Soal-soal Enzim

Soal Enzim

1.  Jelaskan dan beri contoh istilah di bawah ini :

a.  Apoenzyme

               adalah suatu enzim yang memerlukan kofaktor namun tidak turut berikatan. Apoenzyme merupakan suatu enzim tidak aktif. Aktivasi enzim terjadi pada pengikatan suatu kofaktor organik atau anorganik.
               Bagian polipeptida atau protein enzim disebut apoenzyme dan mungkin akan tidak aktif dalam struktur asli sintesisnya. Bentuk aktif dari apoenzyme dikenal sebagai proenzyme atau zymogen. Proenzyme mengandung asam amino tambahan dalam  protein yang tergeser, dan memungkinkan struktur tersier akhir yang spesifik, yang dibentuk sebelum diaktifkan sebagai suatu apoenzyme.

Contoh : dari substrat yang sama dapat menjadi senyawa yang berlainan, tergantung dari enzimnya.

b. Haloenzyme

haloenzim merupakan suatu apoenzyme yang bekerja bersama dengan kofaktor. Haloenzyme adalah katalis yang lengkap dan aktif. Kebanyakan kofaktor tidak terikat kovalen, tetapi ikatannya kuat. Namun, zat organik seperti ion besi atau vitamin dapat berikatan kovalen. Contoh holoenzymes : DNA polimerase dan RNA polimerase yang mengandung beberapa subunit protein. Kompleks yang lengkap berisi semua subunit yang diperlukan untuk melakukan aktivitas apoenzim.

Figure 1-2: Illustrates that an Apoenzyme + Cofactor = Holoenzyme.

Contoh :

- DNA polymerase : haloenzyme yang mengkatalisis polimerisasi deoxyribonycleotides menjadi untai DNA. DNA polymerase adalah substansi yang aktif dalam replikasi DNA. Berfungsi membaca untai DNA utuh sebagai template dan menggunakannya untuk mensintesis untai baru. Untai DNA yang baru dipolimerisasi melengkapi untai template dan identik dengan untai asli dari template. DNA polimerase menggunakan ion magnesium untuk aktivitas katalitik.

-  RNA polimerase juga merupakan holoenzyme yang mengkatalisis RNA. RNA polimerase yang dibutuhkan untuk membangun rantai RNA dari gen DNA sebagai template, sebuah proses yang dikenal sebagai transkripsi. Ini berpolimerisasi ribonukleotida pada ujung 3 'dari transkrip RNA.

c. Coenzyme

Koenzim adalah salah satu dari sejumlah senyawa organik yang tersebar bebas, yang berfungsi sebagai kofaktor dengan enzim dalam mempromosikan berbagai reaksi metabolis. Koenzim berpartisipasi dalam katalisis enzyme-mediated dalam stoikiometri (mol ke mol) jumlah, yang dimodifikasi selama reaksi, dan mungkin memerlukan reaksi katalisis enzim lain untuk mengembalikan mereka ke posisi semula mereka. Contohnya :  nikotinamida adenin dinukleotida (NAD), yang menerima hidrogen (dan memberikannya dalam reaksi lain), dan ATP, yang menyerahkan gugus fosfat, sementara mentransfer energi kimia. Sebagian besar vitamin B  adalah koenzim yang sangat penting dalam memfasilitasi transfer atom atau gugus atom antar molekul dalam pembentukan karbohidrat, lemak, dan protein.

Dengan kata lain, merupakan molekul organik non protein kompleks, seperti NAD (Nicotineamide Adenine Dinucleotide), koenzim-A, ATP, dan vitamin yang berperan dalam memindahkan gugus kimia, atom, atau elektron dari satu enzim ke enzim lain.

Koenzim akan memperbesar kemampuan katalitik sebuah enzim sehingga menjadi jauh melebihi kemampuan yang ditawarkan hanya oleh gugus fungsional asam aminonya, yang menyusun massa enzim tersebut. Koenzim yang berikatan secara erat dengan enzim lewat ikatan kovalen atau gaya nonkovalen kerap kali disebut sebagai gugus prostetik.. Koenzim yang mampu berdifusi secara bebas umumnya berfungsi sebagai unsur pembawa (yang didaur ulang secara kontinu) hydrogen (FADH), hidrida (NADH dan NADPH), atau unit-unit kimia seperti gugus asil (koenzim A) atau gugus metil (folat), membawanya bolak-balik antara tempat pembentukannya dan pemakaiannya.

d. Cofactor

   Kofaktor adalah zat non-protein, yang mungkin organik, dan disebut koenzim. Koenzim kebanyakan berasal dari vitamin.

