BAB I

PENDAHULUAN

A.    LATARBELAKANG

Pada saat kita mengunyah nasi (amilum), maka dalam mulut terjadi suatu reaksi kimia, yaitu pemecahan ikatan-ikatan pada amilum dengan bantuan enzim, dalam hal ini adalah enzim amilase yang terdapat dalam saliva (air liur).

Suatu reaksi, khususnya antara senyawa organic yang dilakukan dalam laboratorium memerlukan suatu kondisi yang ditentukan oleh beberapa faktor seperti suhu, tekanan, waktu dan lain-lain. Apabila salah suatu kondisi tidak sesuai dengan apa yang seharusnya dibutuhkan maka reaksi tidak dapat berlangsung dengan baik. Tubuh kita merupakan laboratorium yang sangat rumit, sebab didalamnya terjadi reaksi kimia yang beraneka ragam. Penguraian zat-zat yang terdapat dalam makanan kita, penggunaan hasil uraian untuk memperoleh energi, penggabungan kembali hasil uraian untuk membentuk persediaan makanan dalam tubuh serta banyak macam reaksi lain yang apabila dilakukan di dalam laboratorium atau in vitro tanpa ke akhlian khusus serta waktu yang lama dapat berlangsung baik di dalam tubuh, atau in vivo tanpa memerlukan suhu yang tinggi dan dapat terjadi dalam waktu yang sangat singkat. Reaksi ini berlangsung dengan baik dalam tubuh kita ini dimungkinkan karena adanya katalis yang disebut enzim.

Enzim adalah golongan protein yang paling banyak terdapat dalam sel hidup. Sekarang, kira-kira lebih dari 2000 enzim telah teridentifikasi, yang masing-masing berfungsi sebagai katalisator reaksi kimia dalam sistem hidup. Enzim Amilase adalah suatu komponen yang sangat penting saat proses pencernaan makanan. Tanpa adanya enzim ini karbohidrat yang kita konsumsi tidak akan bisa berubah menjadi gula yang nanti pada akhirnya diubah menjadi ATP yang sangat penting dalam metabolisme makhluk hidup. Selain berperan dalam proses pencernaan amilase juga memiliki banyak peranan penting lainnya baik yang bisa dimanfaatkan dalam bidang industri, kesehatan maupun untuk pembuatan makanan.

B.     RUMUSAN MASALAH

1.      Bagaimana prinsip kerja suatu enzim?

2.      Bagaimana kinetika enzim?

3.      Apa faktor yang mempengaruhi kerja enzim?

4.      Bagaimana regulasi aktivitas enzim?

C.    TUJUAN

1.      Dapat mengetahui prinsip kerja suatu enzim

2.      Dapat mengetahui kinetika enzim

3.      Dapat mengetahui faktor yang mempengaruhi kerja enzim

4.      Dapat mengetahui regulasi aktivitas enzim

BAB II

PEMBAHASAN

A.    PRINSIP KERJA ENZIM

Enzim bekerja mengkatalisasi suatu reaksi dengan menurunkan energy aktivasi dari reaksi tersebut. Energy aktivasi adalah energy yang diperlukan untuk membawa molekul subrat ke keadaan dengan struktur molekul tertentu yang dinamakan bentuk peralihan atau bentuk teransisi. Apabila energy bebas yang diperlukan untuk membentuk komplek substrat yang aktif lebih rendah, maka jumlah molekul yang dapat melewati “rintangan energi” tersebut tentu akan semakin besar. Akibatnya kecepatan reaksi akan meningkat.

Dalam upaya menurunkan energinaktivasi, enzim membentuk kompleks dengan substrat. Model yang umum digunakan untuk menggambarkan interaksi enzim substrat di sebut model “induced-fit”. Menurut model ini, mula-mula interaksi antara enzim dan substrat relative lemah, namun kemudian akan terjadi perubahan konformasi (enzim adalah protein yang dapat berubah konformasi ini dipicu oleh terjadinya ikatan antara enzim dengan substrat) yang menyebabkan interaksi enzim-substrat bertambah kuat. Secara sederhana, model interaksi antaraenzim dan substrat yang menuntut kespesifikan tinggi ini dapat digambarkan dengan model “kunci dan anak kunci” (lockand key model) sebagaimana yang digambarkan dalam gambar 3-3.

