Bahan Kuliah Biokimia Untuk Biologi

BAHANAJAR (Hand Out)

BIOKIMIA

Disusun oleh:

Prof. Dr. agr. Moh.Amin, M.Si

Dr. Betty Lukiati, M.S

Siti Imroatul Maslikah, S.Si, M.Si

Balqis, S.Pd, M.Si

JURUSAN BIOLOGI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI MALANG

i

DAFTAR ISI

1. BAB I Pendahuluan ...1

2. BAB IIBiomolekul Dalam Organisasi Molekuler Sel dan

Materi Genetik ...7

3. BAB III Asam Amino dan Protein ...15

4. BAB IV Enzim ...30

5. BAB V Struktur dan Fungsi Karbohidrat ...44

6. BAB VIMetabolisme Karbohidrat ...58

7. BAB VIIMetabolisme Lipid ... 78

1

BAB I PENDAHULUAN A. KOMPETENSI

1. mampu menjelaskan pengertian biokima

2. mampu menjelaskan tujuan yang dipelajari dalam biokimia 3. mampu menjelaskan tiga bidang bahasan dalam Biokimia 4. mampu menjelaskan perkembangan ilmu biokimia

5. mampu menjelaskan kegunaan ilmu biokimia dalam kehidupan sehari-hari

B. ELEMEN KOMPETENSI

1. mendeskripsikan pengertian biokima

2. mendeskripsikan tujuan yang dipelajari dalam biokimia 3. mendeskripsikan tiga bidang bahasan dalam Biokimia 4. mendeskripsikan perkembangan ilmu biokimia

5. mendeskripsikan kegunaan ilmu biokimia dalam kehidupan sehari-hari

C. MATERI

Pengertian Biokimia

Selamat datang biokimia! Anda sudah menemukan aspek dari subjek ini dengan pengalaman sebelumnya dalam ilmu kimia dan biologi. Ahli biokimia menggunakan hukum-hukum dasar ilmu kimia, biologi, dan ilmu fisika untuk menjelaskan proses hidup sel. Sungguhpun istilah biokimia telah menjadi hal yang biasa di dalam bahasa kita, suatu definisi yang penuh arti ringkas adalah sulit. Definisi yang paling sederhana adalah " ilmu kimia sel hidup. Biokimia mempunyai komponen biologi dan ilmu kimia dan ahli biokimia harus baik berpengalaman dalam kedua-duanya. Dengan demikian Biokimia adalah Sains Biologi, yang memanfaatkan Hukum-hukum Fisika dan Kimia untuk menjelaskan proses kehidupan. Untuk itu perlu dijelakan ciri-ciri makhluk hidup dibandingkan dengan makhluk tidak hidup diantaranya adalah:

1) Mempunyai susunan yang kompleks, tetapi terorganisir dengan sangat rapi.

2) Mampu mempertahankan ‘keteraturan’ dirinya di dalam lingkungan yang semakin

tidak teratur (Hukum Thermodinamika II).

2

Ketiga ciri utama di atas dimiliki secara melekat oleh organisme. Kekurangan dari satu sifat akan meniadakan ciri sebagai organisme.

Tujuan Biokimia

Mengacu pada uraian pengertian Biokimia di atas, keseluruhan tujuan biokimia adalah mendeskripsikan proses hidup di tingkatan molekul. Bahkan sel yang terkecil-pun berisi beribu-ribu bahan-kimia anorganik maupun organik, banyak di antara mereka molekul besar disebut makromolekul. Semua proses biologi yang mencakup visi, diesti (pencernaan), pemikiran, gerakan, imunitas, dan kondisi-kondisi penyakit diakibatkan oleh perilaku molekul. Oleh karena itu, dalam rangka mendeskripsikan proses-proses ini, pertama-tama harus mempunyai suatu pengetahuan struktur yang kimia molekul yang berperan. Kedua, harus mempunyai suatu pemahaman fungsi biologi molekular. Dengan demikian tujuan Biokimia adalah mendiskripsikan struktur, organisasi dan fungsi zat hidup pada tingkat molekul.

Dengan tujuan ini banyak masalah yang ingin dipecahkan antara lain:

 Bagaimana komponen-komponen organisme mengorganisir diri dalam menyusun

struktur “supramolekul”: sel  jaringan  organisme?

 Bagaimana organisme mengekstrak energi dari lingkungan untuk mempertahankan hidupnya?

 Bagaimana organisme menyimpan dan menyalurkan informasi genetik dengan sangat akurat?

 Reaksi kimia apa saja yang menyebabkan / menyertai proses reproduksi, penuaan dan kematian suatu sel/ organisme?

 Bagaimana reaksi-reaksi kimia di dalam sel dikendalikan?

Peran biologi dan ilmu kimia yang masing-masing dalam mencapai tujuan biokimia adalah sangat nyata. Adalah penting untuk memahami struktur sel sebab proses biologi dibagi dalam kompartemen-kompatemen yaitu mereka hanya tampak pada bagian tertentu sel (organela) yang dilindungi oleh selaput. Keterkaitan antara struktur dan fungsi dengan karakter/sifat sifat ini, ahli biokimia adalah juga sangat tertarik tentang bioenergetika yaitu studi aliran energi sel ( Gambar 1.1). Beberapa peristiwa molekular dalam sel memerlukan masukan energi (endergonic) dan yang melepaskan energi (exergonic). Bagaimana sel menggunakan reaksi kimia untuk memindahkan energi antar peristiwa endergonik dan exergonik akan menjadi minat besar di pembahasan kita nanti.

3

Gambar 1.1. Biokimia alam menunjukkan konsep penting dan hubungannya

Biokimia dibagi oleh beberapa ilmuwan hidup ke dalam dua tingkatan :

1. Conformational: menemukan struktur yang kimia dan susunan tiga dimensi biomolecules.

2. Informational: penjelasan suatu bahasa untuk komunikasi di dalam sel dan organisma.

Kekayaan yang unik suatu sel ditentukan oleh gen yang dinyatakan oleh sel itu. Informasi genetik dalam wujud DNA dikodekan untuk menghasilkan protein yang adalah molekul sel fungsional dan struktural yang utama.

Tiga Bidang Bahasan Biokimia:

Mengacu pada deskripsi tujuan Biokimia maka secara ringkas bidang bahasannya meliputi:

1) Struktur dan Fungsi Biomolekul:

Membahas struktur kimia komponen-komponen penyusun organisme serta hubungan antara struktur tersebut dengan fungsi biologisnya.

2) Metabolisme

Membahas keseluruhan reaksi-reaksi kimia yang terjadi di dalam organisme. 3) Penyimpanan dan Aliran Informasi Genetik

Membahas penyimpanan dan penyampaian informasi genetik / biologis organisme.Bidang ke tiga ini juga merupakan bidang bahasan Ilmu Genetika Molekul, yang berusaha memahami pewarisan dan ekspresi informasi genetik pada tingkat molekul.

4

Sejarah Biokimia Sejarah awal biokimia

Masyarakat pada awal peradaban Mesir, Negeri China, India, Roma, dan di tempat lain tidak memahami prinsip dasar biokimia tentang membakar roti, peragian jus buah, atau perawatan penyakit dengan tumbuhan dan zat-zat dari hewan. Bagaimanapun, ketiadaan pengetahuan tidak mencegah kenikmatan mereka dari proses biokimia ini. Studi awal dalam biologi yang terkonsentrasi pada perawatan penyakit dan pencapaian kesehatan yang baik, telah berakar kuat dalam filosofi dan agama.

Masyarakat Cina pada abad yang keempat sebelum Masehi percaya bahwa manusia berisi lima unsur: air, api, kayu, metal dan bumi. Ketidakseimbangan susunan unsur-unsur ini menyebabkan sakit/penyakit. Pada abad ketujuh setelah Masehi, dokter Cina menemukan bahwa rabun ayam itu bisa diperlakukan pada hati babi dan domba. Ahli biokimia modern dan dokter mengetahui bahwa rabun ayam disebabkan oleh kekurangan vitamin A, yaitu suatu zat kimia yang berada di dalam hati.

Awal sejarah Yunani, termasuk Plato telah mencoba untuk menjelaskan bahwa tubuh dalam kaitan dengan teori kosmologi dan stres diet berguna untuk perawatan penyakit. Istilah Yunani untuk pencernaan, pepsin, sebagai suatu kata yang menandakan panas dalam, adalah asal dari kata pepsin yaitu suatu enzim pencernaan.

Biokimia modern

Gambar 1.2 di bawah menunjukkan bahwa pengetahuan biokimia merupakan perpaduan dari dua disiplin yang mengikuti perkembangan masing-masing. Satu bidang melakukan pelacakan pada pengetahuan fisik dan ciri struktural biomolekul. Pendekatan bidang ini menerapkan hukum dasar fisika dan kimia untuk menjelaskan proses-proses pada mahluk hidup. Sebagai contoh, Linus Pauling pada abad ke-20 telah melakukan penelitian dengan menggunakan sinar X untuk kristalografi struktur protein. Di lain jalur menggunakan pendekatan biologi, khususnya para ahli di bidang mikrobiologi, biologi sel, fisiologi dan genetika melalui studi pada organisasi dan fungsi sel.

5

Gambar 1.2. Dua perspektif biokimia, yaitu ilmu pengetahuan fisika - kimia dan biologi

Aplikasi Biokima

Biokimia sebagai suatu disiplin ilmu pengetahuan terutama telah membantu perkembangan di bidang pertanian, kedokteran, pangan, farmasi dan lain-lain.

1) Di bidang kedokteran, biokimia telah berperan dalam deteksi penyakit dan diagnosis serta memonitor respons-respons terhadap bermacam perlakuan. Contohnya pada diagnosis penyakit hati dapat dimonitor dengan pengukuran aktivitas enzim transaminase (dengan tes laboratorium SGPT (serum glutamic pyruvic transaminase), SGOT (serum glutamic oxaloacetic transaminase) dan kadar bilirubin.

SGPT adalah sebuah enzim yang biasanya hadir di sel-sel hati dan jantung.SGPT dilepaskan ke dalam darah ketika hati atau jantung rusak.Juga disebut alanin aminotransferase (ALT).

SGOT, kini disebut AST (aspartat aminotransferase), adalah enzim yang biasanya hadir di sel-sel hati dan jantung. SGOT dilepaskan ke dalam darah ketika hati atau jantung rusak. Tingkat SGOT meningkat bila ada kerusakan hati (misalnya, dari virus hepatitis) atau penyakit jantung. Beberapa obat juga dapat meningkatkan kadar SGOT.

Bilirubin adalah pigmen kekuningan yang dilepaskan ketika sel-sel darah merah dipecah.Biasanya bilirubin diproses dan dikeluarkan oleh hati.Tingkat kelebihan

6

bilirubin dalam darah (hiperbilirubinemia) dapat mengindikasikan kerusakan hati, dan dapat menyebabkan sakit kuning (menguningnya kulit dan putih mata), tinja berwarna.

2) Di bidang farmasi dan toksikologi, obat-obatan umumnya mengganggu jalur metabolisme spesifik.

Contoh:

antibiotik penisilin dan sejenisnya dapat membunuh bakteri dengan cara menghambat enzim yang berperan dalam sintesis polisakarida penting penyusun dinding sel bakteri. Sebaliknya pada sel hewan tidak memerlukan sintesis senyawa ini sehingga dapat digunakan untuk pengobatan.

