ENZIM

LETAK ENZIM

                        Enzim umumnya merupakan protein globular dan ukurannya berkisar dari hanya 62 asam amino pada monomer 4-oksalokrotonat tautomerase^[10], sampai dengan lebih dari 2.500 residu pada asam lemak sintase.^[11] Terdapat pula sejumlah kecil katalis RNA, dengan yang paling umum merupakan ribosom; Jenis enzim ini dirujuk sebagai RNA-enzim ataupun ribozim. Aktivitas enzim ditentukan oleh struktur tiga dimensinya (struktur kuaterner).^[12] Walaupun struktur enzim menentukan fungsinya, prediksi aktivitas enzim baru yang hanya dilihat dari strukturnya adalah hal yang sangat sulit.^[13]

Kebanyakan enzim berukuran lebih besar daripada substratnya, tetapi hanya sebagian kecil asam amino enzim (sekitar 3–4 asam amino) yang secara langsung terlibat dalam katalisis.^[14] Daerah yang mengandung residu katalitik yang akan mengikat substrat dan kemudian menjalani reaksi ini dikenal sebagai tapak aktif. Enzim juga dapat mengandung tapak yang mengikat kofaktor yang diperlukan untuk katalisis. Beberapa enzim juga memiliki tapak ikat untuk molekul kecil, yang sering kali merupakan produk langsung ataupun tak langsung dari reaksi yang dikatalisasi. Pengikatan ini dapat meningkatkan ataupun menurunkan aktivitas enzim. Dengan demikian ia berfungsi sebagai regulasi umpan balik.

Sama seperti protein-protein lainnya, enzim merupakan rantai asam amino yang melipat. Tiap-tiap urutan asam amino menghasilkan struktur pelipatan dan sifat-sifat kimiawi yang khas. Rantai protein tunggal kadang-kadang dapat berkumpul bersama dan membentuk kompleks protein. Kebanyakan enzim dapat mengalami denaturasi (yakni terbuka dari lipatannya dan menjadi tidak aktif) oleh pemanasan ataupun denaturan kimiawi. Tergantung pada jenis-jenis enzim, denaturasi dapat bersifat reversibel maupun ireversibel.

KAITANNYA DENGAN FUNGSI

Fungsi suatu enzim ialah sebagai katalis untuk proses biokimia yang terjadi dalam sel maupun luar sel. Suatu enzim dapat mempercepat reaksi 10 sampai 11 kali lebih cepat daripada apabila reaksi tersebut dilakukan tanpa katalis. Berfungsi sebagai katalis yang sangat efisien, di samping itu mempunyai derajat kekhasan yang tinggi. Seperti juga katalis lainya, enzim dapat menurunkan energi aktivasi suatu reaksi kimia.

SIFAT ENZIM

A.  Merupakan protein

B.  Merupakan biokatalisator.

C.   Mempercepat reaksi kimia dengan jalan menurunkan energy aktivasi yaitu energy awal yang diperlukan untuk memulai reaksi kimia.

D.   Enzim bekerja spesifik artinya untuk mengubah atau mereaksikan suatu zat tertentu memerlukan zat tertentu pula.

E.   Bekerja sangat cepat

F.   Tidak ikut bereaksi (tidak mengalami perubahan).

G.  Tidak mengubah keseimbangan reaksi

H.   Memliki sifat aktif atau sisi katalitik yaitu bagian enzim tempat substrat berkombinasi.

I.      Substrat asing yang berfungsi menghambat reaksi disebut inhibitor dan yang berfungsi mempercepat reaksi  disebut activator

KATALISATOR

Istilah katalisator berawal dari penelitian Berzelius (1836) tentang proses proses pemercepatan laju reaksi dan menjabarkannya sebagai akibat adanya gaya katalisis. Sebutan “gaya” katalisis ternyata tidak terbukti, tetapi istilah katalisator tetap digunakan untuk menyebuitkan pengaruh substansi tertentu yang ikut dalam proses tanpa mengalami perubahan. Senyawa yang menurunkan laju reaksi biasa disebut sebagai katalisator negatif atau inhibitor, yang saat ini lebih dikenal dengan istilah katalis.

Definisi katalis pertama kali dikemukakan oleh Ostwalsd sebagai suatu substansi yang mengubah laju suatu reaksi kimia tanpa merubah besarnya energi yang menyertai reaksi tersebut. Pada tahun 1902 Ostwald mendefinisikkan katalis sebagai substansi yang mengubah laju reaksi tanpa terdapat sebagai produk pada akhir reaksi, dengan kata lain katalisator mempengaruhi laju reaksi dan berperan sebagai reaktan sekaligus produk reaksi. Selanjutnya pada tahun 1941, Bell menjelaskan substansi yang dapat disebut sebagai katalis suatu reaksi adalah ketika sejumlah tertentu substansi ditambahkan maka akan mengakibatkan laju reaksi bertambah dari laju pada keadaan stoikiometri biasa. Jika substansi tersebut ditambahkan pada reaksi maka tidak mengganggu kesetimbangan.

Penggolongan katalis dapat didasarkan pada fasenya yaitu katalis homogen dan katalis heterogen. Katalis heterogen adalah katalis yang ada dalam fase berbeda dengan pereaksi dalam reaksi yang dikatalisinya, sedangkan katalis homogen berada dalam fase yang sama. Katalis homogen umumnya bereaksi dengan satu atau lebih pereaksi untuk membentuk suatu perantara kimia yang selanjutnya bereaksi membentuk produk akhir reaksi, dalam suatu proses yang memulihkan katalisnya. Berikut ini merupakan skema umum reaksi katalitik, di mana C melambangkan katalisnya:

A + C → AC …………(1)

B + AC → AB + C …………(2)

A + B + C → AB + C …………(3)

Meskipun katalis (C) bereaksi dengan reaktan oleh reaksi 1, namun katalis dapat dihasilkan kembali oleh reaksi 2, sehingga untuk reaksi keseluruhannya menjadi reaksi (3).

Beberapa katalis ternama yang pernah dikembangkan di antaranya:

•    Katalis Asam-Basa

Katalis asam-basa sangat berperan dalam perkembangan kinetika kimia. Awal penelitian kinetika reaksi yang dikatalisis dengan suatu asam atau basa bersamaan dengan perkembangan teori dissosiasi elektrolit, dimana Ostwald dan Arrhenius membuktikan bahwa kemampuan suatu asam untuk mengkatalisis reaksi tersebut adalah tidak bergantung pada sifat asal anion tetapi lebih mendekati dengan sifat konduktivitas listriknya. Penelitian lain yang menggunakan katalis asam basa antara lain Kirrchoff yang meneliti hidrolisis pati oleh pengaruh asam encer, Thenard yang meneliti dekomposisin hidrogen peroksida oleh pengaruh basa dan Wilhelmy yang meneliti tentang inversi tebu yang dikatalisis dengan asam.

