BiokimiaBiokimia: : mempelajari unsur-unsur kimia mempelajari unsur-unsur kimia beserta proses-proses yang berlangsung beserta proses-proses yang berlangsung terhadap unsur-unsur tersebut di dalam tubuh terhadap unsur-unsur tersebut di dalam tubuh makhluk hidup makhluk hidup

→→meliputi meliputi pemecahan molekul menjadi bentuk yang pemecahan molekul menjadi bentuk yang

sederhanasederhana (katabolisme)(katabolisme) pembentukan senyawa-senyawa penting pembentukan senyawa-senyawa penting

yang berperan untuk perkembanganyang berperan untuk perkembangan sel/ sel/ pertumbuhanpertumbuhan ((anabolisme)anabolisme)

Proses-proses tersebut berlangsung sangat Proses-proses tersebut berlangsung sangat lambat sehingga tidak bisa menopang lambat sehingga tidak bisa menopang kehidupan jika tidak dikatalisis oleh enzim. kehidupan jika tidak dikatalisis oleh enzim.

Enzim: Enzim: biokatalisatorbiokatalisator yang dibentuk dari yang dibentuk dari makromolekul protein dengan BM bervariasi makromolekul protein dengan BM bervariasi

memiliki karakter sama dengan protein memiliki karakter sama dengan protein

Protein terdiri dari Asam aminoProtein terdiri dari Asam amino

HH

++HH33N N CC COOH COOH

RR

Ikatan Peptida Ikatan Peptida PolypeptidaPolypeptida

STRUKTUR STRUKTUR PROTEIN PROTEIN

StrukturStruktur PrimerPrimer : Susunan asam amino: Susunan asam amino StrukturStruktur SekunderSekunder : : -helix, lipatan -helix, lipatan StrukturStruktur TertierTertier : satu sub-unit protein: satu sub-unit protein StrukturStruktur KwaternerKwaterner : keseluruhan : keseluruhan

protein (gabungan 2 atau lebih tertier)protein (gabungan 2 atau lebih tertier)

Asam amino merupakan komposis dari Asam amino merupakan komposis dari subunit Protein.subunit Protein.

Denaturasi proteinDenaturasi protein : :

Rusaknya struktur Protein ke 4, 3 dan Rusaknya struktur Protein ke 4, 3 dan 22Bahan-bahan yang membuat Bahan-bahan yang membuat denaturasi : denaturasi : - panas- panas

- pelarut organik- pelarut organik- basa atau asam kuat - basa atau asam kuat

- detergents - detergents - logam berat (Pb,Hg)- logam berat (Pb,Hg)

Sifat-sifat enzimSifat-sifat enzim : :

1.1. Merobah Merobah substratsubstrat menjadi menjadi produkproduk

2.2. Tidak turut dalam reaksi, hanya mempercepat reaksi Tidak turut dalam reaksi, hanya mempercepat reaksi ((katalisatorkatalisator))

3.3. Mempunyai Mempunyai Active siteActive site (catalytic site) (catalytic site)

4.4. Catalytic efficiency tinggi : Catalytic efficiency tinggi : 101033 - 10 - 1088

Sifat-sifat enzim :Sifat-sifat enzim :

5.5. Specificity tinggiSpecificity tinggi : hanya untuk 1 jenis reaksi : hanya untuk 1 jenis reaksi

6.6. Mempunyai Mempunyai Cofactor (ion) /CoenzymeCofactor (ion) /Coenzyme (vitamin) (vitamin)7.7. Dapat diregulasiDapat diregulasi : distimulasi atau diinhibisi. : distimulasi atau diinhibisi.

