enzim

Pengertian enzim

Enzim atau biokatalisator adalah katalisator organik yang dihasilkan oleh sel. Enzim sangat penting dalam kehidupan, karena semua reaksi metabolisme dikatalis oleh enzim. Jika tidak ada enzim, atau aktivitas enzim terganggu maka reaksi metabolisme sel akan terhambat hingga pertumbuhan sel juga terganggu. Enzim merupakan suatu protein seperti halnya protein lain, enzim dapat mengalami perubahan struktur apabila dikenakan pada suhu yang ekstrem. Bila terjadi perubahan struktur, enzim menjadi tidak fungsional lagi. Supaya dapat bekera secara optimal, enzim memerlukan kondisi (pH, suhu, kepekatan) tertentu. Kerja enzim bersifat spesifik, emzim ptialin hanya bekerja untuk amilum, enzim katalase untuk hydrogen peroksida dan sebagainya (Basoeki, 2000).

Enzim adalah substansi dengan dasar protein yang terdapat pada manusia, hewan, maupun tumbuhan. Enzim membantu proses metabolisme tubuh yang memungkinkan proses kehidupan dapat berjalan.

Spesifitas enzim

Enzim sangat spesifik, baik terhadap terhadap jenis reaksi yang dikatalisisnya maupun terhadap substrat atau reaktan yang diolahnya. Gambaran spesifitas enzim tercantum pada Gambar 2.9. Satu enzim biasanya mengkatalisis satu jenis reaksi kimia saja, atau seperangkat reaksi yang sejenis. Dalam reaksi enzimatik sangat jarang terjadi reaksi sampingan yang menyebabkan terbentuknya hasil sampingan yang tak berguna.

Sifat Enzim :

1. Enzim adalah protein, karenanya enzim bersifat thermolabil, membutuhkan pH dan suhu yang tepat.

2. Enzim bekerja secara spesifik, dimana satu enzim hanya bekerja pada satu substrat.

3. Enzim berfungsi sebagai katalis, yaitu mempercepat terjadinya reaksi kimia tanpa mengubah kesetimbangan reaksi.

4. Enzim hanya diperlukan dalam jumlah sedikit.

5. Enzim dapat bekerja secara bolak-balik.

6. Kerja enzim dipengaruhi oleh lingkungan, seperti oleh suhu, pH, konsentrasi, dan lain-lain.

Kompleks enzim-substrat

Sebagian besar daya katalitik enzim berasal dari kemampuan enzim menempatkan substrat ke dalam kedudukan yang menguntungkan pada kompleks enzim-substrat. Enzim memiliki situs aktif, yaitu tempat tertentu pada molekul enzim untuk mengikat substrat. Emil Fischer mengumpamakan substrat dan situs aktif sebagai anak kunci dan kunci. Lihat Gambar 2.10 untuk ilustrasi lebih jelas.

Penggolongan (Klasifikasi) enzim

6 kelas utama enzim dengan beberapa contohnya diberikan di bawah.

1.      Oksidoreduktase.

Enzim-enzim yang mengkatalis oksidoreduksi antara 2 substrat s dan S’

S red + S’ oks = Soks +S’ red

2.      Transferase

Enzim-enzim yang mengkatalisis pemindahan suatu gugus,G (lain dari hydrogen) ,antara sepasang substrat S dan S’.

S─G + S’= S’─ G+S.

3.      Hidrolase

Enzim-enzim yang mengkatalisis hidrolisis ikatan-ikatan ester, peptide, glikosil, anhidrida asam, C-C,C-halida, atau P─N.

4.      Liase

Enzim-enzim yang mengkatalisis pembuangan gugus dari substrat dengan mekanisme yang lain daripada hidrolisis,dan meninggalkan ikatan rangkap.

5.      Isomerase

Yang termasuk kelas ini adalah semua enzim yang mengkatalisis interkoversi isomer-isomer optic,geometric, atau posisi.

