FISIOLOGI HEWAN Tugas III

ENZIM

Model komputer enzim nukleosida purin fosforilase

Enzim adalah satu atau beberapa gugus polipeptida (protein) yang berfungsi sebagai katalis (senyawa yang mempercepat proses reaksi tanpa habis bereaksi) dalam suatu reaksi kimia. Enzim bekerja dengan cara menempel pada permukaan molekul zat-zat yang bereaksi dan dengan demikian mempercepat proses reaksi. Percepatan terjadi karena enzim menurunkan energi pengaktifan yang dengan sendirinya akan mempermudah terjadinya reaksi. Sebagian besar enzim bekerja secara khas, yang artinya setiap jenis enzim hanya dapat bekerja pada satu macam senyawa atau reaksi kimia. Hal ini disebabkan perbedaan struktur kimia tiap enzim yang bersifat tetap. Sebagai contoh, enzim α-amilase hanya dapat digunakan pada proses perombakan pati menjadi glukosa.

Hal-ihwal yang berkaitan dengan enzim dipelajari dalam enzimologi. Dalam dunia pendidikan tinggi, enzimologi tidak dipelajari tersendiri sebagai satu jurusan tersendiri tetapi sejumlah program studi memberikan mata kuliah ini. Enzimologi terutama dipelajari dalam kedokteran, ilmu pangan, teknologi pengolahan pangan, dan cabang-cabang ilmu pertanian.

Kerja enzim dipengaruhi oleh beberapa faktor, terutama adalah substrat, suhu, keasaman, kofaktor dan inhibitor. Tiap enzim memerlukan suhu dan pH (tingkat keasaman) optimum yang berbeda-beda karena enzim adalah protein, yang dapat mengalami perubahan bentuk jika suhu dan keasaman berubah. Di luar suhu atau pH yang sesuai, enzim tidak dapat bekerja secara optimal atau strukturnya akan mengalami kerusakan. Hal ini akan menyebabkan enzim kehilangan fungsinya sama sekali. Kerja enzim juga dipengaruhi oleh kofaktor dan inhibitor.

Dewasa ini, enzim adalah senyawa yang umum digunakan dalam proses produksi. Enzim yang digunakan pada umumnya berasal dari enzim yang diisolasi dari bakteri. Penggunaan enzim dalam proses produksi dapat meningkatkan efisiensi yang kemudian akan meningkatkan jumlah produksi.

Enzim ialah sejenis protein yang bertindak sebagai mangkin organik yang dapat mengawal atur serta mempercepatkan tindak balas biokimia dalam sel.

1. Substrat ialah bahan yang ditindak balas oleh enzim.
2. Kofaktor ialah bahan bukan protein dalam bentuk ion logam (contoh: magnesium dan kalium) atau molekul organik (contoh: koenzim A) yang diperlukan bagi pengaktfan enzim tertentu.
3. Perencat ialah bahan kimia yang melambatkan atau menghentikan suatu tindak balas atau proses kawalan enzim.
4. Bahan kimia yang mengambil bahagian dalam metabolisme sel dikenali sebagai metabolit.
5. Setiap proses biokimia terdiri daripada satu siri tindak balas biokimia.

Jadual Kandungan:
1. Penamaan enzim
2. Ciri umum enzim
3. Tapak sintesis enzim
4. Faktor-faktor yang mempengaruhi aktiviti enzim
5. Mekanisme tindakan enzim
6. Penggunaan enzim dalam kehidupan seharian
7. Eksperimen
8. Pautan luar

1. Penamaan enzim

1. Enzim dinamakan mengikut substrat yang ditindakkan olehnya dengan akhiran -ase. Contohnya enzim sukrase menguraikan sukrosa kepada glukosa dan fruktosa.
2. Nama-nama enzim yang telah lama wujud tetap dikekalkan, misalnya renin, tripsin dan pepsin.