•    Katalis Ziegler-Natta

Katalis Ziegler-Natta ditemukaan poleh Ziegler pada tahun 1953 yang digunakan untuk polimerisasi etana, yang selanjutnya pada tahun 1955 Natta menggunakan katalis tersebut untuk polimerisasi propena dan monomer jenuh lainnya. Katalis Ziegler-Natta dapat dibuat dengan mencampurkan alkil atau aril dari unsur golongan 11-13 pada susunan berkala, dengan halida sebagai unsur transisi.Saat ini katalis Ziegler-Natta digunakan untuk produksi masal polietilen dan polipropilen.

•    Katalis Friedle-Crafts

Pada tahun 1877 Charles Friedel dan James M.Crafts mreakukan penelitian tentang pembuatan senyawa amil iodida dengan mereaksikan amil klorida dengan aluminium dan yodium yang ternyata menghasilkan hidrokarbon. Selanjutnya mereka menemukan bahwa pemakaian aluminium klorida dapat menggantikan alumunium untuk menghasilkan hidrokarbon. Dengan demikian Friedel dan Crafts merupakan orang pertama yang menunjukkan bahwa keberadaan logam klorida sangat penting sebagai reaktan atau katalis. Hingga saat ini penerapan kimia Friedel-Crafts sangat luas terutama di industri kimia.

•    Katalis dalam Reaksi Metatesis

Pada tahun 1970 Yves Chauvin dari Institut Francais du Petrole dan Jean-Louis Herrison menemukan katalis logam karbena (logam yang dapat berikatan ganda dengan atom karbon membentuk senyawa), atau dikenal juga dengan istilah metal alkilidena. Melalui senyawa logam karbena ini, Chauvin berhasil menjelaskan bagaimana susunan logam berfungsi sebagai katalis dalam suatu reaksi dan bagaimana mekanisme reaksi metatesis. Metatesis dapat diartikan sebagai pertukaran posisi atom dari dua zat yang berbeda. Contohnya pada reaksi AB + CD -> AC + BD, B bertukar posisi dengan C.

•    Katalis Grubbs

Perkembangan penemuan Chauvin dan Schrock terjadi tahun 1992 ketika Robert Grubbs dan rekannya Grubbs berhasil menemukan katalis metatesis yang efektif, mudah disintesis, dan dapat diaplikasikan di laboratorium secara baik. Mereka menemukan tentang logam rutenium tantalum, tungsten, dan molybdenum (komplek alkilidena) sebagai logam yang paling cocok sebagai katalis. Katalis menjadi standar pembanding untuk katalis yang lain. Penemuan katalis Grubbs secara tidak langsung menambah peluang kemungkinan sintesis organik di masa depan.

•    Sistem Katalis Tiga Komponen

Sebuah sistem katalis dengan tiga komponen berhasil digunakan untuk membuat polimer bercabang dengan struktur-struktur yang tidak bisa didapat dengan sebuah katalis tunggal atau sepasang katalis yang bekerja bergandengan. Pada tahun 2002 Guillermo C. Bazan, seorang profesor kimia dan material di University of California, Santa Barbara; mahasiswa pascasarjana Zachary J. A. Komon; dan rekan kerja di Santa Barbara dan Symyx Technologies sudah mendemonstrasikan sebuah sistem dengan tiga katalis yang homogen; ketiga campuran bekerja sama mengubah sebuah monomer tunggal – etilen – menjadi polietilen bercabang. Jumlah dan jenis cabang yang dihasilkan dapat dikontrol dengan menyesuaikan komposisi campuran katalisnya. Tiga katalis ini terdiri dari dua persenyawaan organonikel dan sebuah persenyawaan organotitanium. Satu dari katalis dengan unsur dasar nikel mengubah etilen menjadi 1-butena, sedangkan yang lainnya mengubah olefin menjadi penyebaran dari 1-alkena. Persenyawaan titanium menggabungkan etilen dari hasil reaksi-reaksi lainnya menjadi polietilen

PENGGOLONGAN DAN TATA NAMA ENZIM

Enzim digolongkan menurut reaksi yang diikutinya, sedangkan masing –masing enzim diberi nama menurut nama substratnya, misalnya uriase dan lain-lain. Disamping itu adapula beberapa enzim yang dikenal dengan nama lama misalnya pepsin, tripsin, dan lain-lain. Comision on Enzymes of the International Union of Biochemistry, membagi enzim dalam enam golongan besar. Penggolongan ini didasarkan atas reaksi kimia dimana enzim memegang peranan. Enam golongan tersebut ialah; 1) Oksidoreduktase, 2) Transferase, 3) Hidrolase, 4) Liase, 5) Isomerase, 6) Ligase

TATA NAMA ENZIM

Setiap proses biokimia yang terjadi dalam tubuh manusia menggunakan katalis enzim tertentu. Untuk membedakannya maka tiap enzim diberi nama. Secara umum nama tiap enzim disesuaikan dengan penambahan “ase” di belakangnya. Substrat adalah senyawa/zat yang bereaksi dengan bantuan enzim. Contoh enzim yang menguraikan urea (substrat) dinamakan urease.

Kelompok enzim sejenis diberi nama menurut fungsinya, misalnya hidrolase adalah kelompok enzim yang mempunyai fungsi sebagai katalis dalam reaksi hidrolisis. Disamping nama trivial (biasa) oleh Commission on Enziymes of the International Union of Biochemistry telah di tetapkan pula tata nama yang sistematik, disesuaikan dengan pembagian atau penggolongan enzim yang didasarkan pada fungsinya.

Suatu enzim bekerja khas terhadap suatu substrat tertentu. Kekhasan inilah ciri suatu enzim. Ini sangat berbeda dengan katalis lain (bukan enzim) yang dapat bekerja terhadap berbagai macam reaksi. Enzim urease hanya bekerja terhadap urea sebagai subsratnya namun ada juga enzim yang berkerja lebih dari satu substrat namun enzim tersebut tetap mempunyai kekhasan tertentu. Misalnya enzim esterase dapat menghidrolisis beberapa ester asam lemak tetapi tidak dapat menghidrolisis subrat lain yang ester. Suatu contoh tentang kekhasan ini misalnya enzim arginase bekerja terhadap L-arginin dan tidak terhadap D-arginin.

Suatu enzim dikatakan mempunyai kekhasan nisbi apabila ia dapat bekerja terhadap beberapa substrat misalnya esterase dan D-asam amino oksidase yang dapat bekerja D-asam amino dan L asam amino tetapi berbeda kecepatannya. Karena adanya kekhasan ini maka suatu enzim dapat digunakan untuk memisahkan komponen D dari L pada suatu campuran rasemik. Suatu asam amino tertentu sebagai substrat dapat mengalami berbagai reaksi dengan berbagai enzim. Kekhasan reaksi bukan disebabkan oleh koenzim tetapi oleh apoenzim. Misalnya enzim dekarboksilase bekerja sebagai katalis, sedangkan enzim transaminase bekerja terhadap pemindahan gugus –NH₂, tetapi mereka mempunyai koenzim yang sama yakni piridoksalfosfat.

