ENZIM

BAB VI

ENZIM PADA MIKROBA

A. Pengertian dan Sifat-sifat Enzim

            Enzim disebut juga katalisator organik atau biokalatalisator, yaitu zat yang dihasilkan oleh sel yang dalam jumlah sangat kecil mampu menyebabkan terjadinya perubahan-perubahan yang berkaitan dengan proses sellular dan kehidupan. Jadi tidak mungkin ada kehidupan tanpa enzim.

Ciri-ciri enzim yaitu :

·         Bersifat sebagai katalis, artinya dalam jumlah kecil mampu menyebabkan perubahan dalam sel.

·         Merupakan katalis hayati, artinya tersusun dari senyawa organik yang dihasilkan sel.

·         Dihasilkan di dalam sel dan kemudian diekskresikan ke luar sel dan berfungsi di dalam dan di luar sel, sehingga ada dua tipe enzim, yaitu enzim intraselular (endoenzim) dan enzim ekstraselular (eksoenzim). Enzim intraselular berfungsi di dalam sel, terutama merubah nutrien di sekitarnya sehingga memungkinkan nutrien tersebut memasuki sel. Misalnya amilase yang menguraikan pati. Enzim ektraselular berfungsi di luar sel, terutama mensintesis bahan selular dan menguraikan nutrien yang menyediakan energi bagi sel. Misalnya enzim heksokinase yang mengkatalisis fosforilasi glukose dan heksose di dalam sel.

Sifat-sifat enzim :

·         Terdenaturasi oleh panas.

·         Terpresipitasi oleh etanol atau garam-garam anorganik konsentrasi tinggi seperti amonium sulfat

·         Tidak berfusi (terdialisis) melewati membran semipermeabel oleh membran selektif.

·         Ukuran molekulnya besar.

·         Tersusun dari apoenzim dan koenzim.

·         Ada yang mengandung vitamin.

·         Bersiat labil : aktivitas dapat berkurang atau hancur karena kondisi fisik atau kimia yang tidak sesuai.

·         Efisiensi katalitik tinggi.

·         Derajat kekhususan terhadap substrat tinggi.

 

Apoenzim     +   Koenzim             à Holoenzim

Tidak aktif        Tidak aktif              Aktif

Protein              Molekul organik              

MR tinggi         MR rendah

Tak terdialisis Terdialisis

B. Tata Nama dan Klasifikasi Enzim

Tata nama enzim :

·         Tunggal : diberi akhiran –ase. Misal : suksinat dehidrogenase.

·         Kompleks : didasarkan atas reaksi keseluruhan yang dikatalisis dan digunakan kata sistem. Misal : sistem suksinat oksidase : mengkatalisis oksidasi asam suksinat oleh oksigen.

Klasifikasi enzim hanya digunakan untuk enzim tunggal.

Dasar klasifikasinya adalah : tipe reaksi yang dikatalisis.

Setiap enzim mempunyai dua nama, yaitu :

(1)   Nama kerja (nama biasa) à pendek, lebih mudah digunakan.

(2)   Nama sistemik (nama resmi) à disusun menurut aturan yang berlaku dan memberi petunjuk tentang substrat dan reaksi yang dikalalisis.

Contoh :

Nama kerja : heksokinase

Nama sistemik : ATP heksose fofotransferase.

Disamping itu sering ada pula nama sandi yang digunakan untuk enzim dengan menggunakan angka.

Berdasarkan tempat bekerjanya enzim dibedakan menjadi 2 yaitu :

a.        Endoenzim

Endoenzim disebut juga enzim intraseluler, yaitu enzim yang bekerjanya di dalam sel. Umumnya merupakan enzim yang digunakan untuk proses sintesis di dalam sel dan untuk pembentukan energi (ATP) yang berguna untuk proses kehidupan sel, misal dalam proses respirasi.

b.       Eksoenzim

Eksoenzim disebut juga enzim ekstraseluler, yaitu enzim yang bekerjanya di luar sel. Umumnya berfungsi untuk “mencernakan” substrat secara hidrolisis, untuk dijadikan molekul yang lebih sederhana dengan BM lebih rendah sehingga dapat masuk melewati membran sel. Energi yang dibebaskan pada reaksi pemecahan substrat di luar sel tidak digunakan dalam proses kehidupan sel.

