Katalisator dalam sel mahluk hidup

  ENZIM Dr. Refli., MSc JURUSAN BIOLOGI

  FAKULTAS SAINS DAN TEHNIK UNIVERSITAS NUSA CENDANA ₁ ENZIM

  2 ENZIM

• 3

KEHADIRAN ENZIM

• – –

  " "

• !!

  !!

  ## " "

  !!

  !!

  "# "#

• – –

  

$ $ %%&&%%

  ' '

  !!

  " "

  $ $ ' ' ₄

  # #

  !" !" # # $ $ % % & &

• '' ( ( % %
• , - +, . .
• ) )
• – –

  % %

• – –

  / / !" !" Berdasarkan kesepakatan internasional (International Union Berdasarkan kesepakatan internasional ( International Union of Biochemistry), enzim dikelompokkan dengan nomor: of Biochemistry ), enzim dikelompokkan dengan nomor: 1.

  1. Oksidoreduktase Oksidoreduktase : berfungsi mengoksidasi / mereduksi substrat : berfungsi mengoksidasi / mereduksi substrat dengan memindahkan hidrogen atau elektron dengan memindahkan hidrogen atau elektron 2.

  2. Transferase Transferase : memindahkan gugus tertentu dari molekul donor ke : memindahkan gugus tertentu dari molekul donor ke molekul akseptor molekul akseptor 3.

  3. Hidrolase Hidrolase : memutus ikatan kovalen dalam substrat dengan : memutus ikatan kovalen dalam substrat dengan penambahan air penambahan air 4.

  4. Liase Liase : berfungsi dalam penambahan gugus ke ikatan rangkap atau : berfungsi dalam penambahan gugus ke ikatan rangkap atau sebaliknya sebaliknya 5.

  5. Isomerase Isomerase : berfungsi dalam pemindahan gugus dalam molekul itu : berfungsi dalam pemindahan gugus dalam molekul itu sendiri untuk menghasilkan isomernya sendiri untuk menghasilkan isomernya 6.

  6. Ligase Ligase : berfungsi membentuk ikatan kovalen dengan hidrolisis ATP : berfungsi membentuk ikatan kovalen dengan hidrolisis ATP

  STRUKTUR ENZIM HOLOENZIM HOLOENZIM APOENZIM APOENZIM Bagian protein Bagian protein KOFAKTOR KOFAKTOR

  Bagian non protein Bagian non protein Ion Ion--ion ion Koenzim Koenzim Gugus prostetis Gugus prostetis

  Na+ ,Cu ² + Fe ² +, Mg ² +,

  Mn ² +, Zn ² +

  Senyawa organik & Senyawa organik & Senyawa metal organik Senyawa metal organik

  (FAD+, NAD+, NADP+.

  Vitamin, KoenzimA)

  Gabungan antara salah Gabungan antara salah satu koenzim dengan satu koenzim dengan salah satu ion yang salah satu ion yang berikatan secara kuat berikatan secara kuat dengan apoenzim dengan apoenzim

  ENZIM

  7 ( )

  8

  %

  10

MEKANISME KERJA ENZIM

• 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 1 2 % %

  44

• – – 1 2 1 2 $ % $ % 1$2 3 0 1$2 3 0 1 2 1 2

  Sisi aktif Sisi aktif

• Subtrat Subtrat Enzim Enzim Kompleks Kompleks Enzim Enzim Produk Produk Enzim Enzim--Subtrat Subtrat = bagian dari enzim dimana interaksi (ikatan kimia) = bagian dari enzim dimana interaksi (ikatan kimia)

  Sisi aktif Sisi aktif

  dengan subtrat terjadi dengan subtrat terjadi ¹¹ ENZIM; Kerja enzim

  12

  Model kerja enzim

• ##
• – –
• – –

• 3
• 44
• – –
• – –

  , + , +

  # . ( /012 # . ( /012

  3

  3

  subtrat Sisi aktif enzim

  13

  3

  ENZIM; mekanisme kerja

  14

  ENZIM; mekanisme kerja

• – – 5

  5

• 15

  ENERGI BEBAS ENERGI BEBAS ((Δ ΔG) = energi yang dilepaskan

  

