfate

Distribusi Enzim1. Lokasi enzim didalam sel tersebar diseluruh komponennya

dan memberi petunjuk tentang fungsi komponen sel tersebut

2. Enzim di inti : Terlibat dlm proses mempertahankan. Menyusun dan melindungi materi genetika

3. Enzim di mitokondria : Berkaitan dg proses oksidasi4. Enzim di mikrosom : bertg jwb dalam hidroksilasi, biosintesis hormon steroid. Metabolisme obat. Enzim di lisosom : memecah dan menghidrolisis suatu

substansi sehingga dapat dicerna oleh sel5. Enzim di badan golgi : utk sekresi protein6. Enzim dalam sitoplasma : mengkatalisis proses met KH dan

biosintesis asam lemak

Penghambatan aktifitas enzim ada dua tipe:1. Kompetitif: zat penghambat mempunyai struktur

yang mirip dengan substrat sehingga dapat bergabung dengan sisi aktif enzim. Terjadi kompetisi antara substrat dengan inhibitor untuk bergabung dengan sisi aktif enzim (misal feed back effect).

2. Non kompetitif: zat penghambat menyebabkan struktur enzim rusak sehingga sisi aktifnya tidak cocok lagi dengan substrat

Enzim dipengaruhi beberapa Faktor yaitu:

1. Temperatur2. pH3. Konsentrasi enzim4. Konsentrasi substrat5. Adanya inhibitor6. Adanya faktor lain

Efek temperatur Tingkat reaksi enzimatik meningkat dengan

peningkatan temperatur, sampai enzim hancur (denaturasi) dan aktifitas katalitik menghilang.

Efek pH Dengan mengubah pH, struktur tersier dari

enzim terurai, kemudian enzim terdenaturasi.

Efek konsentrasi enzim Jika sejumlah enzim pada reaksi digandakan,

jumlah substrat yang diubah menjadi produk juga ganda.

Efek konsentrasi substrat Penggandaan konsentrasi substart, laju reaksi

juga meningkat (ketika konsentrasi enzim tetap)

Kofaktor/Koenzim• Beberapa enzim (tidak semua) membutuhkan suatu

nonprotein untuk bekerja, disebut: Kofaktor. Kofaktor : bagian enzim yang tidak tersusun

dari protein, tetapi dari ion-ion logam atau molekul-molekul organik

Dua jenis enzim dalam mengkatalisis reaksi

Tanpa memerlukan Memerlukan adanya kofaktor kofaktor

Ko Faktor Dibagi menjadi: Group prostetik dan Koenzim

Jika strukturnya berikatan erat dengan molekul enzim, bagian non protein ini disebut grup prostetik.

Jika strukturnya berikatan lemah dengan molekul enzim, bagian ini disebut: koenzim

Ko Faktor

BahanBahan Sulit dipisahSulit dipisah Mudah dipisahMudah dipisah

OrganiOrganikk Grup prostetikGrup prostetik koenzimkoenzim

Non Non OrganiOrganikk

Grup prostetikGrup prostetik (E.g.: Heavy (E.g.: Heavy metals)metals)

AktivatorAktivator(E.g.: (E.g.: Heavy metals)Heavy metals)

Beberapa Poin Penting KoEnzim

1. Merupakan bahan organik yang dibutuhkan enzim untuk aktifitas katalitik

2. Sering merupakan vitamin atau derivat vitamin

3. Beberapa dapat bertindak sebagai katalis jika tidak ada enzim

4. Mereka membentuk bagian integral dari active site enzim.

Koenzim sering merupakan derivat vitamin B komplek.

B-Complex Vitamins: 1. Thiamine (Aneurin, Vit.

B1)2. Lipoic Acid 3. Riboflavin (Vit. B2)4. Niacin (Nicotinic Acid) 5. Pyridoxine (Vit. B6)6. Pantothenic Acid 7. Biotin (Vit. H)

8. Inositol9. Choline 10.Para Amino Benzoic

Acid (PABA)11.Folic Acid12.Cobamide (Vit. B12)13.Carnithine

• Dari pandangan struktural dan fisiologikal, tidak ada persamaan diantara vitamin B komplek

• Persamaannya hanyalah: Hampir semuanya berfungsi sebagai koenzim.

• Koenzim tidak hanya berfungsi membantu enzim memecah substrat juga sebagai bahan transfer gugus:

D - G

D

Co. E

Co.E - G

A - G

A

D : Donor

G : Group Transfer

A : Acceptor

Koenzim dapat diklasifikasikan berdasarkan gugus yang ditransfer:

1. Untuk transfer gugus selain hidrogen-gula fosfat: CoA.SH (--gugus tranfer asil)Thyamine pyrophosphate (-- gugus aldehid)Biotin (CO2)

Cobamide coenzymes (--gugus alkil)Lipoic acid (-- gugus asil)

2. Untuk transfer Hidrogen:NAD+, NADP+

FMN, FADCoenzymes Q

Beberapa Koenzim sebagai derivat Vitamin B kompleks

Co Enzyme Derivative of vitamin

Biocytin Biotin

Cobamide Cobalamine (B12)

FH4 Folic Acid

Nicotinamide Nicotinamide

Pyridoxal phosphate Pyridoxine (B6)

Thyaminpyro phosphate

Thiamin (B1)

Flavin Coenzymes Riboflavin (B2)

CoA.SH Panthotenic Acid

Lipoic Acid Lipoic Acid

NAD+ & NADP+

• Derivat asam nikotinat • Bekerja pada reaksi oksidasi/reduksi (yaitu

pada tranfer H+ dan elektron) pada metabolime piruvat, metabolisem lipid, glikolisis,dll

• Kebanyakan: NAD+ bekerja pada metabolisme katabolik NADP+ bekerja pada metabolisme anabolik

• Flavin nukleotida (FMN & FAD)- merupakan derivat riboflavin - bekerja pada reaksi oksidasi – reduksi

• Ko enzim A (CoA-SH)- Mengandung asam pantote- Bekerja pada beberapa proses metabolisme: metabolisme bioenergetika, metabolisme lipid, metabolisme karbohidrat, dll

• FH4 (Tetrahidrofolat)- Derivati asamfolat- Bekerja pada: metabolisme satu karbon dan eritropoesis

• TPP (Tiamin Pirofosfat)- Derivati Tiamin- Bekerja pada: proses Oksidatif-fosforilasi pada metabolisme bioenergetika, dan HMP (Hexose Monophosphate) shunt

• Kobamid Koenzim penting pada: eritropesis, sintesis asam nukleat dan sintesis protein.

• Piridoksal Fosfat - Derivat piridoksin - Bekerja pada proses dekarboksilasi dan transaminasi