8.8. Lokasi di dalam selLokasi di dalam sel : tertentu : tertentu

Berdasarkan tipe dan mekanisme reaksiBerdasarkan tipe dan mekanisme reaksi Nama enzim dikenal dengan menambahkanNama enzim dikenal dengan menambahkan akhiran ase pada substrat yang dihidrolisisakhiran ase pada substrat yang dihidrolisis LipaseLipase : menghidrolisis lipid : menghidrolisis lipid AmilaseAmilase : menghidrolisis amilum : menghidrolisis amilum ProteaseProtease : menghidrolisis protein : menghidrolisis protein Gugus enzim mengkatalisis reaksi yang sama diberi Gugus enzim mengkatalisis reaksi yang sama diberi

nama sesuai jenis reaksi yang dikatalisisnya nama sesuai jenis reaksi yang dikatalisisnya dehidrogenase dehidrogenase : mengkatalisis reaksi dehidrogenasi: mengkatalisis reaksi dehidrogenasi transferasetransferase : mengkatalisis reaksi pemindahan : mengkatalisis reaksi pemindahan gugus gugus

Sistem IUB : dengan garis besar sistemSistem IUB : dengan garis besar sistem::

1. Reaksi dan enzim yang mengkatalisis terdiri dari 6 1. Reaksi dan enzim yang mengkatalisis terdiri dari 6

kelas utama,masing – masing mempunyai 4-13 kelas utama,masing – masing mempunyai 4-13 sub kelas sub kelas

2. Nama enzim terdiri dari 2 bagian, nama pertama2. Nama enzim terdiri dari 2 bagian, nama pertama menunjukkan substrat,nama kedua berakhiranmenunjukkan substrat,nama kedua berakhiran ase,menyatakan reaksi yang dikatalisisase,menyatakan reaksi yang dikatalisis

3. Keterangan tambahan untuk menerangkan reaksi.3. Keterangan tambahan untuk menerangkan reaksi. Bila diperlukan dapat ditulis dalam tanda kurungBila diperlukan dapat ditulis dalam tanda kurung

pada bagian akhir pada bagian akhir 4. Setiap enzim punya kode sistemik yang mencirikan4. Setiap enzim punya kode sistemik yang mencirikan

tipe reaksi kedalam kelas (digit pertama), sub kelas tipe reaksi kedalam kelas (digit pertama), sub kelas (digit kedua) dan sub kelas (digit ketiga)(digit kedua) dan sub kelas (digit ketiga)

1. 1. OksidoreduktaseOksidoreduktase : : mengkatalisir reaksimengkatalisir reaksi oksidasi – reduksi .oksidasi – reduksi .

CHCH33 – CH – COO – CH – COO -- + NAD + NAD++

OH OH

(Lactate)(Lactate)

CHCH33 – C – COO – C – COO -- + NADH + H + NADH + H++

OO

(Pyruvate)(Pyruvate) Enzim : Enzim : Lactate dehydrogenaseLactate dehydrogenase

2. 2. TransferaseTransferase : : mengkatalisir transfer dari mengkatalisir transfer dari gugus yang mengandung C, N, gugus yang mengandung C, N,

P.P.

CHCH22 – CH – COO – CH – COO –– + THF + THF OH NHOH NH33

+ +

(Serine)(Serine)

CHCH22 – COO – COO –– + THF–CH + THF–CH22

NHNH33++

(Glycine)(Glycine)

EnzimEnzim : : Serine hydroxymethyl transferase.Serine hydroxymethyl transferase.

3. 3. HydrolaseHydrolase : mengkatalisir pemecahan : mengkatalisir pemecahan ikatan dengan penambahan ikatan dengan penambahan

air.air.

NHNH22 – C – NH – C – NH22 + H2O + H2O COCO22 + 2 NH + 2 NH33 O O

(Urea)(Urea)

EnzimEnzim : : UreaseUrease (Kebanyakan enzim pencernaan adalah (Kebanyakan enzim pencernaan adalah

golongan Hydroxylase) golongan Hydroxylase)

4. 4. LyaseLyase : addisi dari suatu gugus pada suatu : addisi dari suatu gugus pada suatu ikatan rangkap atau sebaliknya ikatan rangkap atau sebaliknya

tanpa tanpa menggunakan air menggunakan air H H

CHCH33 – C – COO – C – COO -- CH CH3 3 - CH + CO- CH + CO22 OO O O

(Pyruvate) (Acetaldehyde)(Pyruvate) (Acetaldehyde)