6.      Ligase

(ligare = mengikat) enzim yang mengkatalisis penggabungan 2 senyawa diikuti oleh pemecahan ikatan pirofosfat pada ATP atau senyawa yang sejenis. Yang temasuk golongan ini adalah enzim-enzim yang mengkatalisis reaksi pembentukan ikatan C─ O,C─S, C─N dan  C─C.

Beberapa contoh enzim berdasarkan reaksinya

1. Hidrolase

Hidrolase merupakan enzim-enzim yang menguraikan suatu zat dengan pertolongan air. Hidrolase dibagi atas kelompok kecil berdasarkan substratnya yaitu :

1.1.Karbohidrase, yaitu enzim-enzim yang menguraikan golongan karbohidrat.

 Kelompok ini masih dipecah lagi menurut karbohidrat yang diuraikannya, misal :

a.       Amilase, yaitu enzim yang menguraikan amilum (suatu polisakarida) menjadi maltosa 9 (suatu disakarida).

maltosa

amilum

amilase

            2 (C₆H₁₀O₅)n + n H2O                 n C₁₂H₂₂O₁₁

b.      Maltase, yaitu enzim yang menguraikan maltosa menjadi glukosa

	maltase

 

glukosa

maltosa

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂0                 2 C₆H₁₂O₆

c.       Sukrase, yaitu enzim yang mengubah sukrosa (gula tebu) menjadi glukosa dan fruktosa.

d.      Laktase, yaitu enzim yang mengubah laktase menjadi glukosa dan galaktosa.

e.       Selulase, emzim yang menguraikan selulosa ( suatu polisakarida) menjadi selobiosa ( suatu disakarida)

f.       Pektinase, yaitu enzim yang menguraikan pektin menjadi asam-pektin.

1.2.Esterase, yaitu enzim-enzim yang memecah golongan ester.

         Contoh-contohnya :

a.       Lipase, yaitu enzim yang menguraikan lemak menjadi gliserol dan asam lemak.

b.      Fosfatase, yaitu enzim yang menguraikan suatu ester hingga terlepas asam fosfat.

1.3.            Proteinase atau Protease, yaitu enzim enzim yang menguraikan golongan  protein.

            Contoh-contohnya:

a.       Peptidase, yaitu enzim yang menguraikan peptida menjadi asam amino.

b.      Gelatinase, yaitu enzim yang menguraikan gelatin.

c.       Renin, yaitu enzim yang menguraikan kasein dari susu.

2.      Oksidase dan reduktase , yaitu enzime yang menolong dalam proses oksidasi dan reduksi.

Enzim Oksidase dibagi lagi menjadi;

2.1.      Dehidrogenase : enzim ini memegang peranan penting dalam mengubah zat-zat organik menjadi hasil-hasil oksidasi.

2.2.      Katalase : enzim yang menguraikan hidrogen peroksida menjadi air dan oksigen.

3.      Desmolase , yaitu enzim-enzim yang memutuskan ikatan-ikatan C-C, C-N dan beberapa ikatan lainnya.

            Enzim Desmolase dibagi lagi menjadi :

3.1.Karboksilase : yaitu enzim yang mengubah asam piruvat menjadi asetaldehida.

3.2.      Transaminase : yaitu enzim yang memindahkan gugusan amine dari suatu asam amino ke suatu asam organik sehingga yang terakhir ini berubah menjadi suatu asam amino.

Cara kerja Enzim

Molekul selalu bergerak dan bertumbukan satu sama lain. Jika suatu molekul substrat menumbuk molekul enzim yang tepat, substrat akan menempel pada enzim. Tempat menempelnya molekul substrat pada enzim disebut sisi aktif. Kemudian terjadi reaksi dan terbentuk molekul produk. Ada dua teori mengenai kerja enzim, yaitu teori lock and key (gembok – anak kunci) dan induced fit (kecocokan terinduksi).