G) = energi yang dilepaskan

selama reaksi (produk selama reaksi (produk reaktan reaktan

  % % 1 %

  2 1 % 2 5 &

  6 5 & 6 7 7# $ %

  8 # $ % 8 7 7# # % %

  % % 1 %%

  2 1 %% 2 5 &

  6 5 & 6 7 7# $ %

  9 # $ % 9 7 7# # % % ₁₆

  6 6 ) ) 7* 7* % % $ $

  % % % % $ $ ₁₇ 7* 7* ## $ $ ##

  18

  ENZIM; sifat-sifat enzim

• – –

  (( ((

  8

  8

• ##
• – – 7
• %%% %%%
• %%% %%%
• 99
₁₉ ENZIM; sifat-sifat
• %% ## •• .

  7

  .

  ) % % % 3 #

  !

• / % 4+4$%

  20 ENZIM; faktor yang mempengaruhi kerja enzim :

  3

  7

  3 ₂₁ ENZIM; faktor yang mempengaruhi kerja enzim

• 00

  7

• – 7 –
• – –

  ##

  3

• – – 3

  ;

• ;

  ,,

  :; :; - -

• D D -
• ,,
• <, <, -
₂₂

ENZIM; faktor yang mempengaruhi kerja enzim =

• =
• – 7
• – – 3

  (

• 3
₂₃ ENZIM; faktor yang mempengaruhi

  kerja enzim %

• 5
• – 5 –
• –

  ((

  4

• – 4
• <<

  = = ># ># ₂₄

  ENZIM; faktor yang mempengaruhi kerja enzim

• % %
• – – 5
• – – 4

  5

  4

  ((

• <<
• 6
• 6
• – –

  25 Feedback Inhibition Feedback Inhibition

  6

  3

  3

  8

  8 ##

  6 ##

  ((

  26 ENZIM; faktor yang mempengaruhi kerja enzim

  ;

  8

• :

  Kompetitif Jenis Unkompetitif Nonkompetitif

  ? ₂₇ ENZIM; Penghambatan kerja enzim : "

• # $
• – –
• – :
₂₈
ENZIM; Penghambatan kerja enzim

• " # " # $ $

  :# :# 3# 3#

  3

  3

• – – ::

  4

• – 4 –

  @

• – @ –

  3

  3

• – –
₂₉ ENZIM; Penghambatan kerja enzim

  ; ;

• " # " # $ $

  : :# :#

• – – :
• – –
• 3 + 3 +
• – –

  30 ENZIM; Penghambatan kerja enzim

• " # " # $ $

  5

• – 5 –

  . %%

• – . –

  5

  3

  3

• 5

  5

• 5
₃₁

  32 Contoh > % % <

• 7 (
• 7

  #< (

• =
• 8

  Contoh inhibitor

  Skenario yang mirip terjadi pada bayi yang terserang penyakit manosidosis.

  Pada penyakit ini, enzim mannosidase berkurang karena tidak ada penyembuhan untuk penyakit ini. diturunkan dari orang tua karier probabilitasnya 25 % bila kedua orang tuanya karier dikenal dengan nama Tay Sachs Disease, di sel saraf terisi penuh dengan lipid ganglioside karena tidak ada enzim pemecah susbtrate ini Racun, pestisida, obat adalah inhibitor enzim

  0&

• &

  7* ? 3 # 3 - 8 * * /001#< 5 +

  & % # A

  $

  ? 5 )

• Racun , pestisida, obat adalah inhibitor enzim

  % %

  $ %

• %
Asp Asp

  3 . :

• COOH H
Enzyme Failures. One small part of the human metabolic map, showing the consequences of various specific enzyme fail
• SONH