EnzimEnzim : : Pyruvate decarboxylasePyruvate decarboxylase

5. 5. IsomeraseIsomerase :: mengkatalisis interkonversi isomer-mengkatalisis interkonversi isomer- isomer optik, geometri atau posisi isomer optik, geometri atau posisi (keseimbangan antara dua (keseimbangan antara dua

isomer) isomer)

L ALANIN L ALANIN alanin rasemerasealanin rasemerase D ALANIN D ALANIN

6.6. Ligase : mengkatalisis reaksi pembentukan Ligase : mengkatalisis reaksi pembentukan pasangan ikatan rangkap antara atom C dan pasangan ikatan rangkap antara atom C dan O,S, N dengan menghidrolisis energi O,S, N dengan menghidrolisis energi phosphatephosphate

. . CHCH33 – C – COO – C – COO -- + CO + CO22

OO (Pyruvate) ATP(Pyruvate) ATP ADP + Pi ADP + Pi

HOOC - CHHOOC - CH2 2 - C-COO - C-COO ––

O O (Oxaloacetate) (Oxaloacetate) EnzymeEnzyme : : Pyruvate carboxylasePyruvate carboxylase

Kecepatan reaksi enzimatis dipengaruhi olehKecepatan reaksi enzimatis dipengaruhi oleh

faktor:faktor: Keasaman atau pHKeasaman atau pH SuhuSuhu Konsentrasi enzimKonsentrasi enzim Konsentrasi substratKonsentrasi substrat Ada tidaknya senyawa inhibitorAda tidaknya senyawa inhibitor

Selain komponen protein, banyak enzim Selain komponen protein, banyak enzim memerlukan penyusun “non protein”guna memerlukan penyusun “non protein”guna berfungsi sebagai katalisberfungsi sebagai katalis

Beberapa enzim membutuhkan kofaktor Beberapa enzim membutuhkan kofaktor (contohnya ion Cl) agar aktifitasnya tidak (contohnya ion Cl) agar aktifitasnya tidak menurunmenurun

KoenzimKoenzim merupakan molekul organik yang merupakan molekul organik yang terikat pada bagian protein enzim tertentu, terikat pada bagian protein enzim tertentu, diperlukan untuk aktifitas enzim tertentudiperlukan untuk aktifitas enzim tertentu

Kadang-kadang berfungsi juga sebagai Kadang-kadang berfungsi juga sebagai Co-SubstratCo-SubstratTerikat secara kovalent (grup Prosthetic) atau Terikat secara kovalent (grup Prosthetic) atau

nonkovalent dengan Apoenzimnonkovalent dengan ApoenzimReaksi Reaksi Lysis Lysis termasuk termasuk Hydrolisa, Hydrolisa, tidak tidak

membutuhkan Coenzimmembutuhkan CoenzimCoenzim dibagi atas fungsinya untuk mentransfer : Coenzim dibagi atas fungsinya untuk mentransfer :

transfer transfer Hidrogen :Hidrogen :NADNAD++, NADP, NADP++

FMN, FADFMN, FADLipoic acidLipoic acidCoenzyme Q Coenzyme Q

Transfer grup Transfer grup selain Hidrogen :selain Hidrogen :CoA.SHCoA.SHThiamin pyrophosphateThiamin pyrophosphatePyridoxal phosphatePyridoxal phosphateFolate coenzymFolate coenzymCobamide (BCobamide (B1212) coenzym) coenzym

Lipoic AcidLipoic AcidMerupakan derivat vitamin yang larut dalam air Merupakan derivat vitamin yang larut dalam air

((B kompleksB kompleks) setelah dimodifikasi.) setelah dimodifikasi.

Kompleks fungsional protein ditambah dengan Kompleks fungsional protein ditambah dengan faktorfaktorpelengkap koenzim disebut pelengkap koenzim disebut ”holoenzim””holoenzim”

Bagian protein yang bebas dari kofaktor Bagian protein yang bebas dari kofaktor disebut disebut ”apoenzim””apoenzim”

Jenis enzim yang membutuhkan ko-enzim Jenis enzim yang membutuhkan ko-enzim mencakup enzim yang mengkatalisis reaksimencakup enzim yang mengkatalisis reaksi: :