AZT (azido dideoksi timidin) adalah senyawa menggantikan Timin berperan untuk memblokir sintesis DNA oleh virus (HIV)

6-Merkapto Purinadalah senyawa yang berperan menghambat sintesis DNA pada pembiakan sel leukemia

Isoprotenol adalah senyawa kimia yang menyerupai hormon ephineprin/ adrenalin sehingga menghambat rangsangan oleh hormon itu

3) Di bidang pertanian dan pangan, misalnya pemanfaatan pestisida dan herbisida. Senyawa ini bekerja dengan cara memblok enzim-enzim atau reseptor pada sel target organisme. Maka biokimia harus memahami kerja senyawa ini, baik selektivitas dan mekanisme resistensi

7

BAB II

BIOMOLEKUL DALAM ORGANISASI MOLEKULER SEL DAN MATERI GENETIK

A. KOMPETENSI

1. mampu menjelaskan hierarki organisasi molekuler sel 2. mampu menjelaskan pembentukan makromolekul

3. mampu menjelaskan keterkaitan pembentukan makromolekul penting dalam sel

B. ELEMEN KOMPETENSI

2. mendeskripsikan hierarki organisasi molekuler sel 3. mendeskripsikan pembentukan makromolekul

4. mendeskripsikan keterkaitan pembentukan makromolekul penting dalam sel

C. MATERI

Biomolekul organisme hidup disusun dalam suatu hirarhi menurut kekompleksan molekul yang meningkat. Semua biomolekul organik diturunkan dari prekursor yang sangat sederhana, berbobot molekul rendah dan terdapat di lingkungan, terutama karbon dioksida, air dan nitrogen atmosfer. Prekursor-prekursor ini melalui serangkaian intermediet-intermediet metabolik diubah oleh benda hidup menjadi biomolekul building block, senyawa organik yang berbobot molekul lebih besar. Molekul-molekul building block ini selanjutnya saling berikatan kovalen satu dengan lainnya membentuk makromolekul sel yang relatif berbobot molekul lebih tinggi. Jadi, asam amino merupakan building block dari protein, nukleotida merupakan building block dari asam nukleat, monosakarida merupakan building block dari kebanyakan lipid.

Pada tingkat organisasi sei yang lebih tinggi, makromolekul dari kelompok-kelompok berbeda. Berasosiasi satu dengan lainnya membentuk sistem supramolekul. seperti lipoprotein, yang merupakan kompleks dari lipid dan protein; ribosom, kompleks dari asam nukleotida dan protein. Misalnya setiap ribosom dari satu sel bakteri mengandung 3 asam nukleotida berbeda dan sekitar 50 molekul protein berbeda. Walaupun demikian, ada perbedaan nyata dalam cara komponen-komponen tersebut bergabung. Dalam kompleks supramolekul, komponen supramolekul tidak terikat kovalen satu dengan lainnya. Komponen asam nukleat dan komponen protein dalam ribosom terikat oleh gaya-gaya nonkovalen yang lemah, seperti ikatan hidrogen, interaksi hidrofobik dan interaksi van der Waals. Walaupun demikian, karena jumlah

8

ikatan nonkovalen tersebut besar, maka kompleks supramolekul seperti ribosom stabil pada kondisi biologis. Lagi pula karena penggabungan interaksi nonkovalen makromolekul ke dalam kompleks supramolekul sangat spesifik, sehingga menghasilkan ketepatan geometri atau komplementer diantara bagian-bagian komponennya. Misalnya. Struktur tiga dimensi ribosom sangat teratur dan spesifik, sesuai dengan fungsi kompleksnya dalam translasi informasi genetik ke dalam Struktur protein.

Akhimya, pada level tertinggi organisasi dalam hirarhi struktur sel, berbagai kompleks supramolekul dan sistem bergabung lebih lanjut menjadi organel - inti, mitokondria dan kloroplas, dan menjadi Struktur intrasel dan "inclusion" - lisosom "microbodies" dan vacuola.

Tabel 2.1 Hierarki organisasi molekuler sel

Sel

Organel Inti, mitokondria, kloroplas, badan golgi Kumpulan Supramolekul

(bobot molekul 106-109

Ribosom, kompleks enzim, sistem kontaktil, mikrotubul

Makromolekul (103-109) Asam nukleat, protein, lipid, polisakarida Building blok (bobot molekul

100-350)

Nukleotida, asam amino, monosakarida, asam lemak, gliserol

Intermediet metabolik (bobot molekul 50-250)

Piruvat, sitrat, malat, gliseraldehid-3 fospat

Prekusor dari lingkungan (bobot molekul 14-88)

Karbondioksida, amonia, air, nitrogen

D. MATERI GENETIK

Salah satu ciri dari organisme adalah mampu berkembang biak untuk mempertahankan diri demi kelangsungan hidupnya. Proses berkembangbiak dan mempertahankan diri dapat dicapai karena ada faktor yang mengendalikannya. Faktor yang berperan untuk semua proses-proses tersebut adalah materi genetik. Setiap sel hidup baik prokariot dan eukariot memiliki materi genetik, karena untuk keperluan mempertahankan dii dan kelangsungan hidupnya. Secara materi, antara prokariot dan eukariot tidak ada perbedaan, yang membedakan adalah pada organisasi struktur materi genetik tersebut.

9

Pada prokariot, karena tidak memiliki membran inti, maka materi genetik (kromosom) berada di sitoplasma sehingga proses metabolismenya berbeda dengan dengan eukariot.Eukaryot materi genetik terdapat di nukleus atau inti sel dan sebagian kecil di mitokondria (DNA mitokondria), dan pada sel tumbuhan terdapat di kloroplas. Untuk memahami struktut materi genetik di prokariot dan eukariot, maka perhatikan gambar di bawah ini.

B

Gambar 2.1. A: sel prokariot (materi genetik berupa nukleoid, tanpa dikemas di dalam membran inti; B: sel eukariot (materi genetik terkemas di dalam membran inti).

Untuk mempermudah memahami istilah dan esensi materi genetik, maka fokus bahasan ini lebih ke struktur materi genetik eukariotik karena organisasinya lebih kompleks dibandingkan dengan prokariotik.Untuk materi genetik prokariotik akan dibahas lebih detail di kajian genetika. Perhatikan gambar 2.2 di bawah ini.

Gambar 2. Organisasi materi genetik eukariot

Gambar ini menjelaskan bagaimana organisasi materi genetik di eukariot. Materi genetik di eukariot sangat mudah dideteksi pada saat sel mengalami proses pembelahan (terutama fase profase akhir-metafase-anafase awal) karena materi genetik berbentuk kromosom yaitu benang kromatin yang menebal. Kromatin sendiri secara struktural tersusun atas nukleosom yaitu badan yang terbentuk

2

atas struktur protein histon-non histon dan rantai DNA.

Istilah yang berikutnya adalah gen, yaitu satu segmen DNA yang menjalankan fungsi untuk mengkode suatu ekspresi (mengkode suatu sifat). Ekspresi ini di dalam istilah umum dalam bentuk protein, karena gen mengkode urutan asam amino. Untuk lebih memahami hal ini akan dibahas secara ringkas tentang struktur asam nukleat (DNA/RNA), gen dan kode genetik.

1. Struktur DNA dan RNA

Data difrasiX-ray Nampak bahwa DNA adalah berbentuk Kristal.Sesuai yang diusulkan oleh James Watson dan Francis Crick pertama kali pada tahun 1953.Oleh Watson dan Francis Crick diusulkan struktur molekul DNA merupakan double heliksdari rantai polinukleotida.Model ini menunjukkan bahwa DNA merupakan model berbentuk 2 helik dengan complementer antiparalel, yang berhubungan melalui ikatan hidrogen hal ini karena basa-basa purin dan pirimidin mengandung gugus fungsi yang memungkinkan terjadinya ikatan hidrogen.Hal ini sangat menentukan struktur asam nukleat. Secara eksperimen diketahui bahwa pada molekul DNA konsentrasi Adenin (A) adalah sebanding dengan Timin (T) sedangkan konsentrasi Sitosin (C) sebanding dengan Guanin (G). Hal ini adalah bahwa A berpasangan dengan T, sedangkan G berpasangan dengan C. berdasarkan hal ini menurut Watson dan Crick, bahwa ikatan G dan C melibatkan 3 ikatan hydrogen, sedangkan antara a dan T mengandung 2 ikatan hydrogen. Hal ini membuat pasangan basa G-C lebih stabil dibandingkan pasangan basa A-T.

DNA terdiri dari 2 utas benang polipeptida yang saling berpilin (double helix=berpilin ganda).Materi genetik, DNA, selalu dalam keadaan aktif. Aktivitas ini berhubungan dengan ekspresi gen dan juga aktivitas tambahan seperti replikasi, perbaikan dan rekombinasi.

Setiap organisme hidup dijumpai dua jenis asam nukleat yaitu asam deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukleat (RNA). Tetapi kemudian diketahui bahwa pada virus hanya terdapat salah satu saja, RNA atau DNA. Dalam sel, asam nukleat ini bergabung dengan molekul protein membentuk molekul yang lebih besar, yaitu nukleoprotein. Nukleoprotein inilah yang kemudian dianggap sebagai molekul pembawa informasi genetik pada setiap organisme. Sebagai pembawa informasi genetik, asam nukleat berperan dalam penyimpanan, replikasi, rekombinasi dan penghantaran informasi genetik.

2

Sekarang terbukti bahwa molekul DNA dengan urutan nukleotidanya merupakan penentu Struktur kimia dasar kehidupan, yaitu protein-protein, khususnya enzim-enzim. Diketahui pula bahwa DNA menyusun gen yang terletak pada tempat-tempat tertentu dalam kromosom; dan materi genetik dapat diwariskan dari satu generasi ke generasi berikutnya.Seutas polipeptida tersusun atas rangkaian nukleotida.Setiap nukleotida tersusun atas:

1. Gugusan gula deoksiribosa,

2. Gugusan asam fosfat yang terikat pada atom karbon (C) nomor 5 dari gula, 3. Gugusan basa nitrogen yang terikat pada atom C nomor 1 gula.

Struktur DNA digambarkan seperti berikut ini.

Gambar 2.3.(a) DNA Heliks Ganda (b) Struktur Kimia DNA Sumber: Campbell (2002:303)

RNA

Seperti halnya molekul DNA, RNA juga merupakan suatu asamnukleat. Tidak seperti DNA yang berbentuk heliks ganda, molekul RNA berupa untai tunggal. Molekulnya mengandung nukleotida-nukleotida yang mengandung basa utama adenin (A), guanin (G), sitosin (C) urasi (U). Dalam hal ini karena molekulnya berupa untai tunggal maka tidak tercermin adanya kaidah pasangan basa. Kalau molekul DNA dapat diharapkan jumlah A = T dan C = G, pada nx RNA tidaklah demikian, kecuali pada virus-virus RNA yang mampu membuat untai komplemen dengan bantuan enzim transkriptase yang dikandungnya. Sintesis RNA terjadi di dalam inti, kemudian dilepas ke sitosol bila akan terjadi sintesisi protein.