  2 N-

  2 H

  2 N-

  Prekursor asam folat

  Asam tetrahidrofolik Sulfanilamide

  Sulfa drug (anti-inflammation) Para-aminobenzoic acid (PABA)

  Bacteria butuh PABA untuk biosintesis asma folat Obat Sulfa strukturnya mirip PABA dan menghambat pertumbuhan bakteri

  Domagk (1939)

  HIV protease vs Aspartyl protease 7 +

  ↓ HIV protease HIV protease (homodimer) :=

  % 7:.3

  3 + Asp subunit 2

  ↑Aspartyl protease (monomer) subunit 1

  Asp domain 1 domain 2

  Phenylketonuria (PKU)

• >

  #<

• (

  (

• #(

  <

• ##
• 5 + 5 + %%5 /0/B#

  5 /0/B#

  

5

• 3 5 + 3 5 + %%5
• – –
• – –
• – –

  V V : kecepatan : kecepatan [S] [S] : konsentrasi substrat : konsentrasi substrat Vmax Vmax : kecepatan maksimum : kecepatan maksimum Km Km : konstanta Michaelis : konstanta Michaelis-- Menten Menten

  E + S E + S ES ES E + P E + P

  5 + 5 + %%5

  5

• = C = > = C = > AA
• 5 # 5 # < 5
• .

  ( < 5 (

  .

  V V [S] [S]

  Km Km

  Vmax Vmax ½ Vmax ½ Vmax

  Km Km

  1

  1 Km Km

  2

  2 Dengan aktivator Dengan aktivator

  Normal Normal Dengan inhibitor Dengan inhibitor

• ?% 5
• > & 6 $ * > & 6 $
• – – @ A 5 @ A & @ A 5 @ A &
• – – @$A 5 , 1 % 2 @$A 5 , 1 % 2

• &
• 5 5 % %
• 1
• 2

  2 K K

  2

  1 k k

  1 K K

  1

  k k

  E + S E + S ES ES ES ES E + P E + P

  2 [ES] [ES]

  2

  1 [ES] + k [ES] + k

  2. Kecepatan pemecahan ES Kecepatan pemecahan ES = k = k --1

  1 : konstanta kecepatan reaksi : konstanta kecepatan reaksi (a) (a) 2.

  1

  1

  1 ([Et] ([Et] – – [ES]) [S] [ES]) [S] (c) (c) k k

  1. Kecepatan pembentukan ES Kecepatan pembentukan ES = k = k

  5 DD 1.

  5

  2

  1

  2

  1

  @ A @ A

  B C B 5 & C 5 &

  5 % & % &

  & 5 *

  44 ' ' ((

  ?% 5

  2 (a) (a) (b) (b)

• 1
• Sebelah kiri persamaan Sebelah kiri persamaan (d) (d) dikalikan dikalikan k k
• Sebelah kanan disederhanakan Sebelah kanan disederhanakan
• k + k
• 1
• k + k
• 1

  1

  1

  [S] + k [S] + k

  1

  1

  [Et] [S] = (k [Et] [S] = (k

  1

  ) [ES] ) [ES] k k

  2

  2

  2

  1

  [ES] [S] + (k [ES] [S] + (k

  1

  1

  [Et] [S] = k [Et] [S] = k

  2

  ) [ES] ) [ES] Jadi, Jadi, k k

  1

  atau atau ES = ES =

  1

  )) ES = ES = k k

  2

  2

  1

  [Et] [S] [Et] [S] [S] + (k [S] + (k

  2

  1

  2

  1

  [S] + k [S] + k

  1

  1

  [Et] [S] [Et] [S] k k

  1

  1

  k k

  1 (e) (e)

  2

  [Et] [S] [Et] [S] – – k k

  1

  1

  4. Pemisahan konstanta kecepatan Pemisahan konstanta kecepatan

  [ES] [ES] (d) (d) 4.