- Oksidasi reduksi- Oksidasi reduksi - Pemindahan gugus - Pemindahan gugus - Isomerisasi - Isomerisasi - Reaksi pembentukan ikatan kovalen - Reaksi pembentukan ikatan kovalen

Enzim bisa terdapat di Enzim bisa terdapat di intraselulerintraseluler dan dan ekstrasellulerekstraselluler Lokasi enzim intraselluler berdasarkan Lokasi enzim intraselluler berdasarkan fungsi fungsi

organellaorganella di intraselluler tersebut di intraselluler tersebut Enzim yang berhubungan dengan nukleus berperan Enzim yang berhubungan dengan nukleus berperan

dalam dalam pemeliharaan, pembaharuan dan pengunaan pemeliharaan, pembaharuan dan pengunaan aparatus genetikaparatus genetik

Enzim mitokhondria berhubungan dengan reaksi Enzim mitokhondria berhubungan dengan reaksi pengumpul energi atau reaksi oksidatifpengumpul energi atau reaksi oksidatif

Enzim yang berhubungan dengan ribosom Enzim yang berhubungan dengan ribosom memperkembangkan biosintesis proteinmemperkembangkan biosintesis protein

Lisosom Lisosom mengandung enzim-enzim yang mengandung enzim-enzim yang mengkatalitis mengkatalitis hidrolisis bahan-bahan yang hidrolisis bahan-bahan yang diperlukan seldiperlukan sel

Enzim sitoplasma mengkatalisis jenis Enzim sitoplasma mengkatalisis jenis metabolisme metabolisme KH(glikolisis) biosintesis asam lemakKH(glikolisis) biosintesis asam lemak

Kompartmentasi enzim ini memudahkan Kompartmentasi enzim ini memudahkan pengaturan proses metabolikpengaturan proses metabolik

Enzim dengan aktifitas katalitik yang sama,tapi Enzim dengan aktifitas katalitik yang sama,tapi dalam bentuk fisik yang berbeda,kompartment dalam bentuk fisik yang berbeda,kompartment berbeda berbeda IsozimIsozim

A. A. Collision TheoryCollision Theory Untuk bereaksi molekul-molekul harus salingUntuk bereaksi molekul-molekul harus saling

membenturmembentur Untuk satu benturan yang berhasil (menghasilkan Untuk satu benturan yang berhasil (menghasilkan

reaksi) molekul-molekul harus punya cukup energi reaksi) molekul-molekul harus punya cukup energi untuk mengatasi sawar/barrier energiuntuk mengatasi sawar/barrier energi

Faktor-faktor yang meningkatkan kecepatan reaksi Faktor-faktor yang meningkatkan kecepatan reaksi harus :harus :-- menaikkan energi kinetika pada pada molekul yang menaikkan energi kinetika pada pada molekul yang

bereaksibereaksi-- menurunkan rintangan energi untuk menaikkan reaksi menurunkan rintangan energi untuk menaikkan reaksi--meningkatkan frekwensi benturanmeningkatkan frekwensi benturan

B. Lock and Key TheoryB. Lock and Key Theory Sifat enzim dalam mengkatalisis berbagai reaksi kimia Sifat enzim dalam mengkatalisis berbagai reaksi kimia

karena kemampuannya berikatan dengan berbagai karena kemampuannya berikatan dengan berbagai macam molekulmacam molekul

Menurut Emil Fischer lewat teori ”Menurut Emil Fischer lewat teori ”Lock and KeyLock and Key” ” enzim harus berikatan dengan substrat pada tempat enzim harus berikatan dengan substrat pada tempat yang tepat sehingga menghasilkan reaksi yang tepat sehingga menghasilkan reaksi

Tempat pada enzim berikatan dengan substratnya Tempat pada enzim berikatan dengan substratnya untuk melakukan proses katalitik disebut untuk melakukan proses katalitik disebut ”Tempat ”Tempat Katalitik/Tempat Aktif”Katalitik/Tempat Aktif”

Tempat aktif berupa celah atau retakan berupa Tempat aktif berupa celah atau retakan berupa kesatuan tiga dimensi terbentuk oleh gugus yang kesatuan tiga dimensi terbentuk oleh gugus yang berasal dari berbagai bagian urutan asam aminoberasal dari berbagai bagian urutan asam amino

