Bagaimana Enzim Bekerja dan Faktor yang Mempengaruhinya?

KERJA ENZIM

Definisi Enzim

Enzim adalah biokatalis yang dihasilkan oleh jaringan yang meningkatkan laju reaksi kimia atau mengaktifkan senyawa lain secara spesifik. Biokatalis adalah senyawa organik yang bekerja mempercepat reaksi tetapi tidak bereaksi.

Karakteristik enzim adalah sebagai berikut:

Enzim merupakan Protein.
Enzim sebagai katalisator dapat meningkatkan laju reaksi sekitar 107-1013 kali lebih cepat dari katalis non enzim.
Enzim dapat menurunkan energi aktivasi suatu reaksi.
Enzim mempunyai sifat spesifitas yang menyebabkan enzim sangat memilih substrat yang akan dikenali, diikat dan diolah lebih lanjut.
Enzim Menurunkan Energi Aktivasi.
Enzim merupakan senyawa yang jauh lebih kecil sehingga reaksi dapat berlangsung di dalam sel.
Enzim dalam proses katalisis suatu reaksi, enzim bereaksi terlebih dahulu dengan substrat sehingga terbentuklah senyawa baru atau kompleks seperti rumus: E + S - - ES -- E + P

Enzim dihasilkan oleh sel-sel di dalam tubuh banyak sekali enzim yang adalah di tubuh yang berfungsi dalam reaksi-reaksi kimia di dalam tubuh salah satu proses metabolisme tubuh. Enzim disintesis oleh dan di dalam sel. Enzim akan disintesis jika sel mempunyai gen untuk enzim tersebut. Di dalam sel banyak terdapat organel-organel sel. Organel lisosom memiliki 40 jenis enzim hidrolitik asam, seperti protease, nuklease, glikosidase,lipase, fosfolipase, fosfatase, ataupun sulfatase yang dibentuk dalam RE kasar dan dibawa ke Lisosom. Lisosom adalah organel sel yang berfungsi untuk mencerna atau menghancurkan benda-benda asing atau bagian sel yang tidak diperlukan lagi, termasuk dalam mencerna patogen yang masuk dalam sel. Enzim di Lisosom menghidrolisa setiap makromolekul biologis, hasil degradasi dikeluarkan ke sitoplasma. Semua enzim tersebut aktif pada pH :5 (Asam hidrolase), kelompok Enzim yang ada didalam organel sel lisosom tersebut dinamakan lisozim (not ribozim).

Bagaimana Kerja Enzim

Dua model telah diusulkan untuk menjelaskan bagaimana enzim bekerja yaitu enzim berikatan dengan substrat:

1) Model Key And Lock (Kunci dan Gembok)

Model ini dipublikasikan oleh Emil Fisher pada tahun 1894, yang menyatakan bahwa bentuk molekul substrat dengan sisi aktif enzim serupa dengan anak kunci dengan kuncinya.

2) Model Induced-fit (Kecocokan)

model diusulkan pada tahun 1958 oleh Daniel E. Koshland, Jr. Pada model ini substrat menyebabkan perubahan konformasi pada bagian sisi aktif enzim.

Spesifikasi Kerja Enzim

Enzim mempunyai sifat spesifitas yang menyebabkan enzim sangat memilih substrat yang akan dikenali, diikat dan diolah lebih lanjut. Oleh sebab itu spesifikasi enzim dibedakan menjadi 3 jenis yaitu:

Spesifitas stereoisomer
Spesifitas ikatan kimia
Spesifitas Gugus

1. Spesifitas stereoisomer, Stereoisomer adalah salah satu jenis isomer yang memiliki sifat fisika dan kimia yang sangat mirip namun aktivitas biokimia yang berbeda. Isomer adalah senyawa yang mempunyai rumus molekul sama,tetapi rumus strukturnya berbeda. Spesifitas stereoisomer, Enzim – enzim pada umumnya bekerja pada senyawa organik, hanya sebagian kecil saja senyawa anorganik, Senyawa organik seperti Karbohidrat, enzim yang bekerja terutama pada konfigurasi D, pada asam amino bekerja pada konfigurasi L.