KELAS ENZIM

Golongan 1. Oksidoreduktase

Enzim-enzim yang termasuk dalam golongan ini dibagi dalam dua golongan yaitu dehidrogenase dan oksidase. Dehidrogenase bekerja pada reaksi-reaksi dehidrogenase, yaitu reaksi pengambilan atom hidrogen dari suatu senyawa (donor). Hidrogen yang di lepas diterima oleh senyawa lain (akseptor). Reaksi pembentukan aldehida dari alkohol adalah contoh reaksi dehidrogenase. Enzim yang bekerja pada reaksi ini ialah alkohol dehidrolase. Di sini alkohol adalah donor hydrogen, sedangkan senyawa yang menerima hidrogen adalah suatu koenzim nikotinadenindinukleotida.

Alcohol dehidrogenase

Alkohol + NAD⁺ aldehida + NADH + H⁺

Gugus aldehida maupun keton dapat juga bertindak sebagai donor hidrogen, misalnya pada reaksi pembentukan asam gliserat-3-fosfat (asam 3-fosfogliserat) dari gliseraldehida-3-fosfat (3-fosfogliseraldehida).

Glutamat dehidrogenase adalah contoh enzim dehidrogenase yang bekerja terhadap asam glutamat sebagai substrat. Enzim ini banyak terdapat pada mitokondria dalam semua sel jaringan. Dalam reaksi ini asam glutamat diubah menjadi asam ketoglutarat.

Glutamat dehidrogenase

Asam Glutamat + NAD⁺ + H₂O NH₃ + asam ketoglutarat + NADH + H⁺

Reaksi ini khusus untuk L-asam glutamat sedangkan amonia yang terjadi pada reaksi inidapat diubah menjadi urea dan dikeluarkan dari dalam tubuh melalui urine.

Enzim-enzim oksidase juga bekerja sebagai katalis pada reaksi pengambilan hidrogen pada suatu substrat. Dalam reaksi ini yang bertindak selaku aseptor hidrogen ialah oksigen. Sebagai contoh enzim glukosa oksidase bekerja sebagai katalis pada reaksi oksidasi glukosa menjadi asam glukonat.

Alcohol dehidrogenase

glukosa + O₂ asam glukonat + H₂O₂

Xantin oksidase ialah enzim yang bekerja sebagai katalis pada reaksi oksidasi xantin menjadi asam urat. Contoh lain enzim oksidase ialah asam amino oksidase, yang bekerja sebagai katalis pada reaksi oksidasi asam-asam amino.

Glisin oksidase adalah enzim pada reaksi oksidasi glisin menjadi asam glioksilat. Enzim ini adalah suatu flavoprotein, yaitu suatu senyawa yang terdiri atas flavin yang berkaitan dengan protein. Enzim asam amino oksidase terdapat dalam jaringan hati dan ginjal.

Golongan 2. Transferase

Enzim yang termasuk golongan ini bekerja sebagai katalis pada reaksi pemindahan suatu gugus dari suatu senyawa pada suatu senyawa lain. Beberapa contoh enzim termasuk golongan ini, ialah metiltransferase, hidroksimetiltransferase, karboksiltransferase, asiltransferase, dan amino transferase atau disebut juga transaminase. Enzim metiltransferase bekerja pada reaksi pembentukan keratin dari asam guanidine asetat.

Pembentukan glisin dari serin merupakan reaksi pemindahan gugus hidroksi metil. Gugus ini dilepas dari molekul serin dengan dibantu oleh enzim hidroksimetil transferase.

Hidroksi metil transferase

CH₂ - CH - COOH CH₂ - COOH

OH NH₂ THFA NH₂

Serin Glisin

Dalam reaksi ini asam tetrahidrofolat (THFA) bekerja sebagai aseptor gugus beratom C satu. Enzim transaminase bekerja pada reaksi transaminase yaitu suatu reaksi pemindahan gugus amino dari suatu asam amino kepada senyawa lain. Contohnya asam glutamat + asam piruvat menghasilkan asam ketoglutarat dan alanin.

Golongan 3. Hidrolase

Enzim yang termasuk dalam kelompok ini bekerja sebagai katalis pada reaksi hidrolisis. Ada tiga jenis hidrolase, yaitu yang memecahkan ikatan ester, memecahkan glikosida dan yang memecahkan ikatan peptida. Contoh ialah esterase, lipase, fosfatase, amilase, amino peptidase, karboksi peptidase, pepsin, tripsin, kimotripsin.

Esterase ialah enzim yang memecah ikatan ester dengan cara hidrolisis. Esterase yang terdapat dalam hati dapat memecah ester sederhana, misalnya etil butirat menjadi etanol dan asam butirat. Lipase ialah enzim yang memecah ikatan ester pada lemak, sehingga terjadi asam lemak dan gliserol. Fosfatase adalah enzim yang dapat memecah ikatan fosfat pada suatu senyawa, misalnya glukosa –6-fosfat dapat dipecah menjadi glukosa dan asam fosfat. Bisa ular mengandung enzim ini.

Amilase dapat memecah ikatan-ikatan pada amilum hingga terbentuk maltosa. Ada tiga macam enzim amilase, yaitu a-amilase, b-amilase, d- amilase. a-amilase terdapat dalam saliva (ludah) dan pankreas. Enzim ini memecah ikatan 1-4 yang terdapat pada amilum dan disebut endo amilase sebab enzim ini memecah bagian dalam atau bagian tengah molekul amilum. b-amilase terutama terdapat pada tumbuhan dan dinamakan eksoamilase sebab memecah dua unit glukosa yang terdapat pada ujung molekul amilum secara berurutan sehingga pada akhirnya terbentuk maltosa. d-amilase telah diketahui terdapat dalam hati. Enzim ini dapat memecah 1-4 dan 1-6 pada glikogen dan menghasilkan glukosa.

Enzim yang bekerja sebagai katalis dalam reaksi pemecahan molekul protein dengan cara hidrolisis disebut enzim proteolitik atau protease. Oleh karena yang dipecah adalah ikatan pada rantai pepetida, maka enzim tersebut dinamakan juga peptidase. Ada dua macam peptidase, yaitu endopeptidase dan eksopeptidase. Endopeptidase memecah protein pada tempat-tempat tertentu dalam molekul protein dan biasanya tidak mempengaruhi gugus yang terletak diujung molekul. Sebagai contoh endopeptidase ialah enzim pepsin yang terdapat dalam usus halus dan papain suatu enzim yang terdapat dalam pepaya.

Eksopeptidase bekerja terhadap dua ujung molekul protein. Karboksipeptidase dapat melepas asam amino yang memiliki gugus –COOH bebas pada ujung molekul protein, sedangkan amino peptidase dapat melepas asam amino pada ujung lain yang memiliki gugus –NH₂ bebas.H

HOOC - C - NH - CO ---------------- NH - CO - CH – NH₂

R karboksil amino R

peptidase peptidase

Dengan demikian eksopeptida melepas asam amino secara berurutan dimulai dari asam amino pada molekul protein hingga seluruh molekul terpecah menjadi asam amino.

Golongan 4. Liase

Enzim golongan ini mempunyai peran penting dalam reaksi pemisahan suatu gugus dari suatu substrat (bukan cara hidrolisis) atau sebaliknya. Contoh enzim golongan ini antara lain dekarboksilase, aldolase, hidratase. Piruvat dekarboksilase adalah enzim yang bekerja pada reaksi dekarboksilase asam piruvat dan menghasilkan aldehida.