Bagian lain dari protein pembentuk enzim diluar Bagian lain dari protein pembentuk enzim diluar tempat aktif disebut sebagai tempat aktif disebut sebagai “Tempat Allosterik”“Tempat Allosterik”

Ciri yang kurang menguntungkan dari model lock and Ciri yang kurang menguntungkan dari model lock and key ini adalah kekakuan tempat aktifkey ini adalah kekakuan tempat aktif

Model ini masih dipakai untuk memahami tempat Model ini masih dipakai untuk memahami tempat sifat tertentu enzim mis;pengikatan secara berurutan sifat tertentu enzim mis;pengikatan secara berurutan dua atau lebih substratdua atau lebih substrat

C. Induced Fit TheoryC. Induced Fit Theory

Model yang lebih umum dari Daniel Model yang lebih umum dari Daniel Koshland:Koshland:Induced FitInduced Fit (kesesuaian terinduksi)(kesesuaian terinduksi)

Substrat menimbulkan/menginduksi perubahan Substrat menimbulkan/menginduksi perubahan bentuk dalam enzim bentuk dalam enzim

Gambar 2. Model Induced Fit dari Koshland Raff A, et al 2002

InhibitorInhibitor

Inhibisi aktifitas enzim dapat berupa molekul kecil Inhibisi aktifitas enzim dapat berupa molekul kecil spesifik atau ion, obat dan bahan beracunspesifik atau ion, obat dan bahan beracun

Inhibisi enzim dapat berlangsung secara Inhibisi enzim dapat berlangsung secara reversibel reversibel atau atau irreversibel, kompetitifirreversibel, kompetitif dan dan non kompetitifnon kompetitif

Inhibitor kompetitif membentuk molekul yang mirip Inhibitor kompetitif membentuk molekul yang mirip dengan substrat untuk enzim tersebut, akibatnya dengan substrat untuk enzim tersebut, akibatnya enzim mengikat inhibitor membentuk kompleks EnzIenzim mengikat inhibitor membentuk kompleks EnzI

Inhibitor kompetitif ditandai dengan ikatan yang sangat Inhibitor kompetitif ditandai dengan ikatan yang sangat erat dengan enzim sasaranerat dengan enzim sasaran

Suatu enzim dapat dihambat secara kompetitif oleh Suatu enzim dapat dihambat secara kompetitif oleh produknya sendiriproduknya sendiri

Enzyme Inhibition (Mechanism)

I

I

S

S

S I

I

I II

S

Competitive Non-competitive Uncompetitive

EE

Different siteCompete for

active siteInhibitor

Substrate

Ca

rtoo

n G

uid

eEq

uatio

n an

d De

scrip

tion

[II] binds to free [E] only,and competes with [S];increasing [S] overcomesInhibition by [II].

[II] binds to free [E] or [ES] complex; Increasing [S] cannot overcome [II] inhibition.

[II] binds to [ES] complex only, increasing [S] favorsthe inhibition by [II].

E + S → ES → E + P + II↓EII

←

↑

E + S → ES → E + P + + II II↓ ↓EII + S →EIIS

←

↑ ↑

E + S → ES → E + P + II ↓ EIIS

←

↑

EI

S X

Enzim dalam plasma darahEnzim dalam plasma darah

1. Enzim fungsional1. Enzim fungsional

- Melakukan fungsi fisiologis dalam darah- Melakukan fungsi fisiologis dalam darah

- Terdapat dalam darah dalam konsentrasi sama atau- Terdapat dalam darah dalam konsentrasi sama atau

lebih tinggi dari dalam jaringanlebih tinggi dari dalam jaringan

C/Enzim pembekuan darahC/Enzim pembekuan darahTrombinTrombin

2. Enzim non fungsional2. Enzim non fungsional

- Tidak melakukan fungsi fisiologis dalam darah- Tidak melakukan fungsi fisiologis dalam darah

- Kadar dalam darah sampai sejuta kali lipat lebih rendah- Kadar dalam darah sampai sejuta kali lipat lebih rendah

dari di jaringan dari di jaringan