2. Spesifitas ikatan kimia, enzim yang berfungsi untuk pemecahan molekul dengan memutuskan ikatan nonkovalen, memecah ikatan kovalen dengan Hidrolisis. Contohnya Hidrolase, glikosidase, amilase, esterase, fosfatase.

3. Spesifitas Gugus, Enzim hanya bekerja pada substrat yang mempunyai gugus tertentu, contoh: enzim pemecah protein akan memecahkan ikatan peptide.

Tingkat Spesifitas Enzim

Spesifitas enzim rendah, hanya memecah ikatan kimia saja, seperti enzim esterase, fosfatase.sedangkan Spesifitas tinggi, enzim yang mengolah hanya satu saja substrat, contoh : enzim-enzim metabolisme karbohidrat.

Pusat Aktif Enzim dalam Sel

Enzim yang ada di organel Mitokondria,untuk menghasilkan energi.
Enzim yang ada di organel Ribosom,untuk proses sintesis protein.
Enzim yang ada di organel mikrosom,untuk biosintesis protein.
Enzim yang ada di organel Lisosom, untuk pemecahan berbagai bahan yang tidak diperlukan oleh tubuh.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kerja Enzim

· Konsentrasi Enzim

· Konsentrasi substrat

· Pengaruh Suhu (Temperatur)

· Pengaruh pH (Derajad keasaman)

· Pengaruh Hambatan (Inhibitor)

Konsentrasi Enzim dan Konsentrasi substrat

Ada suatu kecepatan maksimum reaksi enzimatis pada jumlah tertentu dari enzim yang dapat mengkataliser suatu reaksi yang spesifik. Hanya dalam konsentrasi substrat yang tinggi kecepatan maksimum reaksi dapat terjadi. Dalam kondisi konsentrasi substrat yang tinggi, enzim akan jenuh, bila bagian aktifnya selalu diisi oleh substrat atau molekul-molekul produknya. Pada keadaan ini, pertambahan konsentrasi tidak akan mempengaruhi kecepatan reaksi, karena semua bagian aktif enzim (active site) sudah digunakan. Apabila suatu konsentrasi substrat melebihi titik jenuh sel, maka kecepatan reaksi dapat bertambah bila sel menghasilkan molekul-molekul tambahan. Akan tetapi dalam kondisi sel yang normal, enzim tidak akan jenuh dengan substrat. Molekul-molekul enzim akan tidak aktif, apabila kekurangan substrat.

Pengaruh Suhu (Temperatur)

Kerja enzim akan dipengaruhi oleh suhu dimana kecepatan reaksi-reaksi enzimatis terhadap substrat akan berkurang jika terjadi kenaikan temperatur. Aktivitas enzim akan berbeda pada temperatur minimum, optimum dan maksimum. Reaksi enzimatis di atas suhu optimum akan menurun drastis. Menurunnya aktivitas enzim ini berkaitan dengan denaturasi enzim. denaturasi enzim yaitu peristiwa kerusakan pada enzim sehingga tidak dapat berfungsi, yang biasa terjadi pada semua protein-protein. Denaturasi biasanya mencakup pemecahan ikatan hidrogen dan ikatan nonkovalen yang mengikat enzim dalam sifat struktur 3 dimensi. Salah satu contoh yang biasa dari denaturasi adalah transformasi dari albumen atau putih telur yang belum matang akan berubah menjadi padat apabila dipanasi. Perubahan dalam struktur ini mengubah susunan dari pada asam-asam amino pada bagian “active site” dan menyebabkan enzim kehilangan kemampuan untuk mengadakan katalis serta aktivitas biologi yang vital. Dalam beberapa hal, denaturasi dapat bersifat reversibel. Tetapi jika denaturasi terus sampai pada suatu kondisi dimana enzim kehilangan solubilitas, dan menggumpal, maka terjadi denaturasi yang irreversibal, sebab enzim tidak mendapatkan sifat-sifatnya semula.