O

CH₂ - C – C CH₃ – C – H + CO₂

O OH O

Enzim aldolase bekerja pada reaksi pemecahan molekul fruktosa 1,6-difosfat menjadi dua molekul triosa yaitu hidroksi aseton fosfat dan gliseraldehida-3-fosfat. Adapun enzim fumarat hidratase berperan dalam reaksi penggabungan satu molekul H₂O kepada molekul asam fumarat dan membentuk asam malat.

Golongan 5. Isomerase

Enzim yang termasuk golongan ini bekerja pada reaksi perubahan intramolekuler, misalnya reaksi perubahan glukosa menjadi fruktosa, perubahan senyawa L menjadi senyawa D, senyawa sis menjadi senyawa trans dan lain-lain. Contoh enzim ini antara lain; ribulosafosfat epimerase dan glukosafosfat isomerase. Enzim ribose epimerase merupakan katalis bagi reaksi epimerisasi ribulosa. Dalam reaksi ini ribulosa-5- fosfat diubah menjadi xilulosa-5-fosfat. Disamping itu reaksi isomerisasi glukosa –6-fosfat menjadi fruktosa-6- fosfat dapat berlangsung dengan bantuan enzim glukosa fosfat isomerase.

epimerase

Ribulosa-5-fosfat xilulosa-5-fosfat

isomerase

Glukosa -6 -fosfat fruktosa -6-fosfat

Golongan 6 ligase

Enzim yang termasuk dalam golongan ini bekerja pada reaksi-reaksi penggabungan dua molekul. Oleh karenanya enzim-enzim tersebut juga dinamakan sintetase. Ikatan yang terbentuk dari penggabungan tersebut adalah ikatan C-O, C-S, C-N atau C-C. Contoh enzim golongan ini ialah glutamin sintetase dan piruvat karboksilase. Enzim glutamin sintetase yang terdapat dalam otak dan hati merupakan katalis dalam reaksi pembentukan glutamin dari asam glutamat.

Glutamin + ATP + NH₄⁺ glutamin + ADP + P_anorg

Di samping itu enzim karboksilase bekerja dalam reaksi pembentukan asam oksaloasetat dan asam piruvat.

Asetil KoA

Asam piruvat + ATP + CO₂ asam oksaloasetat + ADP + P_anorg

Piruvat karboksilase

Reaksi ini merupakan sebagian dari reaksi metabolisme karbohidrat.

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, dan 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.

A. Metaloenzim dan enzim yang diaktifkan logam

Lazim 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.

B. Kompleks rangkap tiga enzim-logam-substrat

Untuk banyak “ternary” (3 komponen) kompleks yang dibentuk antara active site enzim (Enz), suatu ion logam (M), dan suatu substrat (S) yang menyesuaikan diri dengan stoikiometri sederhana 1:1:1,4 skema yang mungkin terbentuk adalah :

Walaupun semua 4 skema adalah mungkin untuk enzim yang diaktifkan logam, metaloenzim tidak dapat membentuk kompleks jembatan substrat karena mereka mempertahankan logam selama pemurnian (yaitu, berada sebagai Enz-M)

Selain data pengikatan logam, teksik yang garis besarnya tergantung pada daftar 6-2 membantu memastikan skema mana yang beroperasi.

Daftar 2 mencatat beberapa enzim untuk mana skema koordinasi telah ditetapkan.

Dari ini dan muncul data lainya, muncul 2 kesimpulan :

1. Sebagian besar tetapi tidak semua kinase (ATP : fosfotransferase) membentuk kompeks jembatab substrat dari jenis enz-nukleotida-M.

2. Fosfotransferase yang memakai priruvat atau fosfoenolpiruvat sebagai substrat, enizm yang mengkatalisis rekasi lain dari fosfoennolpiruvat, dan karboksilase membentuk kompleks jembatan logam

C. Kompleks 3 komponen (ternary compleks)

Daftar 6-3 mencatat 3 enzim sebagai pembentuk kompleks jembatan substrat dan kompleks jembatan enzim. Ini kaarena merka membentuk satu jenis kompleks jembatan dengan satu substrat dan jenis lain dengan yang lainya. Suatu teksik yang berguna untuk penyelidikan kompleks logam yang dibentuk oleh 2 substrat enzim adalah untuk membentuk ternary (3 komponen) kompleks “abortif” antara enzim, ion logam, salah satu substrat, dan salah satu produk.

Kompleks disebut abortif karena mereka tidak dapat menghasilkan suatu reaksi (produk adalah dimana substrat harusnya berada). Kestabilanya memudahkan penyelidikan. Data pengurangan proton menunjukan bahwa piruvat kinase dan kreatin kinase membentuk ternary kompleks abortif dari jenis yang diperhatikan dibawah ini.

 Daftar 1. Teknik percobaan untuk menentukan pola koordinasi yang terdapat antara enzim, ion logam, dan substrat. (NMR, nuclear magnetic resonance; ESR, electron spin resonance.)

Enz-S-M

Kompleks jembatan enzim

M

Enz

S

Enz-M-S

Kompleks jembatan logam siklik

Enz-S-M

Kompleks jembatan substrat

Enz-M-S

Kompleks jembatan logam sederhana

Piruvat kinase

Mn

A

Piruvat

Kreatin kinase

ADP-Mn

Teknik Percobaan	Pola Koordinasi
	Enz-S-M			Enz-M-S atau			M-Enz-S
Pengaruh Ca2+	Biasanya mengaktifkan				Biasanya menghambat		Mengaktifkan atau menghambat
ESR Substrat dengan Enz-Mn			Memperbesar relaksasi inti substrat				Memperkecil relaksa inti substrat
Spektrum Esr dari Mn pada M-S dan pada komplek tersier		Spektrum identik				Spektrum berbeda
Spektrum ESR dari Fe atau Cu pada kompleks tersier			Pemisahan yang sangat halus oleh inti magnet substrat				Tidak ada pemisahan yang sangat halus

Kreatin

Daftar 2. Pola koordinasi kompleks terner enzim-logam substrat dari beberapa enzim.Enzim-enzim yang bertanda (+) membentuk pola koordinasi yang berbeda dengan tiap-tiap subtsratnya. Dalam hal ini, substrat yang bersangkutan disusun dalam kurung.