  2

  [ES] + k [ES] + k

  1

  1

  ([Et] ([Et] – – [ES]) [S] = k [ES]) [S] = k

  1

  1

  ES tetap kecepatan pembentukan ES = kecepatan pemecahan ES tetap kecepatan pembentukan ES = kecepatan pemecahan k k

  3. Steady State Steady State

  3.

  1

  [ES] [S] [ES] [S]

  1 [ES] [S] dipindahkan [ES] [S] dipindahkan

  1

  1

  k k

  ) [ES] ) [ES]

  2

  2

  1

  [ES] [S] = (k [ES] [S] = (k

  1

  (k (k

  [Et] [S] [Et] [S] – – k k

  1

  1

  ) [ES] ) [ES] Jadi, Jadi, k k

  2

  2

  1

• k + k
• 1
• k + k
• 1
• k + k
• 1
• k + k
• 1

E6 E6 1?%2 1?%2

  5 + ## + D 3E + D 3E + +

• 5 5 5 + 5 + %%5
• !!

  ?% 5 ?% 5 @ A @ A ..

  1 2 1 2 @ A @ A

  K K [Et] [S] [Et] [S]

  2 (f) (f)

  2

  Vo = Vo = [S] + (k [S] + (k + k + k ))

• 1

  1

  2

  2

  k k

  1

  1 Km Km : konstanta Michaelis--Menten : konstanta Michaelis Menten

  (k (k + k + k ))

• 1

  1

  2

  2

  = = k k

  1

1 Vmax Vmax : kecepatan dimana semua enzim dalam bentuk ES : kecepatan dimana semua enzim dalam bentuk ES

  = K = K [Et] [Et]

  2

2 Masukkan persamaan Masukkan persamaan (f) (f) didapat didapat

  Vmax [S] Vmax [S] V = V =

  [S] + Km [S] + Km Sewaktu Sewaktu V = ½ Vmax V = ½ Vmax Vmax [S] Vmax [S]

  Maka Maka ½ Vmax = ½ Vmax = [S] + Km [S] + Km

  [S] [S] ½ = ½ =

  [S] + Km [S] + Km Jadi, [S] + Km = 2 [S] Jadi, [S] + Km = 2 [S]

  Km = [S] pada waktu Vo tepat ½ Vmax Km = [S] pada waktu Vo tepat ½ Vmax

  Lineweaver--Burk membuat plot linier dengan Lineweaver Burk membuat plot linier dengan seperkecepatan vs seperkonsentrasi substrat, seperkecepatan vs seperkonsentrasi substrat, sehingga : sehingga :

  Vmax [S] Vmax [S] V = V =

  Km + [S] Km + [S]

  1 Km + [S] Km + [S]

  1

  1 = = = =

  1

  Vmax [S] Vmax [S] Vmax [S] Vmax [S]

  V V Km + [S] Km + [S]

  1

  1 Y = aX + b Y = aX + b

  

Sumbu X Sumbu X = =

  [S] [S]

  1 Km Km

  1

  1

  1

  1

  1

  1 = + + =

  1

  

Sumbu Y Sumbu Y = =

  Vmax Vmax [S] [S] Vmax Vmax

  V V

  V V

• 1
• Lineweaver

  V V

  1 V

  V

  1

  1 vs vs [S] [S]

  1

  1 V V vs vs [S] [S]

  V V vs vs [S] [S]

  V V [S] [S]

  = =

  [S] [S]

  1 Vmax Vmax

  V V = =

  V V [S] [S] Km Km

  Vmax Vmax [S] [S]

  Vmax Vmax

  = =

  V V [S] [S]

  1

  1 Vmax Vmax Km Km

  Vmax Vmax [S] + [S] +

  1

  1

  atau atau

  1 Km Km Vmax Vmax

  Slope = Slope =

  1

  1 //

  V V

  1

  1 //

  [S] [S]

  1

  1 //

  Vmax Vmax

  1 //

  Km Km = intercept on X = intercept on X = intercept on Y = intercept on Y

  Vmax Vmax Km Km The three most common straight The three most common straight--line line form form::

  Lineweaver--Burk Burk

• [S] [S]
• Km Km Vmax Vmax + +

  Eadie--Hofstee Hofstee

  Hanes--Woolf Woolf

  = =

  V V

  1

• Eadie
• Hanes
• = > = >

• .