Tipe lain dari kofaktor adalah ion logam anorganik yang disebut aktivator ion logam. Ion-ion logam anorganik dapat berikatan melalui ikatan kovalen koordinasi. ion logam yang banyak digunakan sebagai kofaktor seperti : Zn+2, Mg+2, Mn+2, Fe+2, Cu+2, K+1, dan Na+1 .

e. Feedback inhibition (inhibisi umpan balik)

Inhibisi umpan balik adalah keadaan di mana hasil akhir dari rantai enzim memiliki properti khusus yang pada dasarnya membuatnya mampu menonaktifkan enzim pertama. Jika enzim pertama tidak bekerja, maka tidak ada yang akan bekerja setelah itu. Hal ini berarti bahwa tidak ada substansi akhir yang dihasilkan. Suatu sel melakukan ini agar tidak membuang-buang bahan jika mereka tidak membutuhkan substansi akhir (properti yang disebutkan di atas bisa memiliki banyak substansi akhir).

Sebuah penghambat umpan balik adalah apa yang disebut sebagai zat akhir jika dia mampu menghambat kerja enzim pertama.

2.         Bagaimana pH mempengaruhi kerja enzim ? Beri contoh !

Setiap enzim bekerja pada pH tertentu, umumnya pada pH sekitar 6-8.  pH dapat mempengaruhi optimasi kerja enzim, setiap enzim memiliki pH optimum yang khas atau spesifik. Hal ini berkaitan erat dengan lokasi enzim yang bekerja terhadap suatu substrat. pH enzim umumnya adalah sekitar pH jaringan dimana enzim berada. Beberapa enzim ada yang aktivitasnya pada pH tinggi dan ada pula yang aktivitasnya pada pH rendah bergantung pada jenis enzimnya. Perubahan pH lingkungan  akan mengakibatkan terganggunya ikatan hydrogen yang ada pada struktur enzim. Jika enzim berada pada kondisi pH yang tidak sesuai, enzim dapat berada dalam keadaan inaktif. Aanya kondisi pH yang spesifik ini, maka enzim tidak akan merusak sel lain yang berada di sekitarnya.

Contoh  : Tripsin mempunyai pH optimum 7.8- 8.7 (kondisi basa), apabila pada kondisi asam, di bawah pH optimum maka enzim tidak aktif, sedangkan jika pH di atas pH optimum, maka enzim akan terdenaturasi.

                   Enzim pepsin yang diproduksi pankreas,  untuk mrncerna protein dalam lambung, tidak akan mencerna protein yang ada pada dinding pankreas, karena enzim pepsin bekerja pada pH 2-4.

3.  Jelaskan pengertian konsep "LOCK and KEY", beri contohnya !

       Teori “lock dan key” menganalogikan mekanisme kerja enzim seperti kunci dengan anak kunci. Substrat masuk ke dalam sisi aktif enzim. Jadi, sisi aktif enzim seolah-olah kunci dan substrat adalah anak kuncinya.

Di dalam enzim terdapat sisi aktif yang tersusun dan sejumlah kecil asam amino. Bentuk sisi aktif sangat spesifik, sehingga hanya molekul dengan bentuk tertentu yang dapat menjadi substrat bagi enzim. Enzim dan substrat akan bergabung bersama membentuk suatu kompleks, seperti kunci yang masuk ke dalam gembok. Di dalam kompleks, substrat dapat bereaksi dengan energi aktivasi yang rendah. Setelah bereaksi, kompleks lepas dan melepaskan produk serta membebaskan enzim.

4.  Sebuah reaksi enzimatis dengan asumsi :

a. Reaksinya adalah            : E + S → ES, kadar [S] >> [E]

kecepatan reaksi yang menggunakan enzim, tergantung pada konsentrasi enzim itu. Kecepatan reaksi bertambah dengan bertambahnya konsentrasi enzim. Konsentrasi Substrat dengan konsentrasi enzim yang tetap, maka pertambahan konsentrasi substrat menaikkan kecepatan reaksi. Pada batas konsentrasi tertentu, tak terjadi kenaikan kecepatan reaksi walau konsentrasi substrat diperbesar. Terjadinya kompleks enzim substrat diperlukan adanya kontak antara enzim dengan substrat yang terjadi pada bagian enzim yang aktif. Bila [S] diperbesar makin banyak substrat yang dapat berhubungan dengan enzim pada bagian yang aktif, maka [ES] makin besar sehingga kecepatan reaksi makin besar.

b. Jika inhibitor I₂ bekerjanya sebagai berikut        E + S → ES + I₁ → ESI₁

kompleks ES diberi penambahan inhibitor 1, dengan harapan akan terbentuk ESI₁

c. Kemungkinan kedua bekerjanya            E + S → EI₂ + S → ESI₂

E + S ↔ EI₂ + S → ESI₂. Adalnya I dapat mengurangi kecepatan reaksi. Inhibitor bergabung dengan enzim pada bagian enzim diluar bagian aktif. Penggabungan inhibitor dengan enzim terjadi pada enzim bebas atau pada enzim yang telah mengikat substrat yaitu kompleks enzim-substrat.