3

Susunan kimiawi RNA terdiri dari gula pentose (D-ribosa), molekul gugusan pospat dan basa nitrogen yang terdiri dari purin (adenin dan guanin), dan pirimidin (sitosin dan urasil). Dapat dibedakan menjadi RNA genetik dan RNA non genetic. Benang RNA merupakan benang polipeptida tunggal yang tersusun atas:

1. Gugusan gula yang terdiri dari gula ribosa,

2. Gugusan asam fosfat yang terikat pada atom C nomor 5 dari gula, 3. Gugusan basa nitrogen yang terikat pada atom C nomor 1 dari gula. Basa nitrogen RNA tersusun dari:

a. Basa purin, yaitu Adenin (A) dan Guanin (G), b. Basa pirimidin, yaitu Urasil (U) dan Sitosin (C),

a. RNA Genetik

 Dapat berbentuk pita tunggal dan dapat pula berbentuk pita ganda tak terpilin

 virus tumbuhan (misalnya virus mozaik tembakau TMV, virus burik kuning pada padi, dsb)

 Virus hewan (misalnya virus influenza, virus penyebab luka kaki dan mulut pada sapi, virus poliomyetis, bakteriophag, dsb).

b. RNA Non Genetik

 mRNA (pembawa kode genetik), dicetak oleh DNA dalam suatu proses yang disebut transkripsi. Membawa informasi yang menentukan urutan asam amino protein dari DNA ke ribosom.Disintesis di dalam nukleus melalui transkripsi oleh DNA pencetak, RNA-m mengandung kodon.RNA-m yang panjang dan berfungsi menyusun beberapa rantai polipeptida disebut RNA-m polisistronik.RNA-m di dalam sel eukarotik lebih stabil dibandingkan di dalam sel prokariotik.

 tRNA (Menerjemahkan sandi genetika ke dalam urutan basa polipeptida), dicetak oleh DNA dan menempati sitoplasma. Berperan sebagai molekul adaptor dalam sintesis protein, mentranslasi kodon-kodon RNAm menjadi asam amino. tRNA berfungsi:membawa asam amino yang akan disintesis menjadi polipeptida ke dalam ribosom, menempatkan asam amino di tempat yang tepat pada rantai polipeptida, mendatangi kodon pada RNA-m sambil membawa asam amino.

 rRNA (sebagai adaptor), dicetak oleh DNA dan menempati di dalam ribosom. Mempunyai peran struktural dan katalitik (ribozim) dalam ribosom. rRNA

4

merupakan penyusun ribosom.Ribosom adalah organel sel yang berfungsi untuk mensintesis polipeptida.RNA-r belum diketahui strukturnya secara jelas. RNA-r berfungsi sebagai adaptor atau penyelaras pada proses sintesis polipeptida.

2. Gen dan Kode genetik

Gen tertentu membawa informasi yang dibutuhkan untuk membuat protein dan informasi itulah yang disebut sebagaikode genetik (kodon). Dengan kata lain, kode genetik adalah cara pengkodean urutan nukleotida pada DNA atau RNA untuk menentukan urutan asam amino pada saat sintesis protein. Informasi pada kode genetik ditentukan oleh basa nitrogen pada rantai DNA yang akan menentukan susunan asam amino (Gurungeblog, 2008, Levine, tanpa tahun). Kode genetik dapat dilihat pada tabel 1 di bawah ini.

Tabel 1. memperlihatkan "kamus" lengkap dari kode genetika. Kode itu mengandung U dan bukan T dalam triplet-triplet. Ini disebabkan oleh fakta bahwa para ahli genetika memandang triplet-triplet yang dibawa oleh molekul-molekul ARNd sebagai komponen-komponen kode genetika dan bukan sebagai-rangkatan dalam DNA sendiri. Hal ini didapatkan dari penelitian terhadap ARNd yang menghasilkan pemecahan kode. Tiap triplet yang mewakili informasi bagi suatu asam amino tertentu dinyatakan sebagai kodon.

Kode genetik merupakan kombinasi tiga basa (triplet kodon) pada mRNA yang membawa informasi genetik. Kelompok yang terdiri dari tiga nukleotida (triplet) ini yang berdampingan pada DNA akan ditranskripsi menjadi tiga nukleotida RNA komplementer, yang kemudian ditranslasikan menjadi sebuah asam amino tunggal di

5

dalam rantai polipeptida (Stansfield, dkk., 2006). Penetapan triplet kodon didasarkan atas 20 asam amino penyusun protein dan empat macam basa penyusunnya, sehingga secara matematik apabila menggunakan 2 basa hanya menghasilkan 16 (42) kode genetik tidak cukup mewakili 20 asam amino dan 64 (43) kode genetik apabila menggunakan 3 basa. Penggunaan triplet kodon sebagai kombinasi kode genetik menyebabkan satu macam asam amino dapat disandi oleh lebih dari satu triplet kodon, sebagai contoh leusin dapat dikode oleh 6 kodon berbeda pada mRNA. Keadaan ini disebut kode genetikbersifat degenerate (Brown, 2002; Stansfield, dkk., 2008; Pai, 2005; Levine, tanpa tahun). Akibat dari degenerasi kode ini, banyak perubahan (mutasi) dapat terjadi pada sebuah gen tanpa mempunyai efek terhadap komposisi asam amino pada produk gen tersebut. Perubahan tersebut disebut mutasi bisu (silent) (Stansfield dkk., 2008).

Pada tahun 1968 Nirenberg, Khorana dan Holley menerima hadiah Nobel untuk penelitian mereka yang sukses menciptakan kode-kode genetik yang hingga sekarang kita kenal.Seperti kita ketahui asam amino dikenal ada 20 macam.Bagaimana 4 basa nitrogen ini dapat mengkode 20 macam asam amino yang diperlukan untuk mengontrol semua aktivitas sel?

Para peneliti melakukan penelitian pada bakteri E. Coli. Mula-mula digunakan basa nitrogen singlet maka diperoleh 4 asam amino saja yang dapat diterjemahkan padahal ke 20 asam amino ini harus diterjemahkan semua agar protein yang dihasilkan dapat digunakan, kemudian para ilmuwan mencoba lagi dengan kodon duplet dan untuk menterjemahkan 16 asam amino ini pun belum cukup juga. Kemudian dicoba dengan triplet dan dapat menterjemahkan 64 asam amino. Hal ini wajar sekalipun melebihi 20 asam amino toh dari 64 asam amino yang diterjemahkan ada yang memiliki fungsi yang sama diantaranya (kodon asam asparat (GAU dan GAS) sama dengan asam asam tirosin (UAU, UAS) dan sama juga dengan triptopan (UGG). Bahkan ini sangat menguntungkan pada proses pembentukkan protein karena dapat menggantikan asam amino yang kemungkinan rusak. Selain itu, dari 20 asam amino diantaranya ada yang berfungsi sebagai agen pemotong gen atau tidak dapat bersambung lagi dengan doubel helix. Asam amino yang berfungsi sebagai agen pemotong gen diantaranya (UAA, UAG, UGA). Beberapa sifat dari kode triplet diantaranya:

1. Kode genetik ini mempunyai banyak sinonim sehingga hampir setiap asam amino dinyatakan oleh lebih dari sebuah kodon. Contoh semua kodon yang diawali dengan

6

SS memperinci prolin, (SSU, SSS, SSA dan SSG) semua kodon yang diawali dengan AS memperinci treosin (ASU, ASS, ASA, ASG).

2. Tidak tumpang tindih, artinya tidak satu basa tunggalpun yang dapat mengambil bagian dalam pembentukan lebih dari satu kodon, sehingga 64 itu berbeda-beda nukleotidanya.

3. Kode genetik dapat mempunyai dua arti yaitu kodon yang sama dapat memperinci lebih dari satu asam amino.

4. Kode genetik itu ternyata universal. Ini berarti, bahwa kode bagi suatu asam amino tertentu pada bakteri juga memberi kode bagi asam amino yang sama dalam organisma-organisma kompleks. Akhir-akhir ini, sifat universal dari kode telah dimanfaatkan sebaik-baiknya dalam teknik rekayasa genetika, yang memungkinkan para ilmuwan memasukkan DNA manusia ke dalam bakteri. Gen-gen manusia itu ditranskripsi, dan protein-protein manusia disintesa oleh bakteri (Elrod, dkk., 2007; Gurungeblog, 2008).

Kebanyakan organisme mempunyai kode genetik yang sama (kode genetik bersifat universal). Kecuali pada genom mitokondria yang menggunakan kode genetik

tidak standard.Kodon 5′-UGA-3′ yang biasanya mengkode untuk terminasi namun pada

mitokondria manusia, 5′-UGA-3′ mengkode untuk triptofan.Penggantian kodon terminasi juga di temukan pada genom nuklear eukariotik tingkat rendah.Kodon

terminasi 5′-UGA-3′ berubah menjadi selenosistein yang tetap digunakan sebagai

kodon terminasi. Pembeda antara selenosistein dengan kodon 5′-UGA-3′ adalah adanya hairpin loop pada mRNA di daerah downstream kodon selenosistein pada

prokariot dan pada daerah 3′ yang tidak ditranslasi (misalnya bagian mRNA setelah kodon terminasi) pada eukariot. Dua contoh diatas meruntuhkan pendapat bahwa kode genetik bersifat universal karena pada kenyataanya kode genetik bersifat tidak universal (Brown, 2002).

Campbell, dkk.(2002), menyatakan bahwa kode genetic hampir bersifat universal, digunakan oleh organism mulai dari bakteri paling sederhana hingga tumbuhan dan hewan yang paling rumit.Kodon RNA CCG misalnya, dtranslasikan sebagai asam amino prolin di semua organisme yang kode genetiknya telah dipelajari. Dalam percobaan laboratorium, gen dapat ditranskripsi dan ditranslasi setelah gen itu dicangkokkan dari satu spesies ke spesies yang lain. Salah satu aplikasinya yang penting adalah bakteri dapat deprogram dengan cara menyisipkan gen manusia untuk mensintesis protein manusia tertentu yang sangat bermanfaat bagi bidang kedokteran. Aplikasi seperti ini telah menghasilkan perkembangan besar dalam bidang

7

bioteknologi.Terdapat beberapa pengecualian mengenai keuniversalan kode genetik ini, yaitu sistem translasi di mana beberapa kodon berbeda dari kodon standar.Contoh utamanya ditemukan dalam eukariot bersel tunggal tertentu, seperti paramecium. Contoh lain ditemukan dalam mitokondria dan kloroplas tertentu, yang mentranskripsi dan mentranslasi gen yang dibawa oleh DNA yang sedikit jumlahnya.

Tiap triplet yang mewakili informasi bagi suatu asam amino tertentu dinyatakan sebagai kodon.Kode genetika bersifat degeneratif dikarenakan 18 dan 20 macam asam amino ditentukan oleh lebih dari satu kodon, yang disebut kodon sinonimus.Hanya metionin dan triptofan yang memiliki kodon tunggal.Kodon sinonimus tidak ditempatkan secara acak, tetapi dikelompokkan.Kodon sinonimus memiliki perbedaan pada urutan basa ketiga (Gurungeblog, 2008).

Pembentukan pasangan basa komplementer antara kodon mRNA dengan antikodonnya pada suatu tRNA pada posisi ketiga dalam triplet biasanya tidak terlalu terbatas seperti halnya pada dua posisi lainnya. Fenomena ini disebut wobble, membuat tRNA yang sama dapat mengenali lebih dari satu kodon mRNA, pada banyak kasus (Stansfield, dkk., 2008; Pai, 2005). Kodon 5’- AUG- 3’ yang terletak di ujung suatu molekul mRNA merupakan kodon start (inisiasi) yang akan menempatkan metionin pada permulaan (ujung amino) pada semua rantai polipeptida eukariotik. Enam puluh satu kodon merupakan kodon sense yang mengkodekan asam-asam amino.Ada tiga kodon yang tidak dikenali tRNA manapun yaitu UAA, UAG, dan UGA. Kodon-kodon itu disebut dengan kodon nonsenseatau kodon stop, karena merupakan bagian dari tanda dihentikannya sintesis protein pada kodon tesebut. Polipeptida yang telah selesai akan dilepaskan dari tRNA-nya dan ribosom (Stansfield, dkk., 2008; Elrod, dkk., 2007; Levine, tanpa tahun).

8

Pustaka

Brown, T. A. 2002. DNA in Genomes, 2nd ed. (Online),

(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=genomes.section.5818, diakses tanggal 26 Oktober 2009).