  A . A •• .

  .

INHIBITOR KOMPETITIF

  1

  ES ES

  Ki Ki

  Km Km = = 1 + 1 + [ I ] [ I ]

  Km Km

app app

  [ EI ] [ EI ] Vmax tetap Vmax tetap Km naik Km naik

  Ki Ki = = [ E ] [ E ] [ I ] [ I ]

  Km Km

  //

  1

  II

  E + S E + S E + P E + P

  Ks Ks Ki Ki Kp Kp

• EI EI

  Vmax Vmax

  Tanpa Tanpa Inhibitor Inhibitor

  //

  1

  [S] [S]

  //

  1

  1

  V V

  //

  1

  1

  Dengan Dengan Inhibitor Inhibitor

• 1

INHIBITOR UNKOMPETITIF

  ES ES

  1

  1

  //

  V V

  E + S E + S E + P E + P

  Ks Ks Ki Ki Kp Kp

• ESI ESI
• 1

  [S] [S]

  1

  Ki Ki

  Km Km = = 1 + 1 + [ I ] [ I ]

  Ki Ki

Km Km

app app

  Vmax Vmax = = 1 + 1 + [ I ] [ I ]

  Vmax Vmax ii

  Vmax turun Vmax turun Km turun Km turun

  II

  1

  //

  1

  Dengan Dengan Inhibitor Inhibitor

  Tanpa Tanpa Inhibitor Inhibitor

  Km Km

  Ks Ks Ki Ki Kp Kp

  1

  Vmax Vmax

  //

  1

  //

INHIBITOR NONKOMPETITIF

  //

  ES ES

• EI + S EI + S Vmax turun Vmax turun Km tetap Km tetap
• 1
• 3

  Ks Ks

  EIS EIS

  Ki Ki

  II

  Ki Ki

  Vmax Vmax = = 1 + 1 + [ I ] [ I ]

  Vmax Vmax ii

  II

  E + S E + S E + P E + P

  1

  Dengan Dengan Inhibitor Inhibitor

  V V

  Tanpa Tanpa Inhibitor Inhibitor

  Km Km

  //

  1

  Vmax Vmax

  //

  1

  1

  [S] [S]

  //

  1

  1

  1

• % %
• – – * ( * (
• – – -
• – –
• – – 3

• # & # &

  3

  3

  3

• – – 3

3 R

• – – 3

  e la ti v e

   I n c re a s e Time Time

  Jumlah Jumlah Sel Sel Total Total Protein Protein

  Arginin ditambahkan Arginin ditambahkan Enzim yang terlibat dalam Enzim yang terlibat dalam sintesis arginin sintesis arginin

  R e la ti v e I n cr e a se R e la ti v e I n cr e a se

  Time Time Jumlah Jumlah Sel Sel

  Total Total Protein Protein Laktosa Laktosa ditambahkan ditambahkan

  β β--galaktosidase galaktosidase ENZYME REPRESSION ENZYME REPRESSION ENZYME INDUCTION ENZYME INDUCTION

   I n c re a s e R e la ti v e

  6

• 6
• 6@7< 6@7<

  Misalnya dalam sintesis arginin

• Misalnya dalam sintesis arginin

  Penambahan arginin akan menghentikan sintesis

• Penambahan arginin akan menghentikan sintesis

  enzim pembentuk arginin enzim pembentuk arginin Arginin bertindak sebagai corepressor corepressor