d.Bagaimana menentukan bahwa sebuah inhibitor (I1 dan I2) bersifat kompetitif atau non kompetitif

suatu inhibitor dapat dikatakan bersifat kompetitif atau nonkompetitif apabila :

·      Kompetitif : zat penghambat mempunyai struktur yang mirip dengan substrat sehingga dapat bergabung dengan sisi aktif enzim. Terjadi kompetisi antara substrat dengan inhibitor untuk bergabung dengan sisi aktif enzim (misal feed back effect)

·      Non kompetitif: zat penghambat menyebabkan struktur enzim rusak sehingga sisi aktifnya tidak cocok lagi dengan substrat

5. Sebutkan gugus aktif, gugus katalitik dan prediksikan mekanisme kerja enzim pyruvat decarboksylase !

       Piruvat dekarboksilase adalah enzim yang memiliki koenzim tiaminpirosfat. Enzim ini mengkatalisis proses dekarboksilasi asam piruvat menjadi asetaldehida. Reaksi ini membutuhkan ion magnesium dan berlangsung melalui beberapa senyawa antara yang terikat secara kovalen pada enzim.

       Piruvat dekarboksilase adalah enzim homotetrameric yang mengkatalisis dekarboksilasi asam piruvat menjadi asetaldehida dan karbon dioksida. enzim ini juga disebut 2-okso-asam karboksilase, alfa-asam keton karboksilase, dan dekarboksilase piruvat. Dalam kondisi aerob, enzim ini adalah yang pertama dalam tiga kompleks enzim yang dikenal sebagai kompleks piruvat dehidrogenase, yang mengubah piruvat (produk dari glikolisis) menjadi asetil KoA. Dalam kondisi anaerob, enzim ini merupakan bagian dari proses fermentasi ragi untuk menghasilkan alkohol (enzim ini tidak terdapat pada hewan). Piruvat dekarboksilase memulai proses ini dengan mengubah piruvat menjadi asetaldehida dan karbon dioksida. Untuk melakukan ini, dibutuhkan dua tiamin pirofosfat (TPP) dan dua ion magnesium.

PDC merupakan enzim yang mengkatalis piruvat secara tidak balik (irreversible) menjadi asetaldehida dan CO2, yang selanjutnya enzim ADH akan mengatalis asetaldehida menjadi etanol.

       Gugus aktif enzim ini yaitu : asam amino Glu-51, Glu-477, Asp-444, dan Asp-28.  Sedangkan kofaktornya adalah kofaktor TPP dan Mg2 +.

Gbr. 3D gugus aktif piruvat dekarboksilase

Gugus katalitik enzim ini yaitu : Asp 444 and Asp 28-

Asp 444 dan Asp 28 ini menstabilkan gugus aktif dan bertindak sebagai stabilisator untuk ion Mg2 + yang ada di setiap gugus aktif. Untuk memastikan bahwa piruvat hanya mengikat, dua Cys 221 (lebih dari 20 Angstrom dari situs masing-masing) dan His-92 memicu perubahan konformasinya yang menghambat atau mengaktifkan enzim tergantung pada substrat yang berinteraksi dengan itu. Jika substrat terikat dalam gugus aktif piruvat, maka enzim diaktifkan oleh perubahan konformasi dalam gugus peraturan. Perubahan konformasi melibatkan penambahan 1,2 nukleofilik. Reaksi ini, membentukan suatu thioketal, mengubah enzim dari inaktif ke keadaan aktif.

Adisi Cys nukleofil untuk mengubah konformasi enzim untuk aktivasi

Tingkat katalitik normal piruvat dekarboksilase adalah kcat = 10s-1. Namun, tingkat enzim dengan mutasi 51 Glu untuk GLN adalah 1.7s-1.

Mekanisme reaksi enzim piruvat dekarboksilase :

Enzim piruvat terbagi menjadi karbon dioksida dan fragmen 2-karbon yang melekat ke kofaktor TPP. 2-karbon fragmen ini yang menempel pada cincin beranggota lima TPP dalam bentuk ylid nya.

Pyruvate decarboxylase

Reaction catalyzed by pyruvate decarboxylase:

pyruvate + thiamine pyrophasphate (TPP) → hydroxyethyl-TPP + CO2

Tingkat-tingkat reaksi perubahan asam piruvat menjadi asetaldehida

            Dalam kondisi aerob, langkah selanjutnya melibatkan proses sebagai berikut: hydroethyl-TPP + lipoamide → TPP + acetyllipoamide. Hidroksietil-TPP teroksidasi oleh gugus disulfida lipoamide dari transasetilase dihydrolipoyl. Piruvat dekarboksilase kemudian mentransfer hidroksietil-TPP ke lipoamide, yang membawa enzim piruvat dekarboksilase kembali ke bentuk asalnya untuk mengkatalisis reaksi berikutnya. Asetaldehida kemudian diubah menjadi etanol oleh enzim dehidrogenase alkohol dan NADH. .