Berdasarkan daya katalis ada 6 kelas utama enzim, yaitu :

Nomor	Kelas	Reaksi Katalitik
1	Oksidoreduktase	Reaksi transfer elektron : pemindahan elektron atau atom hidrogen
2	Transferase	Transfer gugusan fungsional (fosfat, amino, metil)
3	Hidrolase	Reaksi hidrolisis : penambahan molekul air untuk memecah ikatan kimia
4	Liase	Penambahan ikatan ganda molekul dan pengusiran nonhidropolitik gugusan kimiawi
5	Isomerase	Reaksi isomerisasi : pengubahan suatu senyawa menjadi isomer (senyawa yang memiliki atom yang sama tapi struktur molekulnya berbeda)
6	Ligase / Sintetase	Pembentukan ikatan disertai pemecahan atau penambahan ATP

Oksidoreduktase

Enzim ini mengkatalisis reaksi oksidasi-reduksi, yang merupakan pemindahan elektron, hidrogen atau oksigen. Sebagai contoh adalah enzim elektron transfer oksidase dan hidrogen peroksidase (katalase). Ada beberapa macam enzim electron transfer oksidase, yaitu enzim oksidase, oksigenase, hidroksilase dan dehidrogenase.

Enzim- enzim tersebut mengkatalisis reaksi-reaksi sebagai berikut:

- Oksidase mengkatalisis 2 macam reaksi: O₂ + (4 e^- + 4 H⁺) à2 H₂O

                                                                           O₂ + (2 e^- + 4 H⁺) à H₂O₂

- Oksigenase (transferase oksigen): O₂ + 2 substrat à2 substrat-O

- Hidroksilase : substrat + ½ O₂ à substrat-O

                2 koenzim-H + ½ O₂ à 2 koenzim + H₂O

- Dehidrogenase: NaNO₃ + (e^- + H⁺) à NaNO₂

       Na₂SO₄ + (e^- + H⁺) àH₂S

       Na₂CO₃ + (e^- + H⁺) à CH₄

- Hidrogen peroksidase : 2 H₂O₂ à 2 H₂O + O₂

Transferase

Transferase mengkatalisis pemindahan gugusan molekul dari suatu molekul ke molekul yang lain. Sebagai contoh adalah beberapa enzim sebagai berikut:

- Transaminase adalah transferase yang memindahkan gugusan amina.

- Transfosforilase adalah transferase yang memindahkan gugusan fosfat.

- Transasilase adalah transferase yang memindahkan gugusan asil.

Hidrolase

Enzim ini mengkatalisis reaksi-reaksi hidrolisis, dengan contoh enzim adalah:

- Karboksilesterase adalah hidrolase yang menghidrolisis gugusan ester karboksil.

- Lipase adalah hidrolase yang menghidrolisis lemak (ester lipida).

- Peptidase adalah hidrolase yang menghidrolisis protein dan polipeptida.

Liase

Enzim ini berfungsi untuk mengkatalisis pengambilan atau penambahan gugusan dari suatu molekul tanpa melalui proses hidrolisis, sebagai contoh adalah:

·         L malat hidroliase (fumarase) yaitu enzim yang mengkatalisis reaksi pengambilan air dari malat sehingga dihasilkan fumarat.

·         Dekarboksiliase (dekarboksilase) yaitu enzim yang mengkatalisis reaksi pengambilan gugus karboksil.

Isomerase

Isomerase meliputi enzim-enzim yang mengkatalisis reaksi isomerisasi, yaitu:

·         Rasemase, merubah L-alanin à D-alanin

·         Epimerase, merubah D-ribulosa-5-fosfat à D-xylulosa-5-fosfat

·         Cis-trans isomerase, merubah transmetinal à cisrentolal

·         Intramolekul ketol isomerase, merubah D-gliseraldehid-3-fosfat à dihidroksi aseton fosfat

·         Intramolekul transferase atau mutase, merubah metilmalonil-CoA à suksinil-CoA

Ligase

Enzim ini mengkatalisis reaksi penggabungan 2 molekul dengan dibebaskannya molekul pirofosfat dari nukleosida trifosfat, sebagai contoh adalah enzim asetat=CoASH ligase yang mengkatalisis rekasi sebagai berikut:

Asetat + CoA-SH + ATP à Asetil CoA + AMP + P-P

Berdasarkan cara terbentuknya, enzim terbagi atas :

a.    Enzim konstitutif

Di dalam sel terdapat enzim yang merupakan bagian dari susunan sel normal, sehingga enzim tersebut selalu ada umumnya dalam jumlah tetap pada sel hidup. Walaupun demikian ada enzim yang jumlahnya dipengaruhi kadar substratnya, misalnya enzim amilase. Sedangkan enzim-enzim yang berperan dalam proses respirasi jumlahnya tidak dipengaruhi oleh kadar substratnya.

b.   Enzim adaptif

Perubahan lingkungan mikroba dapat menginduksi terbentuknya enzim tertentu. Induksi menyebabkan kecepatan sintesis suatu enzim dapat dirangsang sampai beberapa ribu kali. Enzim adaptif adalah enzim yang pembentukannya dirangsang oleh adanya substrat. Sebagai contoh adalah enzim beta galaktosidase yang dihasilkan oleh bakteri E.coli yang ditumbuhkan di dalam medium yang mengandung laktosa. Mula-mula E. coli tidak dapat menggunakan laktosa sehingga awalnya tidak nampak adanya pertumbuhan (fase lag/fase adaptasi panjang) setelah beberapa waktu baru menampakkan pertumbuhan. Selama fase lag tersebut E. coli membentuk enzim beta galaktosidase yang digunakan untuk merombak laktosa.

C. Cara Kerja Enzim

Mula-mula bagian yang aktif dari enzim berikatan dengan substrat, sehingga terbentuk enzim-substrat. Setelah ikatan enzim-substrat terbentuk, enzim melepaskan diri dan terbentuk senyawa baru. Bagian aktif enzim tidak akan ada lagi pada senyawa baru.

Contoh : enzim katalase yang bekerja pada peroksida air. Peroksida air terbentuk selama proses pernapasan dalam sel. Terbentuknya senyawa hidrogen peroksida dapat menyebabkan kerusakan sel, tetapi karena adanya enzim katalase, senyawa hidrogen peroksida segera terurai menjadi senyawa baru yang tidak membahayakan sel yaitu air dengan membebaskan oksigen.

D. Faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi enzimatis

1.      Kadar substrat dan enzim

Penambahan kadar substrat yang berturut-turut sampai jumlah tertentu pada jumlah enzim yang tetap akan mempercepat reaksi enzimatik, tetapi penambahan substrat selanjutnya tidak akan meningkatkan kecepatan reaksi enzimatik.

  Kecepatan Reaksi Enzimatik

 

                                          Substrat

2.      Suhu

Kenaikan suhu sampai suhu optimum akan meningkatkan kecepatan reaksi enzimatik, tapi di atas suhu optimum enzim akan mengalami perubahan fisiokimia protein, sehingga mengalami denaturasi. Umumnya enzim mengalami denaturasi pada suhu 50^oC hingga 80^oC. Enzim yang tahan suhu tinggi misalnya taka-diastase dan trypsin.

Kecepatan Reaksi Enzimatik

 

                                             Suhu

             Optimum

3.      pH

Aktifitas katalisa enzim akan rendah pada keadaan asam atau basa karena denaturasi protein enzim.

Kecepatan Reaksi Enzimatik

 

                                            pH

                  7                       

4.      Inhibitor

Inhibitor atau zat penghambat enzim  adalah zat-zat yang dapat menghambat kegiatan enzim. Macam-macam inhibitor :

a.   Inhibitor kompetitif (penghambat bersaing) : suatu zat tertentu yang mempunyai struktur mirip dengan struktur substrat dalam suatu reaksi enzimatik, yang menyebabkan penghambatan reaksi tersebut. Misalnya : asam malonat menghambat kegiatan enzim dehidrogenase suksinat pada pembentukan asam fumarat.

Asam suksinat : -COOH-CH₂-CH₂-COOH

Asam malonat : -COOH-CH₂-CH₂

Peristiwa pengjambat bersaing banyak dijumpai pada khemoterapi dan pengaruh bakteriostatik.