Setelah terbentuk kompleks enzim substrat, akan terjadi satu atau beberapa mekanisme katalisis yang membentuk “kompleks bentuk peralihan”

Ada 4 mekanisme katalisis yang mungkin terjadi, yaitu:

1.      Katalisis melalui tegangan ikatan (bond strain) : dalam mekanisme katalisis ini, penyusunan ulang struktur atau structural rearrangement yang berlangsung dengan berikatanya substrat dan enzimakan menghasilkan ikatan substrat bertegangan tinggi, yang lebih mudah mencapai keadaan bentuk peralihan atau transition state.

2.      Katalisis melalui proksimitas dan orientasi : interaksi  enzim-substrat akan mengorientasikan gugus reaktif dan membawa gugus-gugus ini mendekat satu sama lain. Kedekatan (proksimitas) dan orientasi ini akan memudahkan terjadinya reaksi.

3.      Katalisis melibatkan donor proton (asam) dan akseptor (basa) mekanisme lain yang juga dapat membantu terjadinya katalisis adalah penggunaan asam sebagai donor proton.

4.      Katalisis kovalen : dalam prose katalisis yang melibatakan mekanisme kovalen, substrat diorientasikan ke situs aktif  (active site) enzim dengan cara sedemikian rupa sehingga terbentuk komplek antara enzim atau koenzim dengan substrat yang terikat secara kovalen. Salah satu contoh reaksi katalisis yang menggunakan mekanisme ini adalah katalisis reaksi proteolisis oleh enzim-enzim protease serin, yaitu enzim-enzim protease pencernaan (termasuk tripsin, kimotripsin dan elastase) dan beberapa enzim yang terlibat dalam rangkaian reaksi pembekuan darah. Enzim protease ini memiliki situs aktif yang salah satu residu asam aminonya adalah serin. Gugus  hidroksil serin akan membentuk ikatan  kovalen dengan gugus karbonil ikatan peptide dari substrat, dan akhirnya terjadilah hidrolisis ikatan peptida tersebut.

B.     KINETIKA ENZIM

Dalam reaksi enzimatis, konsentrasi substrat dan produk biasanya ratusan atau bahkan ribuan kali lebih besar dibandingkan dengan konsentrasi enzim. Akibatnya setiap molekul enzim bekerja mengkatalisis reaksi perbahan dari banyak molekul substrat menjadi produk.

Pengubahan substrat menjadi produk melibatkan pembentukan suatu keadaan peralihan (transition state), yang umumnya terjadi pada suatu tempat pada molekul enzim yang di sebut situs katalitik (catalytic site). Kompleks yang terbentuk disebut kompleks enzim-substrat (ES). Produk akan terbentuk ketika kompleks ES terurai melepaskan enzim kembale kebentuk semula.

Antara pengikatan substrat oleh enzim dan terbentuknya produk serta enzim kembali dalam keadaan semula, terjadi serangkaian reaksi yang kompleks.

E + S === ES === ES* === EP === E + P

Pada awalnya terbentuk kompleks ES, yang kemudian berubah menjadi bentuk peralihan ES*, lalu menjadi bentuk EP, dan akhirnya terurai menjadi produk dan enzim kembali ke keadaan semula.

C.    FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KERJA ENZIM

Kerja enzim dipengaruhi oleh beberapa factor, di antaranya suhu, pH, konsentrasi enzim, konsentrasi substrat, adanya inhibitor, dan activator. Pengaruh konsentrasi substrat terhadap kecepatan reaksi enzimatis secara khusus telah di bahas dalam kinetika enzim.

1. Konsentrasi enzim

Seperti katalis lain, kecepatan suatu reaksi yang menggunakan enzim tergantung pada konsentrasi enzim tersebut. Pada suatu konsentrasi substrat tertentu, kecepatan reaksi bertambah dengan bertambahnya konsentrasi enzim.

2. Konsentrasi substrat

Hasil eksperimen menunjukkan bahwa dengan konsentrasi enzim yang tetap, maka pertambahan substrat akan menaikkan kecepatan reaksi. Akan tetapi pada batas konsentrasi tertentu, tidak terjadi kenaikan kecepatan reaksi walaupun konsentrasi substrat diperbesar.  Keadaan inib telah dijelaskan oleh Michaelis-menten Yang membuktikan hipotesis mereka tentang terjadinya kompleks enzim substrat.