1.      Teori Gembok - anak kunci

Sisi aktif enzim mempunyai bentuk tertentu yang hanya sesuai untuk satu jenis substrat saja. Bentuk substrat sesuai dengan sisi aktif, seperti gembok cocok dengan anak kuncinya. Hal itu menyebabkan enzim bekerja secara spesifik. Substrat yang mempuyai bentuk ruang yang sesuai dengan sisi aktif enzim akan berkaitan dan membentuk kompleks transisi enzim – substrat. Senyawa transisi ini tidak stabil sehingga pembentukan produk berlangsung dengan sendirinya. Jika enzim mengalami denaturasi (rusak) karena panas, bentuk sisi aktif berubah sehingga substrat tidak sesuai lagi. Perubahan pH juga mempunyai pengaruh yang sama.

2.      Teori Induced Fit (Koshland)

Reaksi antara substrat dengan enzim berlangsung karena adanya induksi molekul substrat terhadap molekul enzim. Menurut teori ini, sisi aktif enzim bersifat fleksibel dalam menyesuaikan struktur sesuai dengan struktur substrat.

Ketika substrat memasuki sisi aktif enzim, maka enzim akan terinduksi dan kemudian mengubah bentuknya sedikit sehingga mengakibatkan perubahan sisi aktif yang semula tidak cocok menjadi cocok (fit). Kemudian terjadi pengikatan substrat oleh enzim, yang selanjutnya substrat diubah menjadi produk. Produk kemudian dilepaskan dan enzim kembali pada keadaan semula, siap untuk mengikat substrat baru.

Sisi aktif enzim

Karakteristik sisi aktif enzim

1.      Merupakan bagian kecil dari enzim (Mengapa enzim harus memiliki ukuran besar?)

2.      Sisi aktif merupakan suatu cekukan yang bersifat 3 dimensi. à memberikan lingkungan mikro yg sesuai untuk terjadinya suatu reaksi kimia

3.      Substrat terikat pada sisi aktif dengan interaksi / ikatan yang lemah.

4.      Spesifitas enzim dipengaruhi oleh asam amino yg menyusun sisi aktif suatu enzim

Gambar sisi aktif ensim dan asam amino yang terlibat

Sisi aktif mempunyai 2 bagian yg penting:

1.      Bagian yang mengenal substrat dan kemudian mengikatnya

2.      Bagian yang mengkatalisis reaksi, setelah substrat diikat oleh enzim

n  Asam amino yang membentuk kedua bagian tersebut tidak harus berdekatan dalam urutan secara linear, tetapi dalam konformasi 3D mereka berdekatan

Mekanisme

Enzim dapat bekerja dengan beberapa cara, yang kesemuanya menurunkan ΔG^‡:

1. Menurunkan energi aktivasi dengan menciptakan suatu lingkungan yang mana keadaan transisi terstabilisasi (contohnya mengubah bentuk substrat menjadi konformasi keadaan transisi ketika ia terikat dengan enzim.)
2. Menurunkan energi keadaan transisi tanpa mengubah bentuk substrat dengan menciptakan lingkungan yang memiliki distribusi muatan yang berlawanan dengan keadaan transisi.
3. Menyediakan lintasan reaksi alternatif. Contohnya bereaksi dengan substrat sementara waktu untuk membentuk kompleks Enzim-Substrat antara.
4. Menurunkan perubahan entropi reaksi dengan menggiring substrat bersama pada orientasi yang tepat untuk bereaksi. Menariknya, efek entropi ini melibatkan destabilisasi keadaan dasar, dan kontribusinya terhadap katalis relatif kecil.

Struktur Enzim

Pada mulanya enzim dianggap hanya terdiri dari protein dan memang ada enzim yang ternyata hanya tersusun dari protein saja, misalnya pepsin dan tripsin.Tetapi ada juga enzim-enzim yang selain protein juga memerlukan komponen selain protein. Komponen selain protein pada enzim dinamakan kofaktor. Koenzim dapat merupakan ion logam/ metal, atau molekul organik yang dinamakan koenzim. Gabungan antara bagian protein enzim (apoenzim) dan kofaktor dinamakan holoenzim.

