Enzim dan Protein

BAB I

PENDAHULUAN

1.1           Latar Belakang

            Metabolisme merupakan sekumpulan reaksi kimia yang terjadi pada makhluk hidup untuk menjaga kelangsungan hidup. Reaksi-reaksi ini meliputi sintesis molekul besar menjadi molekul yang lebih kecil (anabolisme) dan penyusunan molekul besar dari molekul yang lebih kecil (katabolisme). Beberapa reaksi kimia tersebut antara lain respirasi, glikolisis, fotosintesis pada tumbuhan, dan protein sintesis. Dengan mengikuti ketentuan bahwa suatu reaksi kimia akan berjalan lebih cepat dengan adanya asupan energi dari luar (umumnya pemanasan), maka reaksi kimia yang terjadi pada di dalam tubuh manusia harus diikuti dengan pemberian panas dari luar. Sebagai contoh adalah pembentukan urea yang semestinya membutuhkan suhu ratusan derajat Celcius dengan katalisator logam, hal tersebut tidak mungkin terjadi di dalam suhu tubuh fisiologis manusia, sekitar 37° C. Adanya enzim yang merupakan katalisator biologis menyebabkan reaksi-reaksi tersebut berjalan dalam suhu fisiologis tubuh manusia, sebab enzim berperan dalam menurunkan energi aktivasi menjadi lebih rendah dari yang semestinya dicapai dengan pemberian panas dari luar. Kerja enzim dengan cara menurunkan energi aktivasi sama sekali tidak mengubah ΔG reaksi (selisih antara energi bebas produk dan reaktan), sehingga dengan demikian kerja enzim tidak berlawanan dengan Hukum Hess 1 mengenai kekekalan energi. Selain itu, enzim menimbulkan pengaruh yang besar pada kecepatan reaksi kimia yang berlangsung dalam organisme. Reaksi-reaksi yang berlangsung selama beberapa minggu atau bulan di bawah kondisi laboratorium normal dapat terjadi hanya dalam beberapa detik di bawah pengaruh enzim di dalam tubuh.

Salah satu metabolisme dalam tubuh adalah metabolisme protein. Protein sangat berbeda dari karbohidarat dan lemak. Protein adalah sumber utama dari nitrogen yang merupakan elemen yang sangat penting dari setiap mahluk hidup. Fungsi utamanya membentuk jaringan tubuh dengan kandungan asam aminonya. Protein membentuk kehidupan manusia, protein selalu dihubungkan dengan mahluk hidup dan upaya untuk mengetahui bagaimana kehidupan bermula dipusatkan pada bagimana protein mulanya terbentuk. Protein berperan sebagai struktural yang membangun tubuh