Enzyme Notes

Definisi

• Enzim adalah katalis metabolisme yang meningkatkan laju reaksi kimia dengan menurunkan energi aktivasi reaksi tersebut.
• Enzim terdiri dari protein yang bertindak sebagai katalis untuk menyebabkan reaksi yang diinginkan.
• Enzim adalah katalis terbesar dan paling khusus dalam tubuh untuk reaksi yang terlibat dalam metabolisme.

Pengantar

• Penemuan enzim:
  • Eduard Buchner (1897): Ekstrak ragi dapat memfermentasi gula menjadi alkohol. $C<em>6H</em>{12}O<em>6 → 2C</em>2H<em>5OH + 2CO</em>2 + 2 ATP$
  • James Sumner (1926): Mengisolasi dan mengkristalkan urease dari kacang jack yang mengkatalisis reaksi: $CH<em>4N</em>2O + H<em>2O → 2NH</em>3 + CO_2$

Papain

• Papain adalah enzim pemecah protein yang berasal dari pepaya.
• Enzim mempercepat reaksi kimia dalam sel.
• Kristal urease hanya mengandung protein, Sumner mengusulkan bahwa semua enzim adalah protein.

Nomenklatur Enzim

• Enzim dinamai berdasarkan substrat dan reaksi yang dikatalisis, dengan akhiran "-ase" (misalnya, ATPase).
• Enam kelas utama enzim:
  1. Transferase: Mentransfer gugus fungsi antar molekul.
  2. Oksidoreduktase: Mentransfer elektron (reaksi RedOx).
  3. Hidrolase: Memecah ikatan dengan menambahkan $H_2O$.
  4. Liase: Reaksi eliminasi untuk membentuk ikatan ganda.
  5. Isomerase: Penataan ulang intramolekul.
  6. Ligase: Menggabungkan molekul dengan ikatan baru.

Contoh Enzim

• Transferase: Aminotransferase (degradasi asam amino).
• Oksidoreduktase: Alkohol dehidrogenase (mengubah alkohol menjadi aldehida/keton).
• Hidrolase: Glukosa-6-fosfatase (menghilangkan gugus fosfat dari glukosa-6-fosfat).
• Liase: Piruvat dekarboksilase (menghilangkan $CO_2$ dari piruvat).
• Isomerase: Ribulosa fosfat epimerase (interkonversi ribulosa-5-fosfat dan xilulosa-5-fosfat).
• Ligase: Heksokinase (interkonversi glukosa dan ATP dengan glukosa-6-fosfat dan ADP).

Sifat Enzim

• Struktur Enzim:
  • Protein
  • Kofaktor
  • Situs Aktif
• Karakteristik Enzim:
  • Komponen penting sel.
  • Sangat efisien.
  • Mengurangi $\Delta G$ untuk reaksi (dengan mengikat keadaan transisi).
  • Sangat spesifik.
  • Terjadi kontrol regulasi.

Struktur Enzim

• Apoenzim: Bagian protein dari enzim yang mungkin tidak aktif dalam struktur aslinya.
• Proenzim/Zimogen: Bentuk tidak aktif dari apoenzim.
• Holoenzim: Kompleks aktif lengkap (apoenzim + kofaktor).

Kofaktor

• Enzim memerlukan kofaktor untuk aktivitas katalitik.
  • Koenzim: Substansi organik non-protein yang terikat secara longgar.
  • Gugus Prostetik: Substansi organik yang terikat kuat.
  • Aktivator Ion Logam: $K^+, Fe^{++}, Fe^{+++}, Cu^{++}, Co^{++}, Zn^{++}, Mn^{++}, Mg^{++}, Ca^{++}, Mo^{+++}$

Situs Aktif Enzim

• Area spesifik enzim tempat substrat menempel selama reaksi.
• Struktur tiga dimensi yang komplementer dengan struktur substrat.
• Substrat berikatan dengan enzim melalui ikatan lemah (ikatan H, ikatan ionik, interaksi van der Waals).

Karakteristik Enzim

• Komponen penting untuk metabolisme sel dan proses biologis.
• Katalis yang sangat efisien.
  • Sukrase: Menghidrolisis 1.000.000 kali beratnya sendiri dari sukrosa.
  • Katalase: Mengubah 5.000.000 molekul $H<em>2O</em>2$ per menit.

Energi Aktivasi

• Enzim mengurangi energi aktivasi reaksi.
• Contoh: Reaksi katalase $2H<em>2O</em>2 → 2H<em>2O + O</em>2$
  • Energi aktivasi tanpa katalis: 86 kJ/mol
  • Energi aktivasi dengan katalis anorganik: 62 kJ/mol
  • Energi aktivasi dengan enzim katalase: 1 kJ/mol
• Laju reaksi dipengaruhi oleh enzim, tergantung pada $\Delta G^{\ddagger}$, energi aktivasi Arrhenius.

Perubahan Energi Bebas Gibb ($\Delta G$)

• Enzim menurunkan energi aktivasi ($\Delta G^{\ddagger}$) untuk reaksi yang dikatalisis.
• $K'_{eq} = [P]/[S]$
• $\Delta G'° = -RT \ln K'<em>{eq} = -2.3RT \log K'</em>{eq}$
• $\Delta G$ = perbedaan keseluruhan energi bebas antara produk (P) dan substrat (S), tidak dipengaruhi oleh enzim.

Spesifisitas Enzim

• Sangat spesifik untuk substrat dan reaksi yang dikatalisis.
  • Spesifisitas Absolut: Hanya mengkatalisis satu reaksi.
  • Spesifisitas Gugus:Bertindak pada molekul dengan gugus fungsi spesifik.
  • Spesifisitas Ikatan: Bertindak pada jenis ikatan kimia tertentu.
  • Spesifisitas Stereokimia: Bertindak pada isomer sterik atau optik tertentu.

Regulasi Enzim

• Enzim diatur secara ketat.
• Enzim yang tidak diatur dapat menjadi aktif atau tidak aktif secara konstitutif.
• Aktivitas enzim yang tidak diatur mengganggu homeostasis sel dan menyebabkan penyakit.