Jembatan Substrat (Enz-S-M)	Jembatan logam (Enz-M-S) atau	Jembatan enzim (M-Enz-S)
Kreatin kinase Adenilat kinase 3-Fosfogliserat kinase Heksokinase Tetrahidrofolat sintetase + UDPG-Piro- fosforilase (S=UTP) +Triptofan RNA sintetase (S=ATP) +Valin RNA (S=ATP)	Piruvat kinase Pep Karboksilase Ribosa difosfat Karboksilase PEP karboksilase PEP sintase Enolase Fosfoglukomutase Pirofosfosfatase Anorganik Histidin deaminase D-Xilosa isomerase Aldolase Karboksipeptidase β-Metilaspartase DNA-polimerase Nuklease stafilokok	Sitras liase Dopamin hidroksi Lasesilae Glutamin sitetase +UDPG pirofosforilase + Triptofan Rna sitetase (S=Ppi) +Valin RNA sintetase (S=Ppi)

Perhatikan bahwa Mn membentuk suatu kompleks jembatan logam siklik dengan satu kinase (privat kinase) dan suatu kompleks jembatan substrat dengan yang lainya (kreatin kinase). Hasilnya, piruvat dan kreatin, membentuk suatu kompleks jembatan enzim dengan hbunganya dengan logam. Juga perhatikan

S

M

Enz

S

M

Enz

bahwa, bila ADP kompleks abortif diganti oleh ATP, suatu reaksi akan terjadi. Data jenis ini dipakai untuk memberi kesan sifat kompleks yang aktif, dan katalitik.

D. Komplekd-jembatan-enzim (M-Enz-S):

Secara perbandingan sedikit diketahui tentang peranan logam pada kompleks jembatan-enzim. Mereka diduga melakukan peranan struktural, mungkin mempertahankan konformasi aktif (misalnya, glutamin sintetase). Peranan ion logam tidak perlu dibatasi pada stabilisasi, karena logam dapat juga membentuk jembatan logam dengan substrat. Ini terjadi dengan piruvat kinase.

Selain peranan strukturalnya, ion logam pada piruvat kinase tampak mengikat satu substrat (ATP) pada tempat dan mengaktifkannya.

E. Kompleks jembatan-substrat (Enz-S-M)

Pembentukan ternary kompleks jembatan substrat nukleosida trifosfat dengan enzim, logam, dan substrat nampaknya duhubungkan dengan penggantian air oleh ATP lingkaran koordinasi logam.

ATP^4- + M(H₂O)₆²⁺ ATP- M(H₂O)₃²⁺ + 3H₂O

Substrat kemudian berikatan dengan enzim membentuk kompleks ternary :

ATP + M(H₂O)₃²⁺ + Enz Enz- ATP- M(H₂O)₃²⁺

Sementara reaksi enzim pertama denagn ATP dan selanjutnya dengan logam dapat lebih cepat, ini tidak di[pikirkan dapat terjadi dalam keadaan fisiologis karena konsentrasi enzim intrasel umumnya jauh dibawah konsentrasi ATP atau ion logam. Fungsi ion logam pada reaksi fosfotransferase pembentukan suatu kompleks lifosfat-adenin yang kaku dari konformasi yang sesuai dalam kompleks kwaterner yang aktif.

F. Kompleks jembatan-logam :

Kristalografi sinar-X dan data rangkaian peptida telah menetapkan bahwa residu histidil adalah yang mengatur pengikatan logam pada active site banyak protein (misalnya, karboksipeptidase A, sitokrom c, rubredoksin, metmioglobin, dan methemoglobin). Akan tetapi, sedikit diketahui mengenai mekanisme pembentukan kompleks binary (2 komponen) Enz-M, kecuali bahwa langkah pembatasan kecepatan (=rate limiting step0 pada banyak kasus adalah penyingkiran air dari lingkungan koordinasi ion logam. Untuk banyak peptidase pengaktifan oleh ion logam adalah proses yang lambata yang memerlukan beberapa jam untuk

S

M

Enz

Kreatin

ATP

M

Piruvat kinase

Enz-M-S or

penyelesaianya. Karena Mn dapat bergerak dari satu residu asam amino ke residu asam amino lainya dalam mikrodetik, kecepatan pengikatan logam diperkirakan sangat cepat. Reaksi yang lambat mungkin adalah rangkaian penyusunan binary Enz-M ke konformasi yang aktif, yaitu: Pengikatan logam.

Enz + M(H₂O)₆²⁺ Enz- M(H₂O)_6-n²⁺ + _nH₂O

Penyusunan kembali menjadi konformasi aktif (Enz) :

G. Peranan ion logam pada katalisis

Ion logam dapat berpartisipasi dalam salah satu dari 4 mekanisme yang dipakai enzim untuk mempercepat kecepatan reaksi kimia :

            1. katalisis asam-asam umum,

            2. katalisis kovalen,

            3. Mendekatkan pereaksi, dan

            4. Mengadakan tekanan pada enzim atau substrat.

Ion logam, seperti proton, adalah asam Lewis atau elektrotil dan oleh karena itu dapat menerima bagian alam pasangan elektron yang membentuk ikatan sigma. Ion logam juga dapat dianggap “super acids” karena mereka terdapat pada larutan yang netral, sering mempunyai muatan posotif yang lebih besar dari pada satu, dan dapat membentuk ikatan pi. Selain (dan tidak sperti proton) itu, logam dapat berperan sebagai cetakan 3-dimensi untuk orientasi dan ikatan gugus basa yang terdapat pada enzim atau substrat.

Ion logam juga dapat menerima elektron melalui ikatan sigma atau pi untuk mengaktifkan elektrofil atau nukleofil (katalis asam-basa umum). Denagan memberikan elektron, logam dapat mengaktifkan nukleofil atau berperan sebagai nukleofil itu sendiri. Lingkaran koordinasi logam dapat mempersatukan enzim dan substrat (pendekatan) atau membentuk distorasi yang menghasilakan chelate pada enzim atau substrat (tekanan0. suatu ion logam uga dapat “menyelubungi’ nukleofil dan karena itu mencegah reaksi sampingan yang sebaliknya mungkin timbul. Akhirnya, pengaturan stereokimia dicapai oleh kemampuan lingkaran koordinasi logam untuk beerperan sebagai cetakan 3-dimensi untuk mengikat gugus-gugus reaktif pada orientsi sterik yang sfesisik.

Daftar. Contoh-contoh peranan ion logam pada mekanisme kerja enzim

ENZIM	Peranan kerja enzim
Histidin deaminase Kinase, liase, piruvat dekarboksilase Anhidrase karbonat Enzim kobamida Piruvat karboksilase, Karboksi peptidase, alkohol dehidrogenase Protein besi nonhem Piruvat kinase, piruvat karboksilase Fosfotransferase, D-xilosa isomerase, hemoprotein.	Menutupi nukleofil Mengaktifkan elektrofil Mengaktifkan nukleofil Logam berperan sebagai nukleofil Menarik elektron π Donor elektron π Ion logam berkumpul dan mencari ikatan Pengaruh tekanan

Rangkuman

Enzim merupakan katalisator protein yang mengatur kecepatan berlangsungnya berbagai proses fisiologis. Sebagai katalisator, enzim ikut serta dalam reaksi dan kembali ke keadaan semula bila reeaksi telah selesai.

cepat

Enz-M-S or

S

M

Enz

Enz-M + S

Enzim bekerja mengkatalisis reaksi yang spesifik yaitu suatu enzim hanya dapat mengatalisa beberapa reaksi, malahan seringkali hanya satu reaksi saja. Ini merupakan salah satu sifat penting enzim. Kespesifikan enzim dapat dibedakan dalam kespesifikan Optik dan kespesifikan Gugus.

Temperatur, pH, konsentrasi substrat, konsentrasi enzim, inhibitor mengubah kecepatan reaksi yang dikatalisis enzim dengan implikasi yang penting bagi kesehatan dan penyakit.

