Struktur Kimia Enzim
Komponen lain dari Enzim
Seperti diungkap sebelumnya, komponen utama penyusun enzim adalah protein. Meskipun ada beberapa enzim hanya terdiri dari protein saja, seperti pepsin dan tripsin, tetapi sebagian besar enzim memerlukan komponen selain protein. Enzim yang mempunyai gugus bukan protein, termasuk golongan protein majemuk. Enzim semacam ini (holoenzim) terdiri atas protein (apoenzim) dan suatu gugus bukan protein. Sebagai contoh enzim katalase , terdiri atas protein dan feriprotorfirin. Ada juga enzim yang terdiri atas protein dan logam, misalnya askorbat oksidase adalah protein yang mengikat tembaga. Bagian yang bukan protein dari suatu enzim, namun penting untuk aktivitas katalitik enzim disebut kofaktor. Kofaktor terbagi menjadi 3 macam, yaitu gugus prostetik, koenzim dan ion metal.
Gugus prostetik adalah senyawa organik yang berikatan kuat dengan apoenzim, dan selama reaksi berlangsung tidak akan dilepaskan, sulit terurai. Contoh gugus prostetik adalah heme dan FAD. Heme merupakan gugus prostetik yang terikat permanen pada tapak aktif dari enzim peroksidase dan katalase. Flavin adenin dinukleotide (FAD) merupakan gugus prostetik dari enzim suksinat dehidrogenase (yaitu enzim yang mengkatalisis perubahan suksinat menjadi fumarat pada reaksi siklus Kreb’s).
Koenzim adalah senyawa organik yang berasosiasi dengan apoenzim dan bersifat sesaat (tidak permanen), biasanya berlangsung pada saat katalisis. Secara katalitik koenzim bersifat tidak aktif, sehingga dapat disebut kosubstrat. Koenzim mudah dipisahkan secara dialisis. Selanjutnya, koenzim yang sama dapat menjadi kofaktor pada enzim yang berbeda. Pada umumnya, koenzim tidak hanya membantu enzim memecah substrat tetapi juga bertindak sebagai aseptor sementara untuk produk yang terjadi. Kebanyakan komponen kimia koenzim merupakan derivat dari vitamin B.
Bentuk koenzim aktif dari Vitamin B1 (tiamin) adalah Tiamin Pirofosfat (TPP). TPP memegang peranan penting dalam transformasi energi, konduksi membran dan saraf serta dalam sintesis pentosa. Riboflavin (Vitamin B2) terutama berfungsi sebagai komponen koenzim FAD dan Flavin Adenin Mononukleotida (FMN). FMN dan FAD bertindak sebagai gugus prostetik pada enzim Oksidoreduktase . Niasin (Vitamin B3) berfungsi sebagai komponen koenzim Nikotinamida Adenin Dinukleotida (NAD) dan Nikotinamida Adenin Dinukleotida Fosfat (NADP), yang berada di semua sel dan berperan sebagai kofaktor berbagai oksidoreduktase yang terlibat dalam glikolisis, metabolisme asam lemak dan respirasi sel. Asam pantotenat (Vitamin B5) merupakan prekursor dari koenzim dari Ko-A dan acyl carier protein (ACP). Dalam keadaan difosforilasi, vitamin B6 (piridoksal) berperan sebagai koenzim berupa piridoksal fosfat (PLP) dan piridoksamin fosfat (PMP) dalam berbagai reaksi transaminasi. Koenzim derivat dari vitamin B12 (kobalamin) yang aktif adalah metilkobalamin dan deoksiadenosil-kobalamin.
Ditinjau dari fungsinya, dikenal adanya koenzim yang berperan pada reaksi oksidasi-reduksi dan sebagai pemindah gugus. Semua enzim oksidoreduktase memerlukan koenzim. Koenzim yang penting untuk reaksi redoks adalah NAD dan NADP, FMN dan FAD serta asam lipoat. NAD dan NADP merupakan koenzim dehidrogenase. Koenzim ini mentranspot ion hidrida dan selalu bekerja dalam bentuk larut. Sebagian besar koenzim FMN dan FAD terikat erat pada enzim. Kedua koenzim ini serupa dan dapat dijumpai pada reaksi-reaksi dengan enzim dehidrogenase, oksidase dan monooksigenase. Asam lipoat terutama berperan pada dekarboksilasi oksidatif asam 2-keto.