2. Ciri umum enzim

1. Enzim terbina daripada protein yang dihasilkan oleh sel hidup.

Rajah riben enzim Asetilkolinesterase

2. Tindakan enzim spesifik. Setiap jenis enzim hanya bertindak balas dengan substrat tertentu sahaja. Contoh: enzim sukrase hanya boleh berindak balas dengan sukrosa tetapi tidak boleh bertindak balas dengan maltosa walaupun kedua-duanya adalah gula.

3. Tindak balas enzim boleh berbalik. Arah tindak balas bergantung kepada jumlah substrat dan hasil yang ada. Tindak balas penguraian lemak akan berlaku dari kiri ke kanan atau dari kanan ke kiri sehingga keseimbangan tercapai antara kedua-dua substrat.

4. Enzim diperlukan dalam kuantiti yang kecil. Sedikit enzim akan memangkinkan satu bilangan besar tindak balas biokimia yang sama.

5. Enzim tidak boleh dimusnahkan selepas tindak balas biokimia selesai. Oleh itu, enzim boleh digunakan berulang kali.

6. Suhu optimum bagi tindak balas enzim ialah pada 37^oC.

3. Tapak sintesis enzim

1. Maklumat bagi sintesis enzim terdapat di DNA.

2. Heliks ganda dua DNA membuka dan satu bebenang tunggal molekul RNA yang mengandungi maklumat sintesis enzim dibentuk.Proses ini dikenali sebagai proses transkipsi.

3. Bebenang RNA meninggalkan nukleus dan bercantum dengan ribosom di dalam sitoplasma.

4. Ribosom merupakan tapak di mana maklumat yang dibawa oleh RNA digunakan untuk membentuk molekul enzim. Proses ini dikenali sebagai proses penterjemahan.

4. Faktor-faktor yang mempengaruhi aktiviti enzim

4. 1. Suhu enzim

• Enzim tidak aktif pada suhu kurang daripada 0^oC.
• Kadar tindak balas enzim meningkat dua kali ganda bagi setiap kenaikan suhu 10^oC.
• Kadar tindak balas enzim paling optimum pada suhu 37^oC. Enzim ternyahasli pada suhu tinggi iaitu lebih dari 50^oC.

4. 2. Nilai pH

• Setiap enzim bertindak paling cekap pada nilai pH tertentu yang disebut sebagai pH optimum.
• pH optimum bagi kebanyakan enzim ialah pH 7.
• 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.

4. 3. Kepekatan substrat

• Pada kepekatan substrat rendah, bilangan molekul enzim melebihi bilangan molekul substrat. Oleh itu,cuma sebilangan kecil molekul enzim bertindak balas dengan molekul substrat.
• Apabila kepekatan substrat bertambah, lebih molekul enzim dapat bertindak balas dengan molekul substrat sehingga ke satu kadar maksimum.
• Penambahan kepekatan substrat selanjutnya tidak akan menambahkan kadar tindak balas kerana kepekatan enzim menjadi faktor pengehad.

4. 4. Kepekatan enzim

• Pada kepekatan enzim rendah, bilangan molekul substrat melebihi bilangan molekul enzim. Oleh itu, cuma sebilangan kecil molekul substrat ditindak balas dengan molekul enzim.
• Apabila kepekatan enzim bertambah, lebih molekul substrat dapat bertindak balas dengan molekul enzim sehingga ke satu kadar maksimum.
• Penambahan kepekatan enzim selanjutnya tidak akan menambahkan kadar tindak balas kerana kepekatan substrat menjadi faktor pengehad.

5. Mekanisme tindakan enzim

1. Tindakan enzim boleh dijelaskan melalui hipotesis mangga dan kunci kerana penggabungan substrat kepada enzim menyerupai pemasangan kunci kepada mangga.
2. Substrat dianggap sebagai kunci dan enzim sebagai mangga.
3. Hipotesis ini dapat menerangkan mengapa tindakan enzim adalah spesifik.
4. Semasa proses tindak balas biokimia berlaku, enzim bergabung dengan substrat secara sementara untuk membentuk suatu kompleks enzim-substrat di tapak aktif enzim.
5. Substrat menjadi hasil di dalam kompleks enzim-substrat.
6. Kemudian hasil yang terbentuk akan meninggalkan tapak aktif enzim. Enzim tidak berubah dan bebas digunakan semula.