Enzim yang memerlukan ion logam sebagai kofaktornya dinamakan metaloenzim.. Ion logam ini berfungsi untuk menjadi pusat katalis primer, menjadi tempat untuk mengikat substrat, dan sebagai stabilisator supaya enzim tetap aktif.

Tabel 1.  Beberapa enzim yang mengandung ion logam sebagai kofaktornya

Ion logam	Enzim
Zn 2+ Mg2+ Fe2+ / Fe3+ Cu2+/ Cu+ K+ Na+	Alkohol dehidrogenase Karbonat anhidrasa Karboksipeptidasa Fosfohidrolasa Fosfotransferasa Sitokrom Peroksida Katalasa Feredoksin Tirosina Sitokrom oksidasa Piruvat kinasa (juga memerlukan Mg2+) Membrane sel ATPasa ( juga memerlukan K+ dan Mg2+)

Aktivitas Enzim

Seperti halnya katalisator, enzim dapat mempercepat reaksi Kimia dengan menurunkan energi aktivasinya. Enzim tersebut akan bergabung sementara dengan reaktan sehingga mencapai keadaan transisi dengan energi aktivasi yang lebih rendah daripada energi aktivasi yang diperlukan untuk mencapai keadaan transisi tanpa bantuan katalisator atau enzim.

Enzim juga dapat dibedakan menjadi eksoenzim dan endoenzim berdasarkan tempat kerjanya, ditinjau dari sel yang membentuknya. Eksoenzim ialah enzim yang aktivitasnya diluar sel. Endoenzim ialah enzim yang aktivitasnya didalam sel.

Selain eksoenzim dan endoenzim, dikenal juga enzim konstitutif dan enzim induktif. Enzim konstitutif ialah enzim yang dibentuk terus-menerus oleh sel tanpa peduli apakah substratnya ada atau tidak. Enzim induktif (enzim adaptif) ialah enzim yang dibentuk karena adanya rangsangan substrat atau senyawa  tertentu yang lain. Misalnya pembentukan enzim beta-galaktosida pada escherichia coli yang diinduksi oleh laktosa sebagai substratnya. Tetapi ada senyawa lain juga yang dapat menginduksi enzim tersebut walaupun tidak merupakan substarnya, yaitu melibiosa. Tanpa adanya laktosa atau melibiosa, maka enzim beta-galaktosidasa tidak disintesis, tetapi sintesisnya akan dimulai bila ditambahkan laktosa atau melibiosa.

Koenzim

Dalam peranannya, enzim sering memerlukan senyawa organik tertentu selain protein. Ditinjau dari fungsinya, dikenal adanya koenzim yang berperan sebagai pemindah hidrogen, pemindah elektron, pemindah gugusan kimia tertentu (“group transferring”) dan koenzim dari isomerasa dan liasa. Koenzim akan memperbesar kemampuan katalitik suatu enzim sehingga jauh melebihi kemampuan yang ditawarkan. Koenzim yang berikatan secara erat dengan enzim melalui ikatan kovalen atau non kovalen sering disebut sebagai gugus prostetik.

Tabel 2. Contoh-contoh koenzim dan peranannya

No	Kode	Singkatan dari	Yang dipindahkan
1.	NAD	Nikotinamida-adenina dinukleotida	Hidrogen
2.	NADP	Nikotinamida-adenina dinukleotida fosfat	Hidrogen
3.	FMN	Flavin mononukleotida	Hidrogen
4.	FAD	Flavin-adenina dinukleotida	Hidrogen
5.	Ko-Q	Koenzim Q atau Quinon	Hidrogen
6.	Sit	Sitokrom	Elektron
7.	Fd	Ferredoksin	Elektron
8.	ATP	Adenosina trifosfat	Gugus fosfat
9.	PAPS	Fosfoadenil sulfat	Gugus sulfat
10.	UDP	Uridina difosfat	Gula
11.	Biotin	Biotin	Karboksil (CO2)
12.	Ko-A	Koenzim A	Asetil
13.	TPP	Tiamin pirofosfat	C2-aldehida

           

Enzim-Enzim Indikator Kesehatan

Enzym yang berada dalam aliran darah sangat kecil, jadi jika ada peningkatan kadar suatu enzim di darah, biasanya merupakan indikasi kematian sel, kerusakan sel atau merupakan petanda penyakit tertentu.