Koenzim dapat diklasifikasikan menurut gugus yang pemindahannya dipermudah oleh koenzim tersebut, yaitu (1) koenzim pemindah gugus bukan hidrogen (Gula fosfat, KoA-SH, TPP, PLP, Koenzim folat, Biotin, Koenzim kobamida (B 12
), Asam lipoat), dan (2) koenzim pemindah gugus hidrogen (NAD + , NADP + , FMN, FAD, Asam lipoat, Koenzim Q). Koenzim pemindah gugus dan
gugus yang dipindahkan serta contoh enzimnya terdapat pada Tabel 5. Tabel 5. Koenzim pemindah gugus dan gugus yang dipindahkan
No Koenzim
Gugus Yang
Contoh enzim
Gliseraldehid fosfat dehidrogenase
2. NADP
Hidrogen
Glukosa 6-P dehidrogenase
3. FMN
Hidrogen
D dan L- asam amino oxidase
4. FAD
Hidrogen
Suksinat dehidrogenase, gliserol 3P dehidrogenase
5. Ko-Q (Koenzim Q atau Hidrogen Suksinat dehidrogenase Quinon)
6. Asam lipoat
Hidrogen
Piruvat dehidrogenase
α-ketoglutarat dehidrogenase
7. Nukleosida fosfat
Fosfoglukomutase, (ATP, ADP, GTP,
Gugus fosfat
heksokinase GDP)
8. Piridoksal fosfat (PLP) Gugua amino, residu Transaminase,
asam amino
rasemasinase, dekarboksilasi asam amino
9. Tetrahidrofolat (THF)
Gugus C1: folmil-,
C1 transferase
metilen-, metil-
10. Biotin
Karboksil (CO 2 )
Karboksilase
11. Ko-A (Koenzim A)
Residu asil
Asil transferase, Ko-A transferase
12. TPP (Tiamin pirofosfat) Residu hidroksi-alkil Dekarboksilase, Asam okso dehidrogenase, transketolase
Koenzim dapat dianggap sebagai substrat sekunder, berdasarkan dua alasan penting. Alasan pertama, perubahan kimia di dalam koenzim terjadi dengan mengimbangi perubahan kimia yang berlangsung di dalam substrat. Sebagai contoh, dalam reaksi oksidoreduksi, jika satu molekul substrat dioksidasi, satu molekul koenzim akan direduksi. Alasan kedua, aspek reaksi katalisis dengan koenzim mempunyai makna fisiologik mendasar yang lebih besar. Sebagai contoh, peran penting kemampuan otot yang bekerja secara anaerob untuk mengubah piruvat menjadi laktat tidak terletak pada piruvat ataupun laktat. Reaksi tersebut semata-mata bertujuan mengoksidasi koenzin NADH yang tereduksi
menjadi NAD + . Proses tersebut merupakan proses regenerasi NAD . Tanpa NAD + , glikolisis tidak dapat berlanjut dan sintesis ATP anaerob (dan dengan demikian, aktivitas kerjanya) akan terhenti. Pada keadaan anaerob, reduksi piruvat menjadi NAD + . Proses tersebut merupakan proses regenerasi NAD . Tanpa NAD + , glikolisis tidak dapat berlanjut dan sintesis ATP anaerob (dan dengan demikian, aktivitas kerjanya) akan terhenti. Pada keadaan anaerob, reduksi piruvat
Ion metal merupakan salah satu bentuk kofaktor yang diperlukan untuk aktivitas enzim tertentu. Ion metal tersebut membentuk ikatan koordinasi ( coordination bond ) dengan rantai spesifik pada tempat aktif dan pada saat yang sama membentuk satu atau lebih ikatan koordinasi pula dengan substrat. Ikatan koordinasi adalah suatu ikatan kovalen khusus antara oksigen dan nitrogen dengan ion metal tertentu. Adanya ikatan tersebut akan membantu polarisasi di dalam substrat, sehingga dapat dipecah oleh enzim. Sebagai contoh disajikan pada Tabel
6. Tabel 6. Contoh ion logam pada aktivitas enzim No Ion logam
Contoh enzim
1 2+ Zn Karbonat
anhidrase,
Karboksipeptidase, Alkohol