Campbell, N. A., Jane, B. R., & Lawrence, G. M. 2002.Biologi Edisi Kelima Jilid 1. Jakarta: Erlangga.

Elrod, S. & W. Stansfield. 2007. Genetika Edisi Keempat. Jakarta: Erlangga. Gurungeblog. 2008. Kode Genetik.(Online),

(http://gurungeblog.wordpress.com/2008/11/15/kode-genetik/, diakses pada tanggal 26 Oktober 2009).

Levine, L. Tanpa tahun.Biologi of The Gene.

Murakami, Kazuo dan Mizan, 2007.Keajaiban Kode Genetik. (Online), http://amanah-land.blogspot.com/2007/08/keajaiban-kode-genetik.html, diakses pada tanggal 26 Oktober 2009).

Pai, A.C. 1985. Dasar-Dasar Genetika Edisi Kedua.Diterjemahkan oleh Muchidin Apandi.Foundation Of Genetics. Jakarta: Erlangga.

Stanfield, W. D., R. Cano, J. Colome.2006. Biologi Molekuler dan Sel. Diterjemahkan oleh Varian Fahmi.Molecular and Cell Biology. Jakarta: Erlangga.

9

BAB III

ASAM AMINO DAN PROTEIN

I. ASAM AMINO

A. KOMPETENSI:

1. mampu menjelaskan ciri-ciri asam amino 2. mampu menjelaskan reaksi kimia asam amino 3. mampu menjelaskan klasifikasi asam amino 4. mampu menjelaskan klasifikasi protein

5. mampu menjelaskan protein dalam fungsi biologi 6. mampu menjelaskan cara pemisahan protein

B. ELEMEN KOMPETENSI

1. mendeskripsikan dua level yang dipelajari dalam biokimia 2. mendeskripsikan perkembangan ilmu biokimia

3. mendeskripsikan kegunaan ilmu biokimia dalam kehidupan sehari-hari 4. mendeskripsikan fungsi protein dalam kehidupan

5. mampu menjelaskan fungsi protein dalam biologi dan kehidupan 6. mampu menjelaskan cara pemisahan protein

C. MATERI

1. Ciri-ciri Asam Amino

Asam amino adalah senyawa penyusun protein.Asam amino mempunyai satu gugus karboksil dan satu gugus amino.Pada umumnya gugus amino terikat pada posisi  dari gugus karboksil.Struktur:satu atom C sentral yang mengikat secara kovalent:



gugus amino,



gugus karboksil,



satu atom H dan



rantai samping (gugus R)

COOH

I

10

Asam amino adalah suatu molekul organik dengan sedikitnya mengandung satu gugus karboksil (asam organik) dan paling sedikit satu gugus amino (basa organik). Dengan penggunaan definisi ini, beratus-ratus asam amino telah diketahui kehadirannya pada sel tumbuhan dan sel hewan. Di dalam bab ini, kita memfokuskan pada kelompok asam amino (20 jenis) yang dikode untuk pembentukan protein. Satuan asam amino adalah suatu struktur umum yang terdiri atas karbon (C) pusat (karbon alfa) yang dikelilingi oleh suatu hidrogen, gugus karboksil, gugus amino, dan suatu rantai sisi R. Oleh karena penempatan gugus-gugus fungsional ini ada di sekitar

α-carbon pusat, maka mereka sering disebut allfa-asam amino. Sifat alami rantai sisi, yang dapat bervariasi dari suatu atom hidrogen sederhana ke sistem kompleks, menentukan reaktivitas biologi dan kimia yang unik dari tiap asam amino.

Tabel 3.1 Asam Amino Essensial dan Nonesssensial

Essential Nonessential

Argininea Methionineb Alanine Glutamine Histidine Phenylalaninec Aspartate Glycine

Isoleucine Threonine Asparagine Proline

Leucine Tryptophan Cysteine Serine

Lysine Valine Glutamate Tyrosine

Asam amino essensial adalah asam amino yang diperlukan oleh makhlukhidup sebagai penyusun protein atau sebagai kerangka molekul-molekul penting. Ia disebut esensial bagi suatu spesies organisme apabila spesies tersebut memerlukannya tetapi tidak mampu memproduksi sendiri atau selalu kekurangan asam amino yang bersangkutan. Untuk memenuhi kebutuhan ini, spesies itu harus memasoknya dari luar (lewat makanan).Istilah "asam amino esensial" berlaku hanya bagi organisme heterotrof.Bagi manusia, ada delapan (ada yang menyebut sembilan) asam amino esensial yang harus dipenuhi dari diet sehari-hari, yaitu isoleusin, leusin, lisin, metionin, fenilalanin, treonin, triptofan, dan valin.Histidin dan arginin disebut sebagai "setengah esensial" karena tubuh manusia dewasa sehat mampu memenuhi

11

kebutuhannya.Asam amino karnitin juga bersifat "setengah esensial" dan sering diberikan untuk kepentingan pengobatan.

Penamaan asam amino, didasarkan pada struktur D – gliseraldehid jika gugus NH3+ terletak disebelah kanan  diberi awalan D, jika NH3+ dikiri  diberi awalan L. Semua asam amino yang ada di alam dalam protein mempunyai konfigurasi L. Ada beberapa asam amino yang penting dalam struktur dan metabolisme mempunyai konfigurasi D, yaitu asam D-alanin dan D-glutamat yang merupakan komponen penyusun dinding sel bakteri tertentu.Penulisan asam amino (20 asam amino yang umum) dapat disingkat dengan 3 huruf.Misal : Serine  Ser, Glysin  gly.

Karbon alfa yang tetrahedral dalam tiap-tiap asam amino, kecuali glisin (R = H), mempunyai empat gugus atom yang berbeda yang terikat padanya (karbon alfa), karenanya ini merupakan suatu chiralcenter (chiral memusat). Konsekuensi penting dari pengaturan ini adalah keberadaan dua nonsuperimposable stereoisomers (enantiomers), yang disebut D- dan L- asam amino (Gambar ....). D dan L isometri adalah gambaran cermin dari satu sama lain. Tiap stereoisomer menunjukkan keaktifan optis, mereka berputar pada sudut plane-polarized light. Sudut putar adalah kebalikan untuk keduanya. Walaupun kedua isometri D dan L asam amino ada secara alami, namun hanya L isometri yang digunakan sebagai pembangun blok protein. Peran kritis yang dimainkan oleh isometri L- asam amino pada fungsi protein sedang dimulai untuk dipelajari dan dipahami. Ahli biokimia menemukan peningkatan sejumlah D- asam amino aspartat di dalam protein yang terakumulasi di dalam gigi dan lensa mata manusia seiring dengan bertambahnya umur. Kenyatannya, pada protein penyimpan, konversi asam amino L-aspartat ke asam amino D-aspartat (racemization

= racemisasi) terjadi dari waktu ke waktu. Modifikasi protein menunjukkan efektivitas biologi lebih sedikit. Hal ini menjadi penting bahwa racemisasi asam amino, terutama asam amino aspartat di dalam protein adalah suatu faktor penting di dalam proses penuaan.

12

Gambar 3.1 D dan L enantiomer asam amino fenilalanin. Catatan bahwa kedua struktur ada dalam bayangan cermin, garis putus-putus menandai adanya ikatan gugus dan menandai adanya ikatan ke karbon alfa

Ke 20 alfa asam amino bentuk murni adalah putih, kristal, padat dengan high-melting (daya leleh tinggi) . Zat ini adalah larut dalam air dan dalam bahan pelarut organik seperti aseton, cloroform, dan eter tidak dapat larut. Larutan yang mengandung asam amino dapat menghantarkan arus elektrik. Ciri-ciri yang dimiliki seperti diuraikan di atas diperkirakan dari senyawa ionik atau garam, tetapi corak seperti tidak dapat ditunjukkan di susunan rumus yang umum seperti pada Gambar 8.1 dan 8.2. Pada pH fisiologis ( sekitar 7.4), asam amino bersifat ionik dipolar (Gambar 8.3); karena mempunyai suatu muatan positif dan muatan negatif pada molekul yang sama. Bentuk ini kadang-kadang disebut ’zwitterions’ dari istilah Jerman yang berarti "inner salt".

Seperti ditunjukkan pada reaksi di bawah, gugus karboksil melepaskan proton pada pKa 2.3 dan gugus NH pada pKa 9.7. Diasumsikan bahwa rantai sisi R tidak bermuatan dan muatan pada bentuk zwitterion (struktur B) asam amino (pada pH netral) adalah nol. Pemahaman terhadap ciri-ciri dasar asam amino adalah sangat penting, sebab dapat meramalkan bentuk ionik utama dari suatu asam amino pada sejumlah nilai pH. Prediksi terhadap muatan elektrik asam amino menjadi sangat penting ketika kita mendiskusikan struktur dan fungsi protein.

Klasifikasi asam amino

Klasifikasi ini didasarkan atas sifat gugus R-nya, dibedakan atas 4 macam asam amino: bersifat non polar alifatik, aromatik, polar tidak bermuatan dan polar bermuatan. Struktur lengkap keempat macam asam amino dapat dilihat pada gambar di bawah. Asam amino diklasifikasikan berdasarkan polaritas rantai samping (R).

1. Asam Amino dengan Rantai Sisi Nonpolar dan Alifatik

a. Glisin dan Prolin

Glisin memiliki atom hidrogen sebagai rantai sisi, sehingga glisin merupakan asam amino yang paling sederhana dan paling kurang interaktif. Karena berukuran kecil, atom hidrogen menimbulkan rintangan sterik minimal yaitu atom hidrogen yang tidak secara bermakna menempati ruang yang ditempati oleh atom atau gugus kimia lain. Oleh karena itu, glisin membenkan fleksibilitas struktur yang paling besar apabila glisin terdapat dalam suatu protem. Di lain pihak, asam amino prolin memberikan

13

sedikit fleksibilitas dalam struktur protein. Atom nitrogen melekat secara kovalen ke rantai sisi, membentuk sebuah einem yang kaku.

b. Alanin dan asam amino rantai bercabang

Alanin dan asam amino rantai bercabang (valin, leusin, dan isoleusin) memilikirari sisi alifatik, nonpolar, dan berukuran besar. Alanin mengandung sebuah gugus metil. Valin, leusin, dan isoleusin memiliki rantai bercabang yang sangat hidrofobik.

Gambar 3.4Asam amino dengan rantai sisi nonpolar dan alifatik

2. Asam Amino dengan Rantai Sisi Aromatik

Asam amino aromatik secara struktural berkaitan dengan alanin. Terdapat sebuah cincin aromatik yang melekat ke karbon 3 (ß-karbon), yang merupakan gugu metil alanin. Fenilalanin mengandung sebuah gugus fenil, yang sangat hidrofobik. Cincin-cincin tersebut dapat saling menumpuk. Walaupun juga hidrofobik, tirosin dan triptofan lebih polar daripada fenilalanin karena tirosin mengandung sebuah gugus fenolat, yang merupakan asam lemah (pKa ~ 10), sedangkan triptofan memilik sebuah nitrogen di gugus indolnya.

14

Gambar 3.5 Asam amino dengan rantai sisi aromatik

3. Asam Amino dengan Rantai Sisi Polar dan Tidak Bermuatan

Gugus asam amino bersifat polar, tetapi tidak bermuatan. Asam amino ini bersifat hidrofilik (menyukai air) dan dalam larutan encer sering ditemukan di permukaan protein globular tempat dimana asam tersebut berinteraksi dengan air. Rantai sisi serin dan treonin mengandung gugus amida dari asam amino aspartat dan glutamate. Keduanya polar karena adanya karbonil dan atom nitrogen di gugus amidanya- Sistein dan metionin relative polar karena keduanya masing-masing mengandung sebuah atom sulfur. Namun, keduanya lebih hidrofobik daripada asam amino lain dalam kelas ini.

