Biokimia Enzim Dr. Retno Sintowati

Enzymes 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.

Kespesifikan Enzim 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

Kofaktor Enzim 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

Beberapa 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

Beberapa 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) Aldehid Gugus asil Gugus alkil Karbon dioksida Gugus amino Gugus metil, metilen, formil,formimino

Enzymes 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 Kata 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)

What 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

Lanj. 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 :

Lanj 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

Penggolongan enzim Pemindahan elektron Oksidoreduktase 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 Oksidoreduktase Transferase Hidrolase Liase Isomerase Ligase

“Lock and Key” 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

Enzyme-Substrate Complex 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)

Enzyme-Substrate Complex Drawing

Examples of Active Sites

Induced Fit Theory 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

Mechanisms of Catalysis 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

Mechanisms of Catalysis Polypeptides cannot by themselves catalyze all of the biologically important reactions. Use coenzymes and cofactors

KONDISI YANG MEMPENGARUHI AKTIVITAS ENZIM Temperature pH Kadar enzim Kadar substrat Ada tidaknya senyawa inhibitor(Heavy Metal Ions) *everything that affect a protein affect an enzyme because ENZYMES ARE PROTEINS

ION-ION LOGAM BERAT Dapat mengganggu aktivitas enzimatik 4/23/2018 ION-ION LOGAM BERAT Dapat mengganggu aktivitas enzimatik Ketika berhadapandengansisi aktif enzim, penggantian ion yang asli dengan ion logam berat akan mengakibatkan malfungsi dan denaturasi enzim

Extremes of Temperature 4/23/2018 Extremes of Temperature 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

pH Changes on Enzyme Activity 4/23/2018 pH Changes on Enzyme Activity 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

Inhibitors Competitive Inhibitors 4/23/2018 Inhibitors Competitive Inhibitors Compete with substrate for the enzymes Do not affect Vmax Raise the apparent Km

Noncompetitive Inhibitors Do not affect Km Lower Vmax Slows down dissociation of ES

PENGATURAN ENZIM ada 4 JALUR : Pengendalian alosterik (sisi lain) Modifikasi kovalen yang reversibel Aktivasi proteolitik Stimulasi dan inhibisi oleh pengendali

ALOSTERIK -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-treonin L-Isoleusin E1 E2, E3, E4, E5 Dehidratase treonin 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 : 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.

Modifikasi kovalen yg reversibel  sifat katalitik berubah jk tjd pengikatan gugus fosforil scr kovalen aktif Sisi katalitik ratio inaktif + fosforil Modifikasi kovalen Aktivasi katalitik berubah Perubahan ratio

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

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

... 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 KIMOTRIPSINOGEN INAKTF 1 TRIPSIN Л -kimotripsin 1 15 16 245

aktivasi & inhibisi oleh pengendali kalmodulin kerja inaktivasi Tergantung 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

Isoenzim 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

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

Makna Klinis Gangguan terhadap pembentukan enzym dan terhadap faktor-faktornya akan terjadi gangguan homeostasis tubuh Diagnosis penyakit Toksikologi dan Farmakoterapi Biologi molekuler

Streptokinase in Breaking Down Blood Clots 4/23/2018 Streptokinase in Breaking Down Blood Clots 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