Fungsi klasifikasi enzim adalah untuk menekan hubungan dan persamaan dengan cara yang tepat dan singkat. Sistem IUB (Internasional Union of Biochemistry) untuk klasifikasi enzim menggolongkan enzim dalam enam kelas utama yaitu kelas Oksidoreduktase, Transferase, Hidrolase, Liase, Isomerase, Ligase yang masing-masing kelas mempunyai 4 hingga 13 subkelas.

Banyak enzim memerlukan molekul koenzim untuk dapat berfungsi sebagai katalisator. Enzim kelas 1,2,5,6 sistem IUB memerlkan molekul koenzim yang umumnya merupakan derivat vitamin B dan juga derivat nukleotida AMP.

Mekanisme kerja enzim digunakan untuk mempercepat kecepatan reaksi melalui 3 contoh yang akan diberikan : katalis asam dan basa pada umumnya, katalis oleh ion-ion logam, dan katalis oleh enzim yang mengandung piridoksal fosfat

GUGUS  FUNFSIONAL

Gugus fungsional (istilah dalam kimia organik) adalah kelompok gugus khusus pada atom dalam molekul, yang berperan dalam memberi karakteristik reaksi kimia pada molekul tersebut. Senyawa yang bergugus fungsional sama memiliki reaksi kimia yang sama atau mirip.

Berikut adalah daftar gugus fungsional yang sering dijumpai. Di dalam penulisan rumus, simbol R dan R' selalu menyatakan ikatan hidrogen atau rantai hidrokarbon, atau suatu gugus atom.

Kelas kimiawi	Gugus	Rumus	Rumus struktural	Awalan	Akhiran	Contoh
Asil halida	Haloformil	RCOX		haloformil-	-oil halida	Asetil klorida (Etanoil klorida)
Alkohol	Hidroksil	ROH		hidroksi-	-ol	Metanol
Aldehida	Aldehida	RCHO		okso-	-al	Asetaldehida (Etanal)
Alkana	Alkil	RH		alkil-	-ana	Metana
Alkena	Alkenil	R2C=CR2		alkenil-	-ena	Etilena (Etena)
Alkuna	Alkinil	RC≡CR'		alkinil-	-una	Asetiluna (Etuna)
Amida	Karboksamida	RCONR2		karboksamido-	-amida	Asetamida (Etanamida)
Amina	Amina primer	RNH2		amino-	-amina	Metilamina (Metanamina)
	Amina sekunder	R2NH		amino-	-amina	Dimetilamina
	Amina tersier	R3N		amino-	-amina	Trimetilamina
	Ion amonium 4°	R4N+		amonio-	-amonium	Kolin
Senyawa azo	Azo (Diimida)	RN2R'		azo-	-diazene	Metil oranye (asam p-dimetilamino-azobenzenasulfonat)
Turunan toluen	Benzil	RCH2C6H5 RBn		benzil-	1-(substituen)toluen	Benzil bromida (1-Bromotoluen)
Karbonat	Ester karbonat	ROCOOR			alkil karbonat
Karbosilat	Karbosilat	RCOO−		karboksi-	-oat	Natrium asetat (Natrium etanoat)
Asam karboksilat	Karboksil	RCOOH		karboksi-	asam -oat	Asam asetat (Asam etanoat atau asam cuka)
Sianat	Sianat	ROCN		sianato-	alkil sianat
	Tiosianat	RSCN		tiosianato-	alkil tiosianat
Eter	Eter	ROR'		alkoksi-	alkil alkil eter	Dietil eter (Etoksi etana)
Ester	Ester	RCOOR'			alkil alkanoat	Etil butirat (Etil butanoat)
Haloalkana	Halo	RX		halo-	alkil halida	Kloroetana (Etil klorida)
Hidroperoksida	Hidroperoksi	ROOH		hidroperoksi-	alkil hidroperoksida	Metil etil keton peroksida
Imina	Ketimina primer	RC(=NH)R'		imino-	-imina
	Ketimina sekunder	RC(=NR)R'		imino-	-imina
	Aldimina primer	RC(=NH)H		imino-	-imina
	Aldimina sekunder	RC(=NR')H		imino-	-imina
Isosianida	Isosianida	RNC		isosiano-	alkyl isosianida
Isosianat	Isosianat	RNCO		isosianato-	alkil isosianat	Metil isosianat
	Isotiosianat	RNCS		isotiosianato-	alkyl isotiosianat	Alil isotiosianat
Keton	Keton	RCOR'		keto-, okso-	-on	Metil etil keton (Butanon)
Nitrat	Nitrat	RONO2		nitrooksi-, nitroksi-	alkil nitrat	Amil nitrat (1-nitrooksipentana)
Nitril	Nitril	RCN		siano-	alkananitril alkil sianida	Benzonitril (Fenil sianida)
Nitrit	Nitrit	RONO		nitrosooksi-	alkil nitrit	Amil nitrit (3-metil-1-nitrosooksibutana)
Senyawa nitro	Nitro	RNO2		nitro-		Nitrometana
Senyawa nitroso	Nitroso	RNO		nitroso-		Nitrosobenzena
Peroksida	Peroksi	ROOR		peroksi-	alkil peroksida	Di-tert-butil peroksida
Turunan benzena	Fenil	RC6H5		fenil-	-benzena	Kumen (2-fenilpropana)
Fosfina	Fosfino	R3P		fosfino-	-fosfana	Metilpropilfosfana
Fosfodiester	Fosfat	HOPO(OR)2		asam fosforat di(substituen) ester	di(substituen) hidrogenfosfat	DNA
Asam fosfonat	Fosfono	RP(=O)(OH)2		fosfono-	asam substituen fosfonat	Asam benzilfosfonat
Fosfat	Fosfat	ROP(=O)(OH)2		fosfo-		Gliseraldehida 3-fosfat
Turunan piridin	Piridil	RC5H4N		4-piridil (piridin-4-yl) 3-piridil (piridin-3-yl) 2-piridil (piridin-2-yl)	-piridin	Nikotin
Sulfida		RSR'			di(substituen) sulfida	Dimetil sulfida
Sulfona	Sulfonil	RSO2R'		sulfonil-	di(substituent) sulfona	Dimetil sulfona (Metilsulfonilmetana)
Asam sulfonat	Sulfo	RSO3H		sulfo-	asam substituen sulfonat	Asam benzensulfonat
Sulfoksida	Sulfinil	RSOR'		sulfinil-	di(substituen) sulfoksida	Difenil sulfoksida
Tiol	Sulfhidril	RSH		merkapto-, sulfanil-	-tiol	Etanatiol (Etil merkaptan)

KOMPLEK ENZIM SUBSRAT

Suatu enzim mempunyai kekhasan yaitu hanya bekerja pada suatu reaksi saja. Untuk dapat bekerja pada suatu zat atau substrat harus ada hubungan atau kontak antara enzim dan substrat. Suatu enzim mempunyai ukuran yang lebih besar daripada substrat. Oleh karena itu tidak seluruh bagian enzim dapat berhubungan dengan substrat.