Pengaruh pH (Derajad keasaman)

Kerja Enzim dipengaruhi pH, Perubahan pH lingkungan akan berpengaruh pada efektivitas bagian aktif enzim (active site). Perubahan pH yang cukup drastis dapat menyebabkan denaturasi sehingga menurunkan efektivitas enzim. Temperatur dapat menyebabkan denaturasi (kerusakan enzim) karena memutuskan ikatan H pada molekul protein enzim. Kebanyakan enzim bekerja mempunyai pH optimum, aktivitasnya berada dalam keadaan maksimum. Di bawah atau di atas pH optimum, aktivitas enzim akan mengalami deklinasi. Derajad keasaman atau pH optimum untuk kegiatan enzim tidak terletak pada suatu pH tertentu yang tetap, akan tetapi tergantung kepada: kemurahan enzim, sumber enzim, temperatur dan sifat serta kadar yang ada. Kegiatan enzim tergantung kepada pH macamnya substrat. Enzim yang berasal dari sumber yang berbeda juga akan mempunyai pH yang berbeda pula, misalnya, pH ludah= 6,7- 6,8. Contoh lain enzim pepsin yang berkerja di Lambung akan bekerja optimal pada pH lambung yaitu sangat asam yang mencapai 2.

Kerja Enzim Dipengaruhi Hambatan (Inhibitor)

Hambatan kerja enzim dimana tidak terbentuknya kompleks substrat enzim dalam reaksi yang dikatalisis oleh enzim. Sehingga enzim tidak bekerja dalam mengkatalisis substrat. Contoh :

Ion-ion hidroksil (OH-ion), dapat menghambat kegiatan enzim pepsin
Racun-racun tertentu seperti cyanida, arsenik, merkuri, apabila digabung dengan enzim, akan menghambat aktivitas enzim.
Obat-obat anti mikroba, dapat menghambat kegiatan enzim
Urease dapat dirusak oleh pepsin.

Hambatan terhadap kerja enzim terdiri dari :

Hambatan tidak reversibel.
Hambatan reversibel. Terdiri dari 2 macam yaitu:

1) Hambatan reversibel bersaing (Competitive inhibition )
2) Hambatan reversibel tidak bersaing (non Competitive inhibition)

Hambatan Tidak Reversibel

Irreversible adalah golongan yang bereaksi dengan, atau merusakkan suatu gugus fungsional pada molekul enzim yang penting bagi aktivitas katalitiknya. Substart tidak dapat memasuki bagian aktif dari enzim. Enzim tidak dapat berfungsi sebagai katalitik.

Contohnya: senyawa diisoprofilfluorofosfat (DFP), yang menghambat enzim asetilkolinesterase, yaitu enzim yang penting di dalam transmisi impuls syaraf.

Hambatan Reversible

Hambatan Reversibel Bersaing

Dikarenakan adanya molekul yang mirip dengan substrat sehingga membentuk kompleks enzim substrat yang inhibitor. Penghambat bersaing, akan bersaingan dengan substrat untuk memasuki bagian aktif dari enzim. Inhibitor ini dapat bersaing dengan substrat karena bentuk dan struktur kimianya bersamaan. Hambatan reversibel bersaing (Competitive inhibition) terjadi jika suatu molekul lain yang mirip dengan substrat lebih dulu berikatan dengan enzim sehingga menyebabkan enzim terhambat untuk mengikat substrat dalam suatu jalur metabolik. ikatan ini bersifat sementara.