• Arginin bertindak sebagai

  Corepressor akan berikatan dengan protein akan berikatan dengan protein repressor repressor

• Corepressor

  dalam sel dalam sel Pengikatan menyebabkan konfigurasi protein

• Pengikatan menyebabkan konfigurasi protein

  repressor berubah repressor berubah mampu mengikatkan diri pada mampu mengikatkan diri pada daerah operator pada DNA (daerah sintesis mRNA daerah operator pada DNA (daerah sintesis mRNA dimulai) dimulai) sintesis mRNA tidak terjadi sintesis mRNA tidak terjadi

  (a) (a)

  Promoter Promoter Operator Operator Gene 1 Gene 1 Gene 2 Gene 2 Gene 3 Gene 3

  RNA RNA

  Transcription occurs Transcription occurs

  polymerase polymerase

  Repressor Repressor

  (b) (b)

  Promoter Promoter Operator Operator Gene 1 Gene 1 Gene 2 Gene 2 Gene 3 Gene 3

  RNA RNA

  Transcription blocked Transcription blocked Repressor Repressor

  polymerase polymerase

  Corepressor Corepressor

• – Terjadi sintesis enzim kalau ada substrat (misalnya – Terjadi sintesis enzim kalau ada substrat (misalnya
• galaktosidase) galaktosidase) disintesis kalau ada laktosa dalam disintesis kalau ada laktosa dalam medium medium Substansi yang memulai induksi enzim disebut inducer Substansi yang memulai induksi enzim disebut inducer
• Jika inducer Jika inducer ditambahkan menyebabkan enzim disintesis ditambahkan menyebabkan enzim disintesis
• Sintesis enzim dengan jalan pembentukan mRNA yang Sintesis enzim dengan jalan pembentukan mRNA yang
• mengkode pembentukan enzim tersebut mengkode pembentukan enzim tersebut Protein repressor Protein repressor spesifik aktif dengan tidak adanya spesifik aktif dengan tidak adanya
• inducer inducer memblokir dengan sempurna sintesis mRNA memblokir dengan sempurna sintesis mRNA

  Penambahan inducer Penambahan inducer menyebabkan menyebabkan inducer inducer mengikatkan mengikatkan

• diri pada diri pada repressor repressor repressor repressor tidak aktif tidak aktif penghambatan sintesis mRNA teratasi penghambatan sintesis mRNA teratasi sintesis mRNA sintesis mRNA berlangsung, jadi sintesis enzim juga berlangsung berlangsung, jadi sintesis enzim juga berlangsung

NEGATIVE CONTROL NEGATIVE CONTROL

  (a) (a)

  Promoter Promoter Operator Operator Gene 1 Gene 1 Gene 2 Gene 2 Gene 3 Gene 3

  RNA RNA

  Transcription blocked Transcription blocked Repressor Repressor

  polymerase polymerase (b) (b)

  Promoter Promoter Operator Operator Gene 1 Gene 1 Gene 2 Gene 2 Gene 3 Gene 3

  RNA RNA

  Transcription occurs Transcription occurs

  polymerase polymerase

  Repressor Repressor Inducer Inducer

POSITIVE CONTROL POSITIVE CONTROL

  Promoter Promoter Operator Operator Gene 1 Gene 1 Gene 2 Gene 2 Gene 3 Gene 3 Transcription occurs Transcription occurs

  RNA RNA Action of cyclic AMP in promoting Action of cyclic AMP in promoting polymerase polymerase mRNA synthesis mRNA synthesis

CAP CAP ATP ATP

• cAMP cAMP

  HUBUNGAN ENZIM METABOLISME HUBUNGAN ENZIM METABOLISME

• 7
• – 7 –

  8

  8

  8

  8

• – –

  8

  8

  8 ₆₈

  8

  7@7-" :35 7@7-" :35 7*7-" :35 7*7-" :35

  5 *7-" :35 5 *7-" :35

TERIMA KASIH

  !"#