Misal : CK, AST, LDH adalah enzim-enzim yang berhubungan dengan fungsi dan penyakit jantung yang terutama Infark miokard à lihat tabel enzyme jantung.

Pengukuran aktifitas enzyme dari :

            1. Darah ( plasma/serum, RBC )

            2. Urine ( enzim yang difiltrasi oleh glomerolus )

            3. Cairan tubuh lain

            4. Jaringan ( didapat dari Biopsi )

Enzim-enzim plasma meliputi :

            1. Plasma Spesific Enzyme ( Enzym plasma spesifik )

            2. Cellular Enzymes ( Enzym sel )

            3. Secreted Enzyme ( Enzym sekresi )

Enzim-enzim plasma meningkat disebabkan oleh :

1.      Nekrosis/kerusakan sel (ischaemia, bahan toxic)

2.      Peningkatan derajat cell turn over  (penyakit neoplasma, aktifitas osteoblast meningkat)

            3. Obstruksi saluran sekresi (regurgitasi)

            4. Non spesifik.

UNIT ENZIM

Jumlah total enzim dalam darah < 1 g/L untuk pemeriksaan aktifitas.

banyak cara pemeriksaan :

            Misal : Karmen   U……………….} standarisasi    

                        Bodansky    U……………}  UI / IU

                        King-Armstrong  U dll .....} unit internasional

Satu UNIT enzim adalah :

Aktifitas enzym yang dapat merubah 1 mikromol substrat pada keadaan optimal dalam waktu satu menit. Dinyatakan dalam U/L atau mU/mL.

 ISOENZYM

Isoenzim adalah Protein yang dapat mengkatalisa reaksi yang sama dan terjadi pada spesies yang sama, tetapi mempunyai sifat2 fisika dan kimia yang berbeda. Dapat berasal dari : beberapa organ yg berbeda, bagian sel yang berbeda, satu bagian yang sama.

ACID PHOSPHATASE

Enzym ini terdapat pada beberapa jaringan seperti tulang, liver, ginjal, erytrocyt, spleen.

Jika konsentrasi Prostatic Acid Phosphatase meningkat hal ini menunjukkan adanya kelainan di prostat maka level enzim berhubungan dengan kelenjar tersebut. Berguna untuk tentukan diagnosa dan penentuan stadium Ca prostate khususnya mengetahui apakah ada metastase ke tulang.

Nilai normal : 0.11  -  0.60 U/L

Peningkatan nilai ini bermakna  :  Ca Metastase dari prostate

Peningkatan moderate  :  Ca prostate insitu, Paget’s disease, MM, Gagal ginjal, ca tulang metastase

Peningkatan semu disebabkan oleh obat androgen, clofibrate.

PROSTATE SPESIFIC ANTIGEN ( PSA )

Merupakan monitor dan identifikasi Ca prostate. PSA & PAP digunakan untuk mendiagnosa tumor rekurens, monitor respon terapi  Ca Prostate.

Kadar Normal  : laki < 4 ng/mL   BPH  4-8  Ca Prostate >8

Intepretasi PSA harus dengan banyak pertimbangan karena BPH, prostatitis juga dapat meningkatkan nilai PSA. Jadi dalam mendiagnosa penting untuk menggabungkan dengan informasi klinis dan pemeriksaan lain. (Biopsi, RT)

ALANINE AMINOTRANSFERASE ( ALT = SGPT )

Merupakan enzyme katalis fungsi tubuh. Dominan untuk organ hati, konsentrasi lebih rendah di jantung, otot dan ginjal. Variasi dari serum level digunakan untuk diagnosa dari penyakit hati. Merupakan monitor pengobatan hepatitis atau kelainan hati lain.