ENZIM + SUBSTRAT –> KOMPLEKS ENZIM-SUBSTRAT –> ENZIM + HASIL

6. Penggunaan enzim dalam kehidupan seharian

Amilase - Terdapat dalam detergen untuk menyingkirkan kotoran seperti coklat, kari dan telur daripada pakaian. -Ditambah dalam proses pencairan kanji sebelum penambahan malt dalam industri alkohol.

Protease - Melembutkan daging. -Membantu menanggalkan kulit ikan dalam industri pengetinan ikan.

Selulase - Melembutkan sayur-sayuran yang tinggi kandungan serabutnya. -Mengeluarkan kulit daripada bijirin seperti gandum. -Mengasingkan agar-agar daripada rumpai laut dengan menguraikan dinding sel daun rumpai dan membebaskan agar-agar yang terkandung dalamnya.

Papain - Enzim yang diperoleh daripada betik untuk melembutkan daging.

Zimase - Dihasilkan oleh yis untuk memecahkan gula kepada etanol.

Renin - Mendadihkan susu.

Lipase - Mengurangkan lemak dalam makanan seperti daging. -Bertindak balas terhadap lemak susu dalam penyediaan keju.

7. Eksperimen

Pernyataan masalah : Apakah kesan pH ke atas aktiviti enzim?

Pembolehubah dimanipulasikan : pH larutan

Pembolehubah dimalarkan : Suhu larutan

Pembolehubah bergerak balas : Penguraian substrat oleh enzim.

Hipotesis: Pepsin bertindak balas paling berkesan dalam keadaan berasid.

Radas dan bahan : Tabung uji; picagari; corong turas; termometer; jam randik; bikar; penunu bunsen; kertas pH; tungku kaki tiga; kasa dawai; ampaian albumen; larutan pepsin 1 %; asid hidroklorik, HCl 0.1 M; larutan natrium hidroksida, NaOH 0.1 M.

Prosedur :

1. Tiga tabung uji dilabelkan P,Q,R. 2cm³ albumen dan larutan pepsin dimasukkan dalam setiap tabung uji.
2. 2 cm³ HCl dimasukkan dalam tabung uji P. 1 cm³ masing-masing HCl dan NaOH dimasukkan dalam tabung uji Q manakala 2 cm³ NaOH dimasukkan dalam tabung uji R.
3. pH larutan campuran di dalam setiap tabung uji ditentukan dengan menggunakan kertas pH.
4. Kesemua tabung uji direndamkan di dalam kukus air pada suhu 37^oC selama 20 minit.
5. Isi kandungan tabung uji itu diperhatikan.

Keputusan: Hanya tabung uji P kelihatan jernih. Ampaian albumen boleh dilihat dengan jelas dalam tabung uji Q dan R.

Perbincangan:

1. Tabung uji P,Q dan R direndam di dalam kukus air pada suhu 37^oC kerana suhu ini merupakan suhu optimum bagi enzim untuk bertindak balas dengan substrat.
2. Pada akhir eksperimen, isi kandungan dalam tabung uji P menjadi jernih kerana albumen telah diuraikan oleh protein.
3. Pepsin menguraikan albumen dalam keadaan berasid.

Kesimpulan :

Aktiviti enzim dipengaruhi oleh pH.

Pada tahun 1958, Daniel Koshland telah mencadangkan hipotesis kunci dan mangga. Enzim merupakan struktur yang fleksibel. Tapak aktif enzim boleh diubahsuai semasa substrat bertindak balas dengan enzim. Tapak aktif yang dibina oleh asid amino adalah seperti acuan getah; mampu mengembang dan menguncup mengikut bentuk substratnya. Kadang kala, molekul substrat pula yang berubah sedikit apabila membuat ikatan dengan tapak aktif enzim.