 

 

Gambar 1. Konsentrasi substrat

3. Suhu

Gambar 2. Pengaruh suhu terhadap aktivitas enzim

Enzim terdiri atas molekul-molekul protein. Oleh karena itu, enzim masih tetap mempuyai sifat protein yang kerjanya dipengaruhi oleh suhu. Enzim dapat bekerja optimum pada kisaran suhu tertentu, yaitu sekitar suhu 400 C. Pada suhu 00 C, enzim tidak aktif. Jika suhunya dinaikkan, enzim akan mulai aktif. Jika suhunya dinaikkan lebih tinggi lagi sampai batas sekitar 40 – 500 C, enzim akan bekerja lebih aktif lagi. Namun, pemanasan lebih lanjut membuat enzim akan terurai atau terdenaturasi seperti halnya protein lainnya. Bagian aktif enzim akan terganggu dan dengan demikian konsentrasi aktif enzin menjadi berkurang dan kecepatan reaksinya pun akan menurun. Pada keadaan ini enzim tidak dapat bekerja

a)      Enzim tidak aktif pada suhu kurang daripada 0^oC.

b)      Kadar tindak balas enzim meningkat dua kali ganda bagi setiap kenaikan suhu 10^oC.

c)      Kadar tindak balas enzim paling optimum pada suhu 37^oC. Enzim ternyata asli pada suhu tinggi yaitu lebih dari 50^oC.

4. Pengaruh pH

Gambar 3. Pengaruh pH

Dari bentuk kurva pada gambar tersebut, tampak bahwa ada suatu pH tertentu atau daerah pH yang dapat menyebabkan kecepatan reaksi paling tinggi. pH tersebut dinamakn pH optimum. pH optimum dari enzim amylase misalnya, dapat diperoleh dengan menentukan jumlah milligram gula yang terbentuk dari beberapa reaksi yang menggunakan enzim amylase pada berbgai harga pH dan amilum sebagai substrat.

Enzim bekerja pada pH tertentu, umumnya pada netral, kecuali beberapa jenis enzim yang bekerja pada suasana asam atau suasana basa. Jika enzim yang bekerja optimum pada suasana netral ditempatkan pada suasana basa ataupun asam, enzim tersebut tidak akan bekerja atau bahkan rusak. Begitu juga sebaliknya, jila suatu enzim bekerja optimal pada suasana basa atau asam tetapi ditempatkan pada keadaan asam atau bas, enzim tersebut akan rusak. Sebagai contohnya, enzim pepsin yang terdapat di dalam lambung, efektif bekerja pada pH rendah.

a)      Setiap enzim bertindak paling cekap pada nilai pH tertentu yang disebut sebagai pH optimum.

b)      pH optimum bagi kebanyakan enzim ialah pH 7.

c)      Terdapat beberapa pengecualian, misalnya enzim pepsin di dalam perut bertindak balas paling cekap pada pH 2, sementara enzim tripsin di dalam usus kecil bertindak paling cekap pada pH 8.

Perubahan konformasi enzim karena pengaruh temperatur dan pH. Perubahan temperatur dan pH akan menyebabkan pemutusan ikatan-ikatan intramolekuler enzim sehingga akan merubah bentuk tiga dimensinya

5. Inhibitor

Hal lain yang mempengaruhi kerja enzim adalah feed back inhibitor. Feed back inhibitor adalah keadaan pada saat substansi hasil (produk) kerja enzim yang terakumulasi dalam jumlah yang berlebihan akan menghambat kerja enzim yang bersangkutan. Molekul atau ion yang dapat mnghambat reaksi tersebut disebut inhibitor.

Hambatan yang dilakukan oleh inhibitor dapat berupa hambatan tidak reversible atau hambatan reversible. Hambatan tidak reversible pada umumnya disebabkan oleh terjadinya proses destruksi atau modifikasi sebuah gugus fungsi atau lebih terdapat pada molekul enzim. Hambatan itu dibagi menjadi tiga bagian yaitu :

a.       Hambatan Reversibel

1.   Inhibitor Kompetisi

Hambatan ini disebabkan karena ada molekul yang mirip dengan substrat, yang dapat pula membentuk molekul kompleks, yaitu kompleks enzim inhibitor (EI). Pembentukan kompleks EI  ini sama dengan pembentukan kompleks ES, yaitu melalui penggabungan inhibitor dengan enzim pada bagian aktif. Dengan demikian terjadi persaingan antara inhibitor dengan substrat.

Pada inhibitor kompetisi terjadi penambahan substrat dapat mengurangi daya hambatnya, karena inhibitor bersaing dengan substrat untuk mengikat bagian aktif  enzim. Misalnya enzim suksinat dehidrogenase yang berfungsi mengkatalisis reaksi oksidasi asam uksinat menjadi fumarat, jika dalam proses ini ditambahkan asam malonat, maka enzim suksinat dehidrogenase akan menurun aktivitasnya.

Tetapi jika diberikan lagi asam suksinat sebagai substrat reaksi akan normal kembali. Sehingga aktivitas inhibitor ini sangat bergantung pada konsentrasi inhibitor, konsentrasi substrat, dan  aktivitas relatif inhibitor dan substrat.