Hubungan antara substrat dengan enzim hanya terjadi pada bagian atau tempat tertentu saja. Tempat atau bagian enzim yang mengadakan hubungan atau kontak dengan substrat dinamai bagian aktif (actif site). Sisi aktif ini disebut juga sisi katalitik atau sisi pengikatan substrat. Sisi aktif memiliki gugus fungsional spesifik untuk pengikatan molekul substrat spesifik. Ada dua model sisi aktif dalam hubungannya dengan pengikatan substrat yakni:

Model Kunci dan anak kunci (Lock and Key), model ini dikemukakan oleh Fisher. Artinya pengikatan substrat dan enzim ditentukan oleh persisnya struktur sisi aktif dan substrat. Sering disebut model kaku karena hanya berguna untuk menerangkan mekanisme kerja enzim-enzim tertentu.

Model Induced-fit, diajukan oleh Daniel Koshland. Merupakan model yang luwes karena sisi pengikat substrat bukan merupakan struktur yang kaku. Sisi aktifnya dapat mengalami perubahan konformasi sampai membentuk kedudukan yang tepat agar enzim dan substrat membentuk ikatan.

Hubungan hanya mungkin terjadi apabila bagian aktif mempunyai ruang yang tepat dapat menampung substrat. Apabila substrat mempunyai bentuk atau konformasi lain, maka tidak dapat ditampung pada bagian aktif suatu enzim. Dalam hal ini enzim itu tidak dapat berfungsi terhadap substrat. Hal ini menjelaskan mengapa tiap enzim mempunyai kekhasan terhadap substrat tertentu.

Hubungan atau kontak antara enzim dengan substrat menyebabkan terjadinya kompleks enzim-substrat. Kompleks ini merupakan kompleks yang aktif, yang bersifat sementara dan akan terurai lagi apabila reaksi yang diinginkan telah terjadi. Secara sederhana sekali penguraian suatu senyawa atau substrat oleh suatu enzim dapat digambarkan sebagai berikut :

Enzim (E) + Substrat (S) Kompleks enzim-substrat( ES)

Enzim (E) + hasil reaksi (P)

Gambar 5.1 Model Pengikatan Enzim (E) dan Substrat (S)

KOFAKTOR

Beberapa enzim tidak memerlukan komponen tambahan untuk mencapai aktivitas penuhnya. Namun beberapa memerlukan pula molekul non-protein yang disebut kofaktor untuk berikatan dengan enzim dan menjadi aktif.^[38] Kofaktor dapat berupa zat anorganik (contohnya ion logam) ataupun zat organik (contohnya flavin dan heme). Kofaktor dapat berupa gugus prostetik yang mengikat dengan kuat, ataupun koenzim, yang akan melepaskan diri dari tapak aktif enzim semasa reaksi.

Enzim yang memerlukan kofaktor namun tidak terdapat kofaktor yang terikat dengannya disebut sebagai apoenzim ataupun apoprotein. Apoenzim beserta dengan kofaktornya disebut holoenzim (bentuk aktif). Kebanyakan kofaktor tidak terikat secara kovalen dengan enzim, tetapi terikat dengan kuat. Namun, gugus prostetik organik dapat pula terikat secara kovalen (contohnya tiamina pirofosfat pada enzim piruvat dehidrogenase). Istilah holoenzim juga dapat digunakan untuk merujuk pada enzim yang mengandung subunit protein berganda, seperti DNA polimerase. Pada kasus ini, holoenzim adalah kompleks lengkap yang mengandung seluruh subunit yang diperlukan agar menjadi aktif.

Contoh enzim yang mengandung kofaktor adalah karbonat anhidrase, dengan kofaktor seng terikat sebagai bagian dari tapak aktifnya

KOENZIM

Koenzim adalah kofaktor berupa molekul organik kecil yang mentranspor gugus kimia atau elektron dari satu enzim ke enzim lainnya.^[38][40][41] Contoh koenzim mencakup NADH, NADPH dan adenosina trifosfat. Gugus kimiawi yang dibawa mencakup ion hidrida (H^–) yang dibawa oleh NAD atau NADP⁺, gugus asetil yang dibawa oleh koenzim A, formil, metenil, ataupun gugus metil yang dibawa oleh asam folat, dan gugus metil yang dibawa oleh S-adenosilmetionina. Beberapa koenzim seperti riboflavin, tiamina, dan asam folat adalah vitamin.

Oleh karena koenzim secara kimiawi berubah oleh aksi enzim, adalah dapat dikatakan koenzim merupakan substrat yang khusus, ataupun substrat sekunder. Sebagai contoh, sekitar 700 enzim diketahui menggunakan koenzim NADH.^[42]

PROENZIM

Proenzim atau zimogen merupakan enzim yang diproduksi dalam bentuk inaktif. Ada dua tujuan utama pembentukan proenzim ini, yaitu: (1) Melindungi tubuh dari proses autodigesti; (2) Melayani kebutuhan enzim tertentu dengan cepat. Sebagai contoh misalnya pepsinogen, tripsiogen dan kemotripsinogen.

ISOENZIM

Bentuk molekul enzim tidak selalu sama pada suatu spesies. Variasi bentuk dapat muncul pada suatu enzim dengan fungsi yang sama karena mutasi atau "kesalahan" dalam proses transkripsi. Jika variasi terjadi pada bagian enzim yang aktif (gugus aktif), kemungkinan besar enzim tidak berfungsi sama sekali. Sementara itu, jika variasi terjadi pada bagian enzim yang tidak aktif yang terjadi biasanya perubahan pada daya kerja enzim tetapi enzim masih tetap berfungsi. Variasi ini dikenal sebagai isoenzim atau isozim.

Isoenzim merupakan produk dari gen-gen yang homolog sehingga belum tentu berasal dari lokus yang sama. Isoenzim yang berasal dari lokus yang sama dikenal sebagai allozim (dari allozyme, "allelic enzyme").

Variasi yang disebabkan oleh mutasi dapat diwariskan dan dapat digunakan sebagai pembeda antara satu varietas dengan varietas yang lain karena menunjukkan polimorfisme.

Setiap isoenzim bermuatan listrik berbeda-beda (karena perubahan urutan asam amino penyusunnya) sehingga akan bergerak dengan kecepatan yang berbeda pula pada elektroforesis. Perilaku ini dimanfaatkan dalam genetika molekular untuk membedakan suatu sampel dengan sampel yang lain.

KINETIKA ENZIM

Mekanisme reaksi enzimatik untuk sebuah subtrat tunggal. Enzim (E) mengikat substrat (S) dan menghasilkan produk (P).

Kinetika enzim menginvestigasi bagaimana enzim mengikat substrat dengan mengubahnya menjadi produk. Data laju yang digunakan dalam analisa kinetika didapatkan dari asai enzim.