8. Pautan luaR

ENZIM JUGA MERUPAKAN :

• Enzim merupakan biokatalisator / katalisator organik yang dihasilkan oleh sel. Struktur enzim terdiri dari:

• Apoenzim, yaitu bagian enzim yang tersusun dari protein, yang akan
rusak bila suhu terlampau panas(termolabil).

• Gugus Prostetik (Kofaktor), yaitu bagian enzim yang tidak tersusun
dari protein, tetapi dari ion-ion logam atau molekul-molekul organik
yang disebut KOENZIM. Molekul gugus prostetik lebih kecil dan tahan panas (termostabil), ion-ion logam yang menjadi kofaktor berperan
sebagai stabilisator agarenzim tetap aktif. Koenzim yang terkenal pada rantai pengangkutan elektron (respirasi sel), yaitu NAD (Nikotinamid
Adenin Dinukleotida), FAD (Flavin Adenin Dinukleotida), SITOKROM.

Enzim mengatur kecepatan dan kekhususan ribuan reaksi kimia yang berlangsung di dalam sel. Walaupun enzim dibuat di dalam sel, tetapi untuk bertindak sebagai katalis tidak harus berada di dalam sel. Reaksi yang dikendalikan oleh enzim antara lain ialah respirasi, pertumbuhan dan perkembangan, kontraksi otot, fotosintesis, fiksasi, nitrogen, dan pencernaan.

Sifat-sifat enzim
Enzim mempunyai sifat-siat sebagai berikut:
1. Biokatalisator, mempercepat jalannya reaksi tanpa ikut bereaksi.

2. Thermolabil; mudah rusak, bila dipanasi lebih dari suhu 60º C, karena
enzim tersusun dari protein yang mempunyai sifat thermolabil.

3. Merupakan senyawa protein sehingga sifat protein tetap melekat
pada enzim.

4. Dibutuhkan dalam jumlah sedikit, sebagai biokatalisator, reaksinya
sangat cepat dan dapat digunakan berulang-ulang.

5. Bekerjanya ada yang di dalam sel (endoenzim) dan di luar sel
(ektoenzim), contoh ektoenzim: amilase,maltase.

6. Umumnya enzim bekerja mengkatalisis reaksi satu arah, meskipun ada
juga yang mengkatalisis reaksi dua arah, contoh : lipase, meng-
katalisis pembentukan dan penguraian lemak.
lipase
Lemak + H2O ———————————> Asam lemak + Gliserol

7. Bekerjanya spesifik ; enzim bersifat spesifik, karena bagian yang aktif
(permukaan tempat melekatnya substrat) hanya setangkup dengan
permukaan substrat tertentu.

8. Umumnya enzim tak dapat bekerja tanpa adanya suatu zat non
protein tambahan yang disebut kofaktor.

Gbr. Penghambatan Reversible terhadap kerja enzim

Pada reaksis enzimatis terdapat zat yang mempengarahi reaksi, yakni aktivator dan inhibitor, aktivator dapat mempercepat jalannya reaksi,
2+ 2+
contoh aktivator enzim: ion Mg, Ca, zat organik seperti koenzim-A.

Inhibitor akan menghambat jalannya reaksi enzim. Contoh inhibitor : CO, Arsen, Hg, Sianida.

2. ATP (Adenosin Tri Phosphat)
Molekul ATP adalah molekul berenergi tinggi. Merupakan ikatan tiga molekulfosfat dengan senyawa Adenosin. Ikatan kimianya labil, mudah melepaskan gugus fosfatnya meskipun digolongkan sebagai molekul berenergi tinggi.

Perubahan ATP menjadi ADP (Adenosin Tri Phosphat) diikuti dengan pembebasan energi sebanyak 7,3 kalori/mol ATP. Peristiwa perubahan ATP menjadi ADP merupakan reaksi yang dapat balik.