Dengan demikian adanya inhibitor bersaing dapat bersaing dapat mengurangi peluang bagi terbentuknya kompleks ES dan halini menyebabkan berkurangnya kecepatan reaksi.

2.   Inhibitor Nonkompetisi

Inhibitor nonkompetisi pengaruhnya tidak dapat dihilangkan  dengan adanya penambahan substrat lain, dimana inhibitor ini akan berikatan dengan  permukaan enzim tanpa lepas dan lokasinya  tidak dapat diganti oleh substrat. Sehingga daya kerja inhibitor sangat tergantung dari  konsentrasi inhibitor dan aktivitas inhibitor terhadap enzim.

Dalam hal ini inhibitor daptat bergabung dengan enzim pada suatu bagian enzim di luar bagian aktif. Penggabungan antara inhibitor dengan enzim ini terjadi pada enzim bebas, atau pada enzim yang telah mengikat substrat yaitu kompleks enzim-substrat.

b.      Hambatan Tidak Reversibel

Di muka tadi telah dijelaskan bahwabaik hambatan bersaing maupun tidak bersaing adalah hambatan yang bersifat reversible. Kedua macam hambatan tersebut dapt dirumuskan secara oleh michaelis-menten atau linewear-burk dengan asumsi bahwa penggabungan  tidak bersifat reversible maka pendekatan Michaelis-menten tidak dapat dilakukan. Hambatan ini dapat terjadi terjadi karena inhibitor bereaksi tidak reversible dengan bagian tertentu pada enzim,sehingga mengakibatkan berubahnya bentuk enzim. Dengan demikian mengurangi aktivitas katalitik enzim tersebut. Sebagai contoh inhibitor dalam ha ini ialah molekul iodoase-tamida yang dapat bereaksi dengan gugus-SH suatu enzim.

c.       Hambatan Alosterik

Model Michaelis-Menten dapat digunakan untuk menerangkan terjadinya hambatan bersaing maupun hambatan tidak bersaing. Namun ada beberapa enzim yang sifat kinetiknya tidak dapat diterangkan dengan model persamaan Michaelis-Menten. Sebagai contoh untuk beberapa enzim tersebut tidak berbentuk hiperbola melainkan berbentuk sigmoida.

Kelompok enzim yang mempunyai sifat ini disebut alosterik. Hambatan yang terjadi pada enzim alosterik, sedangkan inhibitor yang menghambat dinamakan inhibitor alosterik. Bentuk molekul inhibitor alosterik berbeda dengan molekul substratnya. Lagipula  inhibitor alosterik berikatan dengan enzim pada tempat di luar bagian aktif enzim. Dengan demikian hambatan ini tidak akan dapat diatas dengan penambahan seejumlah besar substrat. Terbentuknya ikatan antara inhibitor mempengaruhi konformasi enzim, sehingga bagian aktif mengalami perubahan bentuk. Akibatnya ialah penggabungan  substrat pada bagian aktif enzim terhambat.

D.    REGULASI AKTIVITAS ENZIM

Ada dua cara utama yang digunakan tubuh untuk mengatur atau meregulasi aktivitas enzim didalam tubuh, yaitu dengan mengatur konsentrasinya didalam jaringan atau dengan mengatur aktivitas atau daya kerjanya walaupun konsentrasinya tidak berubah.

Untuk mengatur konsentrasi enzim didalam jaringan, tubuh memiliki tiga mekanisme utama, yaitu:

1.      Regulasi ekspresi gen untuk mengendalikan jumlah dan kecepatan sintesis enzim.

2.      Aktivitas enzim proteolitik untuk mengendalikan jumlah enzim yang dihancurkan atau didegradasi.

3.      Modifikasi kovalen untuk mengubah enzim inaktif (proenzim) menjadi enzim aktif.

Sistesis enzim dan degradasi proteolitik merupakan mekanisme regulasi konsentrasi enzim yang relatif lambat, dengan waktu respons berjam-jam, berhari-hari, atau bakan berminggu-minggu. Aktivitas proenzim merupakan mekanisme yang lebih cepat tetapi regulasi dengan cara ini memiliki kelemahan, karena tidak bersifat reversibel. Proenzim umumnya disintesis dalam jumlah besar, disimpan dalam granul sekretori, dan kemudian mengalami modifikasi  penyimpananya. Contoh proenzim antara lain pepsinogen, tripsinogen dan kimotripsinogen.

BAB III

PENUTUP

A.    KESIMPULAN

B.     SARAN