Pada tahun 1902, Victor Henri^[43] mengajukan suatu teori kinetika enzim yang kuantitatif, namun data eksperimennya tidak berguna karena perhatian pada konsentrasi ion hidrogen pada saat itu masih belum dititikberatkan. Setelah Peter Lauritz Sørensen menentukan skala pH logaritmik dan memperkenalkan konsep penyanggaan (buffering) pada tahun 1909^[44], kimiawan Jerman Leonor Michaelis dan murid bimbingan pascadokotoralnya yang berasal dari Kanada, Maud Leonora Menten, mengulangi eksperimen Henri dan mengkonfirmasi persamaan Henri. Persamaan ini kemudian dikenal dengan nama Kinetika Henri-Michaelis-Menten (kadang-kadang juga hanya disebut kinetika Michaelis-Menten).^[45] Hasil kerja mereka kemudian dikembangkan lebih jauh oleh G. E. Briggs dan J. B. S. Haldane. Penurunan persamaan kinetika yang diturunkan mereka masih digunakan secara meluas sampai sekarang .^[46]

Salah satu kontribusi utama Henri pada kinetika enzim adalah memandang reaksi enzim sebagai dua tahapan. Pada tahap pertama, subtrat terikat ke enzim secara reversible, membentuk kompleks enzim-substrat. Kompleks ini kadang-kadang disebut sebagai kompleks Michaelis. Enzim kemudian mengatalisasi reaksi kimia dan melepaskan produk.

Kurva kejenuhan suatu reaksi enzim yang menunjukkan relasi antara konsentrasi substrat (S) dengan kelajuan (v).

Enzim dapat mengatalisasi reaksi dengan kelajuan mencapai jutaan reaksi per detik. Sebagai contoh, tanpa keberadaan enzim, reaksi yang dikatalisasi oleh enzim orotidina 5'-fosfat dekarboksilase akan memerlukan waktu 78 juta tahun untuk mengubah 50% substrat menjadi produk. Namun, apabila enzim tersebut ditambahkan, proses ini hanya memerlukan waktu 25 milidetik.^[47] Laju reaksi bergantung pada kondisi larutan dan konsentrasi substrat. Kondisi-kondisi yang menyebabkan denaturasi protein seperti temperatur tinggi, konsentrasi garam yang tinggi, dan nilai pH yang terlalu tinggi atau terlalu rendah akan menghilangkan aktivitas enzim. Sedangkan peningkatan konsentrasi substrat cenderung meningkatkan aktivitasnya. Untuk menentukan kelajuan maksimum suatu reaksi enzimatik, konsentrasi substrat ditingkatkan sampai laju pembentukan produk yang terpantau menjadi konstan. Hal ini ditunjukkan oleh kurva kejenuhan di samping. Kejenuhan terjadi karena seiring dengan meningkatnya konsentrasi substrat, semakin banyak enzim bebas yang diubah menjadi kompleks substrate-enzim ES. Pada kelajuan yang maksimum (V_max), semua tapak aktif enzim akan berikatan dengan substrat, dan jumlah kompleks ES adalah sama dengan jumlah total enzim yang ada. Namun, V_max hanyalah salah satu konstanta kinetika enzim. Jumlah substrat yang diperlukan untuk mencapai nilai kelajuan reaksi tertentu jugalah penting. Hal ini diekspresikan oleh konstanta Michaelis-Menten (K_m), yang merupakan konsentrasi substrat yang diperlukan oleh suatu enzim untuk mencapai setengah kelajuan maksimumnya. Setiap enzim memiliki nilai K_m yang berbeda-beda untuk suatu subtrat, dan ini dapat menunjukkan seberapa kuatnya pengikatan substrat ke enzim. Konstanta lainnya yang juga berguna adalah k_cat, yang merupakan jumlah molekul substrat yang dapat ditangani oleh satu tapak aktif per detik.

Efisiensi suatu enzim diekspresikan oleh k_cat/K_m. Ia juga disebut sebagai konstanta kespesifikan dan memasukkan tetapan kelajuan semua langkah reaksi. Karena konstanta kespesifikan mencermikan kemampuan katalitik dan afinitas, ia dapat digunakan untuk membandingkan enzim yang satu dengan enzim yang lain, ataupun enzim yang sama dengan substrat yang berbeda. Konstanta kespesifikan maksimum teoritis disebut limit difusi dan nilainya sekitar 10⁸ sampai 10⁹ (M^-1 s^-1). Pada titik ini, setiap penumbukkan enzim dengan substratnya akan menyebabkan katalisis, dan laju pembentukan produk tidak dibatasi oleh laju reaksi, melainkan oleh laju difusi. Enzim dengan sifat demikian disebut secara katalitik sempurna ataupun secara kinetika sempurna. Contoh enzim yang memiliki sifat seperti ini adalah karbonat anhidrase, asetilkolinesterase, katalase, fumarase, β-laktamase, dan superoksida dismutase.

Kinetika Michaelis-Menten bergantung pada hukum aksi massa, yang diturunkan berdasarkan asumsi difusi bebas dan pertumbukan acak yang didorong secara termodinamik. Namun, banyak proses-proses biokimia dan selular yang menyimpang dari kondisi ideal ini, disebabkan oleh kesesakan makromolekuler (macromolecular crowding), perpisahan fase enzim/substrat/produk, dan pergerakan molekul secara satu atau dua dimensi.^[48] Pada situasi seperti ini, kinetika Michaelis-Menten fraktal dapat diterapkan.^{[49][50][51][52]}

Beberapa enzim beroperasi dengan kinetika yang lebih cepat daripada laju difusi. Hal ini tampaknya sangat tidak mungkin. Beberapa mekanisme telah diajukan untuk menjelaskan fenomena ini. Beberapa protein dipercayai mempercepat katalisis dengan menarik substratnya dan melakukan pra-orientasi substrat menggunakan medan listrik dipolar. Model lainnya menggunakan penjelasan penerowongan kuantum mekanika, walaupun penjelasan ini masih kontroversial.^[53][54] Penerowongan kuantum untuk proton telah terpantau pada triptamina.^[55

INHIBITOR KOMPETITIF

Pada inihibisi kompetitif, inhibitor dan substrat berkompetisi untuk berikatan dengan enzim. Seringkali inhibitor kompetitif memiliki struktur yang sangat mirip dengan substrat asli enzim. Sebagai contoh, metotreksat adalah inihibitor kompetitif untuk enzim dihidrofolat reduktase. Kemiripan antara struktur asam folat dengan obat ini ditunjukkan oleh gambar di samping bawah. Perhatikan bahwa pengikatan inhibitor tidaklah perlu terjadi pada tapak pengikatan substrat apabila pengikatan inihibitor mengubah konformasi enzim, sehingga menghalangi pengikatan substrat. Pada inhibisi kompetitif, kelajuan maksimal reaksi tidak berubah, namun memerlukan konsentrasi substrat yang lebih tinggi untuk mencapai kelajuan maksimal tersebut, sehingga meningkatkan K_m.

ENZIM ALLOSTRENIK DAN SIFATNYA

Enzim alosterik mengubah strukturnya sesuai dengan efektornya. Modulasi ini dapat terjadi secara langsung, di mana efektor mengikat tapak ikat enzim secara lngsung, ataupun secara tidak langsung, di mana efektor mengikat protein atau subunit protein lain yang berinteraksi dengan enzim alosterik, sehingga memengaruhi aktivitas katalitiknya.