Contohnya: Asam malonat, oksalat, dan oksaloasetat. Kegiatan enzim dehidrogenese asam suksinat dihambat oleh asam malonat, sebab molekul asam malonat serupa dengan asam suksinat yaitu mempunyai 2 gugusan OH. Karena struktur dari kedua molekul asam ini hampir sama, maka asam malonat akan diikat pula oleh enzim dapat dimetabolisir lebih lanjut, maka ikatan asam malonat dengan enzim tidak mudah dilepaskan. Dengan terbentuknya ikatan yang kuat ini, menyebabkan adanya persaingan yang ketat antara asam malonat dengan asam suksinat pada permukaan enzim. Sulfanilamida (obat sulfa) dapat menghambat kegiatan enzim yang substrat adalah asam asam paraaminobenzoat (paraaminobenzoic acid) yang dalam buku literatur disingkat PABA saja. PABA merupakan nutrien esensial yang digunakan oleh banyak bakteri dalam sintesis asam folat (folic acid), suatu vitamin yang berfungsi sebagai koenzim. Apabila sulfanilamida diperlakukan kepada bakteria, amka enzim yang biasa dapat merubah PABA menjadi asam folat, akan bersenyawa dengan sulfanilamida dan asam folat tidak terbentuk sehingga bakteri tidak dapat tumbuh. Sel-sel tubuh manusia tidak menggunakan PABA untuk membentuk asam folat, sehingga sulfanilamida membunuh bakteri, akan tetapi tidak merusak sel-sel tubuh manusia.

Hambatan Reversibel Tidak Bersaing

Inhibitor menempati bagian dari enzim diluar dari bagian aktif. Inhibitor non kompetitif tidak bersaing dengan substrat terhadap bagian aktif enzim, karena bekerjanya pada bagian lain, sehingga merubah bagian aktif dan mencegah pengikatannya dengan substrat. Bagian dari ikatan inhibitor yang non kompetatif disebut “allosteric site” yang khas bagi inhibitor ini. Inhibitor membentuk kompleks enzim inhibitor maupun kompeks enzim substart inhibitor. Contoh zat ini adalah Cu, Ag, Hg. Ikatan antara enzim dengan substrat dapat terhambat karena inhibisi. Enzim tidak bisa mengikat substrat karena struktur active site berubah akibat berikatan dengan inhibitor di bagian allosteric site. Inhibisi ini disebut non competitive inhibition bersifat permanen.

Kontrol Terhadap Kerja Enzim

Kecepatan kerja enzim dapat dipengaruhi suatu molekul lain yang dapat berperan sebagai pemicu (activator) atau penghambat (inhibitor), keduanya biasanya disebut secara bersama-sama sebagai efektor.

Kontrol terhadap kerja enzim adanya mekanisme feedback inhibition. contoh, enzim tripsin, pertama kali diproduksi oleh pankreas masih berupa tripsinogen. Tripsinogen dibawa ke usus halus dan diaktivasi oleh enzim enteropeptidase yang dihasilkan oleh usus halus membentuk enzim tripsin yang aktif. Selanjutnya enzim tripsin dapat mengaktivasi balik tripsinogen atau zymogen lainnya misalnya chymotrypsinogen dan proelastase menjadi chymotripsin dan elastase.

Peran dan Fungsi Enzim Dalam Tubuh

· Enzim berperan penting dalam proses pencernaan.

· Enzim berperan dalam metabolisme antara .

· Berperan dalam percepatan reaksi dan merombak molekul yang lebih besar menjadi molekul yang lebih kecil atau sebaliknya.

· Berperan sebagai alat diagnostic.

· Berperanan dalam pengobatan.

· Enzim dan pengobatan.

· Pada awalnya digunakan pada penyakit-penyakit gangguan pencernaan, seperti enzim, pepsin, tripsin, amilase atau lipase.

· Pengobatan akibat kurangnya enzim disebabkan oleh gangguan pada gen, misal: Hemofilia.

Peran dan Fungsi Enzim sebagai Diagnosa Penyakit

· SGOT (MCI).

· Alanin Aminotransferase, ALT, SGPT (hepatitis virus).