Adanya gugus hidroksil pada serin dan treonin dan gugus amida padaasparagindan glutamin memungkinkan asam-asam amino tersebut membentuk ikatan hidrogen satu sama lain, dengan air, atau dengan senyawa polar lain yang berikatan dengan protein. Walaupun tirosin bersifat hidrofobik, gugus hidroksimya memungkinkan asam amino ini membentuk ikatan hidrogen.

Karena gugus hidroksilnya, sistein dapat berinteraksi dengan gugus sulfhidril lain untuk membentuk disulfida. Misainya, 2 molekul sistein dapat mengalami oksidasi. untuk membentuk sistin, yang terdiri dari 2 molekul sistein yang disatukan oleh sebuah ikatan disulfida. Pembentukan disulfida juga dapat terjadi antara 2 residu sistein dalam suatu protein.

15

Gambar 3.6Asam amino dengan rantai sisi polar dan tidak bermuatan

4. Asam Amino dengan Rantai Sisi Bermuatan

Pada pH faali, 5 asam amino memiliki muatan pada rantai sisi mereka. Dua asam amino lainnya tidak bermuatan, tetapi menjadi bermuatan negatif pada rentang pH yang lebih tinggi, Gugus yang bermuatan positif atau negatif dapat berperan dalam interaksi elektrostatik dengan gugus yang bermuatan berlawanan pada asam amino atau pada senyawa lain

a. Aspartat dan Glutamat, Asam Amino Bermuatan Negatif

Asam aspartat dan glutamat mengandung asam karboksilat pada rantai sisi mereka sehingga disebut asam amino asam (acidic). Pada pH faali, proton mengalami disosiasi, dan rantai sisi membawa muatan negatif. Bentuk asam amino yang bermuatan negatif disebut aspartat dan glutamat.

Nilai pKa untuk gugus asam pada rantai sisi asam amino tersebut adalah sekitar 4 (Tabel 8.2). Apabila pH sama dengan pKa. spesies yang mengalami protonisasi(tidak bermuatan) jumlahnya setara dengan jumlah spesies bermuatan negacif, yaitu, jumlah molekul dengan muatan nol pada rantai sisi setara dengan jumlah molekul yang bermuatan negatif. Pada pH kurang dari 4, jumlah molekul yang membawa sebuah proton dan, dengan demikian, tidak bermuatan lebih besar daripada jumlah molekul yang bermuatan negatif. Pada pH di atas 4, molekul yang predominan telah kehilangan sebuah proton, sehingga bermuatan negatif.

b. Arginin, Lisin, dan Histidin, Asam Amino Bermuatan Positif

Karena mengandung nitrogen, rantai sisi arginin, lisin, dan histidin dapat mengalami protonisasi dan bermuatan positif (lihat gambar 8.4.4 dan tabel.8.2). Untuk masing-masing asam amino ini, bentuk berproton yang bermuatan negatif tersebut merupakan bentuk predominan pada keadaan di bawah pKa sedangkan di atas pKa bentuk yang predominan adalah bentuk disosiasi yang tidak bermuatan. Arginin memiliki sebuah gugus guanidium pada rantai sisinya (pKa ~ 12,5), dan lisin

16

mengandung sebuah gugus amino pada karbon ε (epsilon) (pKa ~ 10,5). Oleh karena itu, asam-asam amino bermuatan positif pada pH fisiologis (~7,4). Histidin memiliki sebuah cincin imida (pKa ~ 6). Dalam protein, pKa gugus imidazol terletak antara 6 dan 7. Oleh karena itu ini menitrasi dalam rentang pH fisiologis, dan perubahan kecil pada pH atau lingkungan lokal dapat mengubah muatan. Sifat ini memungkinkan histidin berperan penting dalam fungsi protein.

c. Sistein dan Tirosin

Rantai sisi sistein (pKa ~ 8,4) dan tirosin (pKa ~ 10,5) sebagian besar mengalami protonisasi di bawah pKa-nya dan tidak memiliki muatan.. Di atas pKa, proton mengalami disosiasi, dan rantai sisi kemudian membawa muatan negatif. Oleh karena itu, dalam protein asam amino ini biasanya tidak bermuatan pada pH fisiologis.

Gambar 3.7Asam amino dengan rantai sisi bermuatan

Metabolisme asam amino

Asam amino yg terbentuk di usus akan diabsorpsi dan dibawa oleh peredaran darah ke dalam sel-sel tubuh. Metabolisme asam amino di dalam sel

 katabolisme :

1. katabolisme nitrogen asam amino  urea

2. katabolime kerangka karbon asam amino  senyawa amfibolik

 anabolisme  sintesis protein

ada 20 macam asam amino dasar: 10 macam adalah asam amino esensial

Sifat Asam Amino

1. Larut dalam air dan tidak larut dalam pelarut non polar seperti eter, aseton, dan kloroform.

17

Karena atom C pusat mengikat empat gugus yang berbeda, maka asam amino—kecuali glisin—memiliki isomer optik: l dan d.

Pada umumnya, asam amino alami yang dihasilkan eukariota merupakan tipe l meskipun beberapa siput laut menghasilkan tipe d. Dindingselbakteri banyak mengandung asam amino tipe d.

3. Zwitter-ion/ Ion Amfoter

Karena asam amino memiliki gugus aktif amina dan karboksil (berupa asam karboksilat) sekaligus, zat ini dapat dianggap sebagai asam dan basa (walaupun pH alaminya biasanya dipengaruhi oleh gugus-R yang dimiliki). Amfoter yang berarti mempunyai sifat basa karena adanya gugus NH2 dan mempunyai sifat asam karena adanya gugus COOH. Dengan demikian dalam larutan ataupun dalam cairan darah asam amino merupakan molekul yang tidak bermuatan.Pada pH tertentu yang disebut titikisolistrik, gugus amina pada asam amino menjadi bermuatan positif (terprotonasi, –NH3+), sedangkan gugus karboksilnya menjadi bermuatan negatif (terdeprotonasi, –COO-).Titik isolistrik ini spesifik bergantung pada jenis asam aminonya.Dalam keadaan demikian, asam amino tersebut dikatakan berbentuk zwitter-ion.

Zwitter-ion dapat diekstrak dari larutan asam amino sebagai struktur kristal putih yang bertitik lebur tinggi karena sifat dipolarnya. Kebanyakan asam amino bebas berada dalam bentuk zwitter-ion pada pH netral maupun pH fisiologis yang dekat netral.

Polipeptida

Ikatan peptida yakni rantai pendek dari dua atau lebih asam amino yang dihubungkan oleh ikatan kovalen.Sel dapat merangkai ke 20 asam amino dalam berbagai kombinasi dan urutan sehingga dapat membuat produk yang sangat bervariasi. Dua α asam amino dapat berikatan bersama membentuk suatu amida atau ikatan peptida. Berdasarkan konvensi ikatan peptida ditulis dengan asam amino yg mempunyai NH3+ bebas (sebelah kiri) dan as.Amino dg gugus COO- bebas (sebelah kanan).Molekul yang mengandung 2 asam amino dengan 1 ikatan peptida disebut dipeptida. Molekul yang mengandung 3 asam amino disebut tripeptida dan 4(tetrapeptida), 5 (pentapeptida), dan seterusnya.

18

Gambar 3.8 Reaksi pembetukan ikatan peptida

Reaksi kimiawi di atas menggambarkan hilangnya suatu molekul air, membawa bersama-sama gugus karboksil suatu asam amino dengan amino kelompok lain untuk menghasilkan suatu dipeptide. Reaksi dapat diulangi dengan penambahan asam amino untuk bergabung untuk membentuk suatu tripeptide, tetrapeptide, pentapeptide, dan seterusnya. Masing-masing asam amino asam, ketika bergabung membentuk polypeptide dikenal sebagai suatu residu. Peptides dengan dua hingga sepuluh residu asam amino pada umumnya dinamai oleh awalan ilmu kimia yang umum untuk angka-angka (di-, tri-, tetra-, penta-, hexa-, hepta-, octa-, nona-, dan decapeptide). Produk dengan 10 hingga 100 asam amino disebut polypeptids, sedangkan mereka yang mempunyai lebih dari 100 asam amino disebut protein.

2. PROTEIN

Protein adalah biopolimer yang terdiri dari banyak satuan asam Amino yg dihubungkan oleh ikatan peptide. Beberapa protein merupakan komponen utama dalam jaringan struktur (otot, rambut, kuku, kulit).Kata protein berasal dari bahasa

Mesir “proteus” yang terjemahan kasarnya berarti “yang utama”.Protein adalah sumber

asam-asam amino yang mengandung unsur-unsur C, H, O, dan N ada pula yang mengandung unsur S dan P.Protein tersusun dari beberapa asam amino yang saling berikatan (mempunyai lebih dari 100 asam amino disebut protein).

Kebanyakan peptides dan protein yang diisolasi dari sel dan jaringan tersusun antara 2 hingga 2000 asam amino. Diasumsikan rata-rata bobot molekul dari semua amino adalah 110, bobot molekular kebanyakan peptide dan rantai protein berkisar dari 220 hingga 220.000, walaupun banyak yang lebih besar telah ditemukan.

Tidak peduli berapa banyak asam amino dihubungkan oleh ikatan peptide, selalu terdapat dua ujung rantai yang berbeda: suatu ujung amino terminal (atau N-terminus) dan suatu ujung karboksil terminal (atau C-N-terminus).

19

Gambar 3.9Suatu peptide pendek yang menunjukkan jumlah dan arah. Residu ujung amino terminal, selalu digambarkan di sebelah kiri dimulai dengan nomor 1. Struktur pentapeptide ditulis Gly-Glu-Val-Ser-Lys. Panah menandai adanya ikatan peptide.

Klasifikasi Protein

 Berdasarkan komposisi

Protein dibagi menjadi dua kelompok utama, yaitu: 1. Protein sederhana

2. Protein konjugasi

Protein sederhana adalah protein yang pada hidrolisihanya menghasilkan asam-asam amino. Kelompok protein ini umumnya mengandung kurang lebih 50% karbon, 7% hidrogen, 23% oksigen, 16% nitrogen dan 0 - 3% sulfur. Kelompok protein konjugasi adalah protein yang pada hidrolisis tidak hanya menghasilkan asam-asam amino, tetapi juga komponen organik dan komponen anorganik lain, yang disebut gugus prostetik dari protein. Berdasarkan sifat kimiia gugus prostetiknya. protein konjugasi dapat dikelompokan menjadi nuleoprotein, lipoprotein. karena mengandung gugus prostetik asam nukleat dan lipid. Juga dikenal fosfoprotein, metalloprotein dan glucoprotein.

 Berdasarkan konformasi

Protein dibagi menjadi tiga kelompok utama, yaitu: 1. protein serat,

2. protein globular,

3. protein dengan konformasi antara protein serat dan protein globuar.

Protein serat dibangun olen rantai-rantai polipeptida yang ditata sejajar sepanjang satu sumbu. Secara fisik protein serat sangat kaku, kuat dan tak larut dalam alr atau larutan garam encer. Protein serat ini merupakan elemen struktur dasar jarngan ikat hewan tingkat tinggi. Misalnya kolagen dari tendon dan matriks tulang, keratin, rambut, tanduk, kuku dan bulu serta elastin dari jaringan yang elastik.