Kadar Nilai normal : adult : 5 – 35 U/L elderly nilainya lebih tinggi.

Jika sel-sel hati rusak ALT akan dilepaskan ke aliran darah.

Jika hasil moderate-high maka hepatoseluler disease.

Peningkatan ringan : chirosis liver, metast tumor, jaundice karena obstruksi atau penyakit hati, obat-obatan, bahan toxic (acetaminophen, allopurinol, ampicilin, cephalosporin, codein, tetrasiklin dll )

ASPARTATE AMINO TRANSFERASE ( AST = SGOT )

Ditemukan di sel dan jaringan yang aktivitas metaboliknya tinggi.  Konsentrasi sangat tinggi ditemukan pada Otot jantung, sel hati, sel otot rangka. Pelepasan AST ke aliran darah karena adanya injury (jejas) pada sel /kematian sel.

Kadar Nilai normal : 12 -35 U/mL

Peningkatan AST/SGOT lebih sering berhubungan dengan Infark myocard ( 4-10 x ), liver disease ( 10-100X ) Akut / kronik hepatitis, kanker hati primer maupun sekunder, alcoholic, Reye’s syndrome.

ALKALI PHOSPHATASE ( ALP )

Terdapat di hati, tulang, epitel dari saluran empedu, mukosa usus dan placenta.

Kadar Normal adult                : 17 -142 U/L

                      0 – 12 tahun      : 145 – 530 U/L

Kadar ALP meningkat            :  Paget’s disease,  Sarkoma tulang, Osteomalacia, Penyembuhan tulang, Metastatic bone tumor      Pertumbuhan tulang, Kehamilan.

Kadar ALP menurun              :  Malnutrisi, Hypotiroidism, Anemia berat, Darah dgn anticoagulant

CREATININ KINASE (CK/CPK)

Ditemukan di otot jantung dan otot skeletal. Mempunyai 3 isoenzym :

                        1. CK-BB  : jar otak, GI tract, UT

                        2. CK-MB  : sel/otot jantung

                        3. CK-MM  : otot skeletal

Nilai Normal   laki2 >19 th : 25 – 135 U/L

               Perempuan>19 th : 15 -130 U/L

Peningkatan nilai creatinin kinase disebabkan oleh Obat-obatan (aspirin, ampicilin, anticoagulan, morphine), Exercise, post inj IM dll

Peningkatan enzim CK-MB disebabkan kerusakan sel myocard (infark,myocarditis,ischemia)

Derajat peningkatan CK-MB berguna untuk membedakan derajat infark myocard, Onset terjadinya infark.

LACTIC ACID DEHIDROGENASE ( LD / LDH )

Nilai LDH akan meningkat 3 – 4 hari setelah infark myocard,

Enzim LDH mempunyai 5 isoenzym, yaitu :

            LDH 1 = Jantung, RBC

            LDH 2 = Jantung, ren, brain

            LDH 3 = brain, skeletal, liver

            LDH 4 = Liver, brain, skeletal muscle

            LDH 5 = skeletal muscle, liver

Kadar enzim LDH meningkat dapat disebabkan oleh Infark myocard, infark paru, Anemia hemolitik, Penyakit hati dan ginjal, Neoplasma

           

LIPASE

Lipase merupakan enzim yang diproduksi dan disekresi oleh pancreas, usus halus, lambung.

Kadar lipase serum memberi informasi diagnosa khusus untuk pancreas.

Kadar Lipase meningkat merupakan indicator kerusakan pancreas,  pacreatitis akut, Kanker pancreas, Cholesystitis, Peritonitis, Diabetic ketoacidosis.

Sebagai katalis dalam reaksi-reaksi di dalam tubuh organisme,