Penghambatan oleh inhibitor kompetitif dapat berkurang jika jumlah substrat ditambah. Daya penghambat inhibitor kompetitif dipengaruhi oleh kadar inhibitor kompetitif, kadar substrat, aktifasi antara inhibitor kompetitif dan substrat.

b.   Inhibitor non kompetitif (penghambat tidak bersaing) : ion-ion logam atau senyawa tertentu yang menghambat reaksi enzimatik. Senyawa-senyawa sianida, sulfida, natrium azida, karbon monoksida merupakan inhibitor non kompetitif untuk enzim yang mengandung Fe, karena adanya reaksi antara senyawa dengan Fe. Merikuri dan perak menghambat enzim yang mengandung gugusan aktif sulfhidril (-SH). Daya penghambat inhibitor non kompetitif dipengaruhi oleh kadar inhibitor dan afinitas inhibitor terhadap enzim.

c.   Feed Back Inhibitor (penghambat umpan balik) : hasil akhir suatu metabolisme yang mempengaruhi pembentukan enzim pertama. Skema :

 

          Enzim A   Enzim B        Enzim D

     A                B                     C                 Hasil Akhir

d.   Inhibitor reseptor : hasil akhir suatu metabolisme yang dapat mempengaruhi pembentukan enzim-enzim sebelumnya.

 

          Enzim A     Enzim B   Enzim D

      A                   B                  C             Hasil Akhir

e.   Allosteric Inhibitor : penghambat yang dapat mempengaruhi enzim alosterik. Enzim alosterik : ensim yang mempunyai dua bagian aktif yaitu bagian yang aktif menangkap substrat dan bagian yang aktif menangkap inhibitor. Jika enzim menangkap substrat maka inhibitor tidak dapat tertangkap, dan terbentuk enzim aktif sehingga terbentuk hasil. Jika enzim menangkap inhibitor maka substrat tidak tertangkap  Skema :

 

                                                                     Substrat

 

                    Bagian aktif

 

                                                                                                                Kompleks Enzim-Substrat                 Produk

                   Bagian penghambat

 

                                                                    Allosteric Inhibitor

                                                                                                                                                                                Substrat

 

                                                                                                                Kompleks Enzim - Inhibitor

5.      Aktifator atau kofaktor atau penggiat :

Suatu zat yang dapat mengaktifkan ezim yang belum aktif (proenzim atau zymogen). Misalnya : ion-ion H. Fe, Cu, Mg, Mo, Zn, Co, vitamin, koenzim.

6.      Induktor (pengikduksi) :

Suatu zat substrat yang dapat mengatur pembentukan enzim. Enzim yang pembentukannya dipengaruhi oleh induktor disebut enzim induktif. Misalnya laktosa yang menginduksi pembentukan enzim beta galaktosidase.

E. Enzim pada Mikroba

Keuntungan produksi enzim oleh mikroba :

1.      Dapat diprroduksi dalam jumlah besar dengan menggunakan teknologi fermentasi yang sesuai.

2.      Lebih mudah meningkatkan produktivitas sistem mikroba dibandingkan tanaman atau hewan.

3.      Teknologi rekombinan DNA memungkinkan enzim yang berasal dari hewan disintesis oleh mikroba.

Aplikasi komersial enzim

Industri	Aplikasi	Enzim	Sumber
Roti	Reduksi viskositas adonan, Meningkatkan volume roti, Memperbaiki tekstur	Amilase	Jamur
Brewing	Penghancuran Memperbaiki filtrasi	Amilase Β-glukonase	Bakteri, Jamur Bakteri, Jamur
Kopi	Fermentasi biji kopi Pembuatan konsentrat kopi	Pektinase Pektinase, hemiselulase	Jamur Jamur
Manisan	Membuat permen lunak	Invertase, Pektinase	Jamur, Bakteri
Sirup Jagung	Sirup Maltosa Sirup Glukosa	Amilase Amiloglikodase	Jamur Jamur
Susu	Konsentrat, Es Krim	Laktase	Ragi
Jus Buah	Penjernih Jus	Pektinase	Jamur
Laundry	Deterjen	Protease	Jamur, Bakteri
Daging	Pengempukan	Protease	Jamur, Bakteri
Soft Drink	Stabilitasi	Glukosidase	Jamur
Kulit	Dehairing, baiting	Protease	Jamur, Bakteri

Metabolit Mikroa

Penggolongan metabolit mikroba :

·         Metabolit primer

Umumnya diproduksi pada tropofase. Contoh : asam amino, nukleotida, protein, asam nukleat, lipid, karbohidrat.

Metabolit Primer	Kegunaan Komersial
Etanol	Komponen aktif pada minuman beralkohol
Asam Sitrat	Digunakan dalam industri makanan
Asam Glutamat	Peningkat citarasa
Fenilalanin	Perkursor aspartam, pemanis
Polisakarida	Industri makanan

·         Metabolit sekunder

Umumnya diproduksi pada iodofase.