20

Sebaliknya dalam protein globular, rantai-rantai polipeptida melipat ke dalam menjadi bentuk globular atau bola yang kompak. Kebanyakan protein globular larut dalam sistem air. Umumnya protein ini mempunyai fungsi yang mobil dan dinamik di dalam sei. Dari sebanyak 2.000 enzim-enzim yang dikenal, sejumlah hormon, serum, albumin dan hemoglobin, semuanya termasuk püten globular. Protein kelompok tiga, protein dengan konformasi antara protein serat dan protein globular, struktumya berbentuk seperti batang menyerupai protein serat tetapi menunjukkan sifat larut dalam larutan garam, seperti protein globular. Contoh myosin yang merupakan komponen dalam otot, fibrionogen merupakan prekursor fibrin yang berperan dalam pembekuan darah.

 Berdasarkan strukturnya Protein dibagi menjadi 4 yaitu:

1. Struktur primer adalah struktur rantai polipeptida linier, yang terjadi karena ikatan peptida antara residu asam amino dengan residu asam amino lainnya. Atau urutan asam amino dalam suatu molekul protein. Contoh : Lys-Asp-Gly-Ala-Ala-Glu-Ser-Gly. Struktur primer suatu protein terjadi karena penggabungan "head to tail" satu residu asam amino dengan asam amino berikutnya, melalui eliminasi molekul air dari gugus karboksilat residu asam amino dan gugus a-amino dari residu asam amino berikutnya.

Gambar 3.10 Struktur primer protein

2. Struktur sekunder adaiah tatanan ruang struktur primer sepanjang satu dimensi. Ada dua jenis struktur sekunder, struktur heliks dan struktur "pleat" atau konformasi ß. L. Pauling dan R. B. Corney mempelajari pola difraksi sinar X dari kristal dipeptida dan tripeptida dan mendeduksi Struktur yang tepat dari ikatan peptidanya sebagai berikut: C-N pada ikatan peptida lebih pendek dari pada C-N dalam ikatan lainnya, sehingga mereka menyimpulkan bahwa C-N pada ikatan peptida menyerupai sifat (tidak dapat berotasi bebas) seperti yang ditunjukkan oleh ikatan rangkap. Selanjutnya direduksi

21

pula bahwa 4 atom dari gugus peptida dan 2 atom karbon a terletak dalam satu bidang, sedemikian mpa sehingga atom 0 dari gugus karbonil dan atom H dari gugus -NH- berada pada posisi trans. Penataan planar ini merupakan hasil stabilisasi resonansi ikatan peptida. Dari penemuan ini, tulang punggung rantai polipeptida dapat digambarkan sebagai serangkaian bidang-bidang yang relatif kaku, yang dipisahkan satu dengan lainnya oleh gugus metilen (-CHR-). Dalam tulang punggung rantai polipeptida, satu pertiga dari semua ikatan-ikatan tunggal adalah ikatan-ikatan C-N yang tidak dapat berotasi karena sifat ikatan rangkapnya yang mempengaruhi kekakuan ("constrains") sejumlah konformasi rantai-rantai polipeptida. Struktur sekunder suatu protein distabilkan oleh ikatan hidrogen. Ikatan hidrogen dapat terjadi antara atom H dari gugus -NH- residu asam amino dengan atom O gugus karbonil residu asam amino berikutnya, atau atom O gugus karbonil asam amino ketiga dan seterusnya.

Gambar 3.11 Struktur skunder protein

3. Struktur tersier adaiah Struktur sekunder yang membelok-belok dan melipat-lipat

ke dalam tiga dimensi membeniuk protein globularyang kompak.

Gambar 3.12Struktur tersier protein

4. Struktur kwartener adaiah Struktur gabungan antara Struktur-Struktur tersier melalui ikatan nonkovalen.

22

Gambar 3.13 struktur kuarter protein

Fungsi Protein dalam Fungsi Biologi

1. Protein Regulator / Bioregulator( Hormon) 2. Biokatalisator ( Enzim )

3. Protein Transport: Hb, Alb, Lipoprotein,Transferin, protein integral membran 4. Protein Kontraktil: aktin dan miosin

5. Protein Struktural: kolagen,tubulin,keratin,glikoprotein

6. Protein Pelindung dan pertahanan: Ig, interferon, perforin,IL, fibrinogen 7. Protein Reseptor

Protein menurut klasifikasi berdasarkan peran biologinya dibedakan atas: 1. Enzim

2. Protein struktural 3. Protein imun

4. Protein transport dan cadangan 5. Protein regulator dan reseptor 6. Kontraksi otot dan mobilitas

Denaturasi Protein

Denaturasi adalah rusaknya struktur protein tetapi tidak sampai merusak struktur primer (ikatan peptida). Setiap perubahan terhadap struktur sekunder/tertier protein.Molekul protein dapat pula mengendap yangdisebut dengan peristiwa koagulasi.Denaturasi belum tentu mengakibatkan koagulasi.Potein dapat saja mengendap, tetapi dapat kembali ke keadaan semula disebut denganflokulasi. Pada proses elektroforesis denaturasi diperlukan untuk memecah polimer menjadi monomer-monomer dalam bentuk pita-pita protein. Faktor-faktor yang mempengaruhi:

23

1. suhu yang tinggi

2. keasaman (perubahan pH yg ekstrim) 3. zat kimia tertentu (urea, deterjen) 4. karena pengaruh mekanik (guncangan) 5. penyinaran/ radiasi UV

6. konsentrasi ion hidrogen yg tinggi

7. garam-garam dari logam berat : Ag2+, Hg2+, Pb2+ 8. pelarut organik: aseton, alkohol

24

BAB IV ENZIM

A. KOMPETENSI:

1. mampu menjelaskan struktur enzim

2. mampu menjelaskan nomenklatur dan klasifikasi enzim 3. mampu menjelaskan kinetika enzim

B. ELEMEN KOMPETENSI

1. mendeskripsikan struktur enzim

2. mendeskripsikan nomenklatur dan klasifikasi enzim 3. mendeskripsikan kinetika enzim

C. MATERI

Enzim merupakan senyawa organik bermolekul besar yang berfungsi untuk mempercepat jalannya reaksi metabolisme di dalam tubuh (organisme) tanpa mempengaruhi keseimbangan reaksi.Enzim adalah suatu zat organik yang dapat mempengaruhi berbagai reaksi kimia yang terjadi dalam suatu makhluk hidup. Enzim berperan untuk mengkatalisis proses kimia (biokimia) dalam makhluk hidup atau dalam sistem biologi. Enzim berfungsi sebagai biokatalisator,artinya mempercepat jalannya reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi. Energi aktivasi adalah energi yang diperlukan untuk mengaktifkan suatu reaktan sehingga dapat bereaksi untuk membentuk senyawa lain.

Tanpa adanya enzim biasanya reaksi kimia akan berlangsung sangat lambat, bahkan mungkin tidak dapat terjadi. Reaksi yang dibantu dengan katalis enzim laju reaksinya lebih tinggi 106-1012 kali.Kerja enzim sangat spesifik baik jenis maupun substratnya, artinya satu enzim hanya menjalankan satu fungsi saja.Misalnya adalah

enzim α-Amylase yang bekerja spesifik dalam mulut, enzim ini terdapat bersama

dengan air liur (saliva), enzim α-Amylase berperan dalam melakukan hidrolisis awal makanan terutama yang mengandung pati.Enzim tidak ikut bereaksi, struktur enzim tidak berubah baik sebelum dan sesudah reaksi tetap.

Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi fungsi enzim antara lain suhu , pH, substrat, konsentrasi enzim dan zat-zat penghambat. Suhu berpengaruh terhadap fungsi enzim karena reaksi kimia menggunakan katalis enzim yang dapat dipengaruhi

25

oleh suhu.Temperatur yang tinggi (lebih dari 40°C) dapat menyebabkan kerja enzim tidak aktif (non-aktif) bahkan kerusakan enzim (denaturasi). Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi fungsi enzim diantaranya adalah:

1. Suhu

Suhu dapat mempengaruhi reaksi kimia, maka reaksi menggunakan katalis enzim dapat dipengaruhi oleh suhu. Di samping itu, karena enzim adalah suatu protein maka kenaikan suhu dapat menyebabkan denaturasi dan bagian aktif enzim akan terganggu sehingga konsentrasi dan kecepatan enzim berkurang. Suhu yang tinggi (>40 oC) akan mengakibatkan hilangnya fungsi kerja enzim karena mengalami denaturasi. Enzim bekerja secara optimal pada suhu sekitar 30-40 oC, suhu > 60 oC sudah mulai mengalami denaturasi dan akan terdenaturasi sempurna pada suhu 90-100 oC. Kenaikan suhu 10˚C (sampai 40˚C), kecepatan reaksi naik 2 x lipatnya

dan reaksi terhambat dan berhenti pada 60˚C.

2. Ph

Umumnya enzim efektifitas maksimum pada pH optimum, yang lazimnya berkisar antara pH 4,5-8.0. Pada pH yang terlalu tinggi atau terlalu rendah umumnya enzim menjadi non aktif secara irreversibel karena mengalami denaturasi protein.setiap enzim mempunyai pH optimum utk bekerja. contoh : pepsin  pH 2, amylase  pH 7.0

3. Konsentrasi enzim

Seperti pada 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. 4. Konsentrasi substrat

Hasil eksperimen menunjukkan bahwa dengan konsentrasi substrat akan menaikkan kecepat reaksi. Akan tetapi, pada batas tertentu tidak terjadi kecepatan reaksi, walaupun konsenrasi substrat diperbesar.

5. Pengaruh aktifator

Kebanyakan enzim tidak akan berfungsi optimal atau tidak berfungsi sama sekali sampai tersedianya zat kedua dalam suatu reaksi. Kofaktor adalah ion-ion inorganik yg dibutuhkan enzim untuk melakukan fungsinya, contoh kofaktor adalah Zn2+, Fe2+ dankoenzim adalah molekul organik (komplek) yang dibutuhkan enzim untuk melakukan fungsinya. Kecepatan reaksi enzimatis yang memerlukan aktifator menjadi tergantung pula pada konsentrasi aktifator.

26

6. Zat-zat penghambat/inhibitor

Hambatan atau inhibisi suatu reaksi akan berpengaruh terhadap penggabungan substrat pada bagian aktif yang mengalami hambatan. Aktifitas enzim dapat dikontrol sesuai dengan kebutuhan organisme itu sendiri. Contoh: enzim yg mengkatalisis reaksi pertama pada suatu siklus biosintesis biasanya di hambat oleh produk akhirnya (feedback inhibition).Beberapa enzim disintesis dalam bentuk tidak aktif dan akan diaktifkan oleh kondisi dan waktu yang sesuai (misalnya pepsinogen dirubah menjadi pepsin) disebut sebagai enzim allosterik, dan prekursor yang tidak aktif disebut sebagaizymogen.

SUSUNAN ENZIM

Komponen utama enzim adalah protein. Protein yang sifatnya fungsional, bukan protein struktural dan tidak semua protein bertindak sebagai enzim. Berikut ini adalah bagan susunan enzim.

Gambar 4.1 Bagan Susunan Enzim

Enzim adalah protein khusus yang berfungsi mengkatalisis reaksi hayati secara efektif, tepat dan spesifik.Nama enzim yang berarti "di dalam ragi" mulai digunakan pada tahun 1877. Pada tahun 1897, E. Buchner berhasil mengekstraksi enzim yang mengkatalisis fermentasi alkohol dari ragi, tetapi baru pada tahun 1926, J.B. Sumner dapat mengisolasi urease dari biji buah nangka dalam bentuk kristal murni dan

27

membuktikan bahwa enzim adalah protein. Selanjutnya dalam kurun waktu 1930 sampai 1936, J. Northrop berhasil mengkristalkan pepsin, tripsin dan kimotripsin.Sampai kini telah dikenal ribuan enzim.

Walaupun kebanyakan enzim yang berkaitan dengan metabolisme sel telah diidentifikasi, tetapi masih banyak persoalan yang perlu dipecahkan, termasuk kontrol genetik pada biosintesis enzim, pengendalian mekanisme aktivitas enzim secara molekular dan peran enzim bentuk ganda dalam perkembangan dan diferensiasi. Bagian-bagian enzim adalah:

1. Holoenzim

2. Apoenzim/ apoprotein 3. Gugus prostetik 4. Koenzim

5. Kofaktor

Secara keseluruhan enzim (holoenzim) memiliki dua bagian utama yaitu bagian protein (apoenzim) dan bagian non protein (proteolitik).Apoenzim merupakan suatu polipeptida yang memiliki struktur kuartener atau struktur tersier dengan urutan dan komposisi asam amino tertentu dan rantai polipeptida tersebut distabilkan oleh ikatan kimia yang terjadi dari gugus samping yang terdapat dalam asam aminonya.Ikatan yang terjadi adalah ikatan kimia sulfida, ikatan hidrogen, ikatan elektrostatik, ikatan non polar dan ikatan van der Waals.Gugus prostetik berfungsi sebagai pengaktivasi enzim sehingga reaksi lebih mudah berlangsung.

Gugus prostetik biasanya berasal dari senyawa-senyawa organik yang disebut kofaktor sebagai contoh ion Fe2+, Zn2+, Cu2+. Sedangkan gugus prostetik dari dari molekul organik kompleks disebut dengan koenzim, contohnya NADH, FADH dan CoASH. Dalam reaksi biokimia, beberapa enzim diaktifkan oleh koenzim maupun ion logam sekaligus, sebaliknya ada juga enzim yang diaktifkan oleh koenzim saja atau ion logam saja.Seperti halnya protein lain, enzim memiliki BM antara 12,000 – 1 juta kd. Beberapa enzim tidak membutuhkan molekul kimiawi lain untuk aktifitasnya, beberapa membutuhkan kofaktor / koenzim. Kofaktor adalah ion-ion inorganik yg dibutuhkan enzim untuk melakukan fungsinya, sedang koenzim adalah molekul organik (komplek) yang dibutuhkan enzim untuk melakukan fungsinya. Berikut ini adalah contoh koenzim:

1. NAD (koenzim 1) 2. NADP (koenzim 2) 3. FMN dan FAD

28

4. Cytokrom: cytokrom a, a3, b, b6, c, dan f 5. Plastoquinon, plastosianin, feredoksin

6. ATP: senyawa organik berenergi tinggi, mengandung 3 gugus P dan adenin ribose

Sifat utama enzim ada 3 yaitu: 1. Kemampuan katalitiknya 2. Spesifisitas

3. Kemampuan untuk diatur (regulasi)

Sifat enzim: enzim dibentuk dalam protoplasma sel, enzim beraktifitas di dalam sel tempat sintesisnya (disebut endoenzim) maupun di tempat yang lain diluar tempat sintesisnya (disebut eksoenzim) dan sebagian besar enzim bersifat seperti beikut ini:

1. Enzim bersifat koloid, luas permukaan besar, bersifat hidrofil

2. Dapat bereaksi dengan senyawa asam maupun basa, kation maupun anion 3. Enzim sangat peka terhadap faktor-faktor yang menyebabkan denaturasi

protein misalnya suhu, pH dll

4. Enzim dapat dipacu maupun dihambat aktifitasnya

5. Enzim merupakan biokatalisator yang dalam jumlah sedikit memacu laju reaksi tanpa merubah keseimbangan reaksi

6. Enzim tidak ikut terlibat dalam reaksi, struktur enzim tetap baik sebelum maupun setelah reaksi berlangsung

7. Enzim bermolekul besar 8. Enzim bersifat khas/spesifik

NOMENKLATUR DAN PENGGOLONGAN ENZIM

Nama konvensional enzim didasarkan pada namasubstrat yang dikatalisisnya dengan menambahkan sufiks -ase. misalnya: urease mengkatalisis hidrolisis urea menjadi amonia dan C02. Arginase mengkatalisis hidrolisis arginin menjadi omitin dan urea.Fosfatase mengkatalisis hidrolisis ester fosfat.Nomenklatur semacam ini dan nomenklatur non informatif lainnya seperti pepsin, tripsin dan katalase sekarang tidak dipakai lagi."International Enzyme Commission" dari IUB-MB (International Union of Biochemistry Molecular Biology) menggolongkan dan menamai enzim menurut sistem baru. Sistem baru ini menggolongkan enzim menjadi 6 golongan utama dan serangkaian sub golongan, berdasarkan jenis reaksi yang dikatalisisnya. Setiap enzim diberikan satu nama rekomendasi yang pendek dan praktis untuk penggunaan

sehari-29

hari, satu nama sistematik yang mengidentifikasi reaksi yang dikatalisisnya, dan satu nomor golongan yang dipakai apabila diperiukan identifikasi suatu enzim yang akurat, misainya dalam majalah penelitia

n intemasional, abstrak atau indeks. Contoh

reaksi enzimatik :

ATP + kreatin ADP + fosfokreatin

Nama rekomendasi enzim, yang biasa digunakan adaiah kreatin

kinasenama sistematik, berdasarkan reaksi yang dikatalisisnya adaiah ATP:

kreatin fosfotransferase.Nomor golongannya adaiah EC.2.7.3.2.dimana EC

menyatakan "Enzyme Comission", dengan digit pertama (2) menunjukkan

nama golongan (transferase), digit ke dua (7) menunjukkan nama sub golongan

(fosfotransferase), digit ke tiga (3) menunjukkan nama sub sub golongan

(fosfotransferase dengan satu gugus nitrogen sebagai aseptor) dan digit ke

empat (2) menunjukkan kreatin kinase. Di sini penamaan hanya ditulis dalam

dua digit, untuk penamaan empat digit dapat lihat referensi lain.

Mis:

1.1.1.1 Alkohol : NAD Oksidoreduktase

= alkohol dehidrogenase

1.

INFORMASI TAMBAHAN

Mis:



1.1.1.37 L-MALAT : NAD OKSIDOREDUKTASE

(decarboxylating)

L-MALAT + NAD

+



PIRUVAT + CO

2

+ NADH + H

+



1.1.1.37 L-MALAT : NAD OKSIDOREDUKTASE

L-MALAT + NAD

+



OKSALOASETAT + NADH + H

+

2. NOMOR KODE SISTEMATIK



-D-GLUKOSA

Heksokinasi/Glukokinase

-D-GLUKOSA 6-P

ATP

ADP

Mg+ +

30

Tabel di bawah ini menunjukkan bahwa semua enzim yang diketahui

dapat diklasifikasikan ke dalam 6 kategori (ada yang berpendapat digolongkan

menjadi 7 golongan) dasar perbedaanya terletak pada Tabel di bawah ini.

Tabel 4.1 Penggolongan Enzim

No.

Klas

Tipe reaksi

1.

Oksidoreduktase (nitrat

reduktase)

memisahkan dan menambahkan elektron atau

hidrogen

2.

Transferase (Kinase)

memindahkan gugus senyawa kimia

3.

Hidrolase (protease,

lipase, amilase)

memutuskan ikatan kimia dengan penambahan air

4.

Liase (fumarase)

membentuk ikatan rangkap dengan melepaskan satu

gugus kimia

5.

Isomerase (epimerase)

mengkatalisir perubahan isomer

6.

Ligase/sintetase

(tiokinase)

menggabungkan dua molekul yang disertai dengan

hidrolisis ATP

7.

Polimerase (tiokinase)

menggabungkan monomer-monomer sehingga

terbentuk polimer

Ikatan Substrat

–

Enzim

Sisi aktif Enzim

Katalisis enzimatik dimulai dengan adanya kombinasi dari suatu molekul

enzim dengan suatu molekul substrat untuk membentuk suatu kompleks ( E+ S

= E). Molekul substrate umumnya lebih kecil dibanding enzim mengikat pada

suatu daerah spesifik di dalam enzim yang disebut daerah sisi aktif (active site).

Gagasan untuk daerah sisi aktif sebagai suatu konsep yang muncul dari

pengamatan kinetika Michaelis-Menten dan studi struktur protein. Sisi aktif

adalah suatu tempat atau celah di dalam struktur tiga dimensi enzim dimana

peristiwa katalitis terjadi.

Sisi aktif enzim memiliki ciri-ciri sebagai berikut:

1. Sangat khas untuk substrat tertentu

31

2. Sisi aktif merupakan daerah yang sangat kecil pada struktur 3 dimensi

enzim.

3. Sisi aktif berisi asam amino

4. Sisi aktif ini berikatan dengan substrat secara lemah dalam ikatan non

kovalen dan dalam interaksi reversibel. Interaksi ini seperti ditunjukkan gambar

4.2.

Gambar4.2

Sisi aktif enzim dan asam amino yang terlibat

Pada tahun 1890, Emil Fisher menggambarkan model ikatan ES seperti ikatan

antara kunci dengan anak kunci dan model inducet-fit sebagaimana

diilustrasikan pada gambar 4.2.

Gambar 4.3

Model ikatan antara substrat

–

enzim (a) lock and key model,

(b) inducet-fit model

Pandangan terbaru terhadap kompleks ES terus meningkat.Pandangan

modern tentang sisi aktif menunjukkan suatu daerah yang tidak hanya

mengenali substrate tetapi juga memberikan orientasi sedemikian rupa untuk

32

mengaktipkan ke arah reaksi. Ketika substrat sepenuhnya berikatan dengan

sisi aktif, terbentuk status transisi untuk suatu reaksi (Gambar 4.3).

Penghambatan Reaksi Enzimatis

Penghambatan aktifitas enzim ada dua tipe:

1. 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

). Inhibitor bersaing dgn substrat untuk terikat pd sisi aktif. Biasanya

inhibitor berupa senyawa yg menyerupai substratnya, & mengikat enzim

membentuk

komplek

EI,

karena

terikat

secara

reversible

maka

penghambatannya bias, yaitu ketika ditambah substrat maka penghambatan

berkurang.

2. Non kompetitif: zat penghambat menyebabkan struktur enzim rusak

sehingga sisi aktifnya tidak cocok lagi dengan substrat. Inhibitor terikat pada sisi

lain dari enzim (bkn sisi aktif)jadi tidak memblok pembtkan enzim-substrat

komplek. Enzim menjadi tidak aktif ketika inhibitor terikat walau enzim mengikat

substrat

Inhibitor mengurangi konsentrasi enzim yang aktif, sehingga mempengaruhi

Vmax

–

nya.

KINETIKA ENZIM

a. Persamaan Michaelis

–

Menten

Walaupun enzim mempunyai ciri katalisator organik dan anorganik,

mereka mempunyai ciri kinetik unik yang memedakannya dari katalisator lain.

Satu pengamatan awal pada pengaruh konsentrasi substrat yang tidak biasa

pada tingkat reaksi enzyme-catalyzed itu. Tingkat reaksi enzyme-catalyzed

dipelajari dengan pencampuran substrate dan enzim dalam suatu larutan

buffer yang sesuai (untuk memelihara agar pH konstan) dan pada suatu

temperatur tetap.

33

Tingkat awal ( Vo, kecepatan awal) ditentukan selama beberapa menit awal

reaksi dengan mengukur baik pengurangan konsentrasi komponen reaktan

maupun peningkatan konsentrasi produk.

Satu set tabung disiapkan, masing-masing berisi suatu larutan

penyangga/bufeer dengan meningkatkan jumlah substrat. Suatu jumlah enzim

yang konstan ditambahkan untuk masing-masing tabung, rerata reaksi diukur,

dan suatu grafik rerata reaksi terhadap konsentrasi substrat dapat

direkonstruksi.Pada konsentrasi substrat yang rendah, rata-rata reaksi awal

meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi substrat sebagaimana

yang diharapkan. Pada konsentrasi substrat yang lebih lebih tinggi, peningkatan

rerata reaksi menjadi lebih sedikit sampai suatu titik yang dapat dicapai dimana

rerata reaksi menjadi konstan tak peduli berapa banyak substrat yang ada.

Kurvanya adalah berupa hiperbolik.Kita menggambarkan rerata yang konstan

sebagai kecepatan yang maksimum atau Vrnax.Perilaku katalitis ini seperti

diamati untuk kebanyakan enzim, dapat dideskripsikan oleh suatu efek substrat

jenuh.

Gambar 4.4

Dengan Menggunakan kurva Michaelis-Menten untuk

menaksir Vmax Dan KM. V max diperkirakan dari grafik di titik-titik

dimana kecepatan reaksi tidak lagi meningkatkan konsentrasi

substrat. KM diukur pada sumbu [S].KM menggambarkan

konsentrasi substrat yang menghasilkan suatu kecepatan 1/2 V

max.

Peneliti yang pertama yang menjelaskan bentuk kurva di atas adalah

dua ahli biokimia, Leonor Michaelis dan Maud Menten.Pada athun 1913,

mereka mengusulkan suatu teori umum untuk aktivitas enzim dan memperoleh

34

suatu persamaan matematik untuk menyatakan bentuk kurva hiperbolik dan

untuk mengkalkulasi rerata konstan.Michaelis dan Menten mengusulkan

molekul enzim sebagai E dan molekul substrat adalah S dan mampu

berkombinasi membentuk suatu kompleks yang reversibel.

k1 k3

E + S

═ ES

═ E + P

k2 k4

Istilah k1, k2, k3, dan k4 menggambarkan konstanta untuk tahap-tahap

individual. Ada dua kemungkinan kompleks ES: (1) dapat berbalik menjadi

enzim dan substrate yang bebas, atau ( 2) dapat diikuti dengan suatu reaksi

dapat dibalik untuk membentuk produk (P) dan enzim yang bebas. Reaksi di

atas adalah urutan reaksi minimal yang diperlukan untuk menjelaskan kerja

enzim. Suatu versi reaksi yang rumit menunjukkan suatu kompleks

enzyme-product telah diusulkan tetapi memerlukan analisis matematik dan tidak secara

signifikan pemahaman kita terhadap fungsi enzim:

E+S = ES = EP = E + P

Persamaan dasar yang diturunkan oleh Michaelis dan Menten untuk

menjelaskan reaksi katalis enzim adalah sbb:

vo =

[

]

]

max[

S

KM

S

V



ket:

vo adalah kecepatan awal yang disebabkan oleh konsentrasi subsrat

Vmax adalah kecepatan maximum

KM adalah konstanta Michaelis.

(Sebagian dari Anda mungkin telah mengenali persamaan ini sebagai

persamaan matematik untuk suatu hiperbola) Michaelis dan Menten membuat

beberapa asumsi untuk mempermudah menurunkan rumus ini.Mereka memilih

untuk mengabaikan reaksi yang berbalik produk P dan enzim bebas terhadap

kompleks ES (yang digambarkan oleh

k4

di dalam urutan reaksi.Reaksi ini

menjadi penting setelah konsentrasi tinggi P diproduksi. Ketika ahli biokimia

menggunakan persamaan Michaelis-Menten di dalam laboratorium, mereka

90

i). Biosintesis Asam Lemak

Asam lemakdalam jumlah berlebihakan disimpan dalam bentuk triasilgliserol dalam sel-sel adiposa. Jumlah lemak yang dapat disimpan oleh hewan tingkat tinggi dan manusia tidak terbatas. Glukosa dan glikogen yang terdapat dalam jumlah berlebih juga akan diubah menjadi lemak (gambar 7.16). Kelebihan glukosa akan disimpan dalam bentuk glikogenhanya untuk sementara waktu dan dalam jumlah terbatas,jika batas penyimpan glikogen telah tercapai, maka kelebihan glukosa akan didegradasi untuk membentuk asetil KoA melalui proses glikolisis. Asetil KoA yang terbentuk akan dikonversi menjadi asam lemak dan selanjutnya disimpan dalam bentuk triasilgliserol.

Proses pengubahan ini merupakan kebalikan dari proses degradasi asam lemak yang menghasilkan asetil KoA. Jika proses degradasi asam lemak terjadi di dalam mitokondria, maka pembentukan asam lemak dari asetil KoA terjadi dalam sitoplasma, sehingga kelebihan asetil KoA dalam mitokondria harus dikeluarkan ke dalam sitoplama sel. Asetil KoA dikeluarkan dari mitokondria dalam bentuk asam sitrat, sebagai hasil penggabungan asetil KoA dengan asam oksaloasetat. Di dalam sitoplasma, asam sitrat kembali akan diuraikan menjadi asetil KoA dan asam oksaloasetat (Gambar 7.17). Asetil KoA yang telah terdapat di dalam sitoplasma akan diubah menjadi malonil KoA, suatu molekul dengan 3 atom C dan merupakan prekusor pembentukan asam lemak (Gambar 7.18).

Gambar 7.16. Hubungan antara metabolisme karbohidrat dan asam lemak pada hewan.

91

Malonil KoA dibentuk dari karboksilasi asetil KoA, setelah malonilkoA terbentuksintesis asam lemak dapat dimulai.Proses degradasi asam lemak diaktivasi dengan KoA-SH, maka dalam sintesis asam lemak akan diaktivasi dengan asil karier protein (ACP-SH). ACP-SH merupakan molekul yang mirip dengan KoA-SH. Senyawa antara dalam pembentukan asam lemak akan berikatan dengan gugus -SH pada bagian akhir ACP melalui ikatan tioester.

Reaksi pembentukan asam lemak merupakan kebalikan dari proses -oksidasi, terdiri atas 4 tahap, yaitu (1) pembentukan ikatan tunggal C-C; (2) reduksi gugus keto; (3) dehidrasi untuk pembentukan ikatan rangkap yang tersusun trans; dan (4) reduksi ikatan rangkap untuk membentuk rantai asam lemak. Urutan selengkapnya reaksi pembentukan asam lemak dapat dilihat pada Tabel 7.3. dan Gambar 7.19.

Gambar 7.17. Proses pengangkutan asam sitrat dari mitokondria ke sitoplasma melalui

enzim trikarboksilat translokase (). Asam sitrat dalam sitoplasma akan diuraikan menjadi asam oksaloasetat dan asetil KoA oleh enzim sitrat liase (). Asetil KoA sitoplasmik akan digunakan untuk pembentukan asam lemak. Asam oksaloasett akan diubah oleh enzim malat dehidrogenase ()dan maleat () menjadi piruvat yang akan diangkut ke mitokondria oleh enzim piruvat translokase ()Di dalam mitokondria, asam piruvat akan diubah menjadi asam oksaloasetat dan sitrat oleh PEP karboksikinase () dan sitrat sintase ().

92

Tabel 7.3 Urutan reaksi pembentukan asam lemak dari asetil KoA.

No. Reaks

i

Reaksi Enzim

1 Asetil SkoA + CO2 + ATP 

Malonil SkoA + ADP + Pi + H+

Asetil KoA karboksilasea 2 Asetil SkoA + ACP-SH 

Asetil S-ACP + KoA-SH

Asetil KoA-ACP transasetilaseb 3 Malonil SkoA + ACP-SH 

Malonil S-ACP + KoA

Malonil KoA transferaseb 4 Asetil SkoA + Malonil S-ACP 

Asetoasetil S-ACP + KoA-SH + CO2

-ketoasil-ACP sintasec 5 Asetoasetil S-ACP + NADPH + H+

D-3-hidroksibutiril-S-ACP + NADP+

-ketoasil-ACP reduktased 6 D-3-hidroksibutiril-S-ACP 

Krotonil S-ACP + H2O

3-hidroksiasil-ACP dehidratasec 7 Krotonil S-ACP + NADPH + H+

Butiril S-ACP + NADP+

Enoil-ACP reduktased Catatan: Beberapa tipe reaksi:

a

Pembentukan ikatan baru yang diperantarai oleh ATP b

Pemindahan gugus c

Pemisahan atau eliminasi nonhidrolitik d

Oksidasi-reduksi

Gambar 7.18. Proses pembentukan malonil KoA dari asetil KoA .

Gambar 7.19. Reaksi pembentukan asam lemak. Untuk dapat membentuk asam

lemak,gugus asetil berikatan dengan -keto-ACP sintase kemudian malonil ACP bergabung untuk membentuk senyawa antara dengan 4 atom C yang lebih lanjut akan diubah menjadi butiril-ACP yang jenuh. Sebagai catatan, urutan ini adalah kebalikan dari -oksidasi. K-SH = -ketoasil-ACP sintase

93

k). Biosintesis Asam Lemak Tak Jenuh

Sintesis asam lemak tak jenuh terjadi di dalam retikulum endoplasma oleh enzim-enzim lemak asil-KoA desaturase. Enzim-enzim-enzim tersebut mengkatalis reaksi oksidasi-reduksi yang unik. Sebagai contoh adalah dehidrogenasi asam stearat (18:0) membentuk asam oleat (18:9):

Stearoil KoA + NADPH + H+ + O2 oleoil KoA + NADP+ + 2H2O

Molekul oksigen berperan sebagai substrat yang menerima 4 elektron, yaitu 2 dari stearoil KoA dan 2 dari NADPH.

Dua macam asam lemak, yaitu asam linoleat (18:29,12) dan asam linolenat (18:39,12,15) merupakan asam lemak esensial yang diperlukan untuk pertumbuhan dan perkembangan. Asam lemak ini hanya terdapat pada tumbuhan dan tidak disintesis pada hewan. Manusia dapat memperoleh asam lemak tersebut dari sumber makanan nabati. Asam linoleat penting dalam pembentukan sfingolipid pada kulit dan merupakan prekusor pembentukan asam arakhidonat (20:45,8,11,14). Arakhidonat digunakan untuk sintesis leukotrin, prostaglandin, dan tromboksan.

l). Jalur (Siklus) Glioksilat

Pada hewan asetil KoA yang terbentuk tidak dapat digunakan lagi untuk pembentukan glukosa.Asetil KoA dari degradasi asam lemak atau metabolisme glukosa itu sendiri pada tumbuhan dapat digunakan untuk membentuk glukosa kembali, akibatnyatumbuhan dapat menyimpan cadangan makanan dalam bentuk karbohidrat dengan jumlah besar. Pembentukan glukosa dari asetil KoA melalui jalur khusus yang disebut sebagai jalur glioksilat (Gambar 7.20). Jalur glioksilat terjadi di dalam glioksisom yang mengandung enzim isositrat liase dan malat sintase. Silkusglioksilat menghasilkan asam suksinat yang akan masuk ke mitokondria. Dalam mitokondria, asam suksinat akan masuk dalam siklus asam trikarboksilat dan menghasilkan asam oksaloasetat. Asam oksaloasetat merupakan prekusor pembentukan glukosa melalui proses glukoneogenesis (lihat bab metabolisme karbohidrat).

94

Gambar 7.20 Siklus glioksilat dalam biji yang sedang berkecambah akan mengubah asetil

95

DAFTAR PUSTAKA

Boyer, R. 1999.Concepts in Biochemistry. Washington: Brook/Cole Publishing Co Voelt, D. Voelt, G.J. 2011.Biochemistry4th Ed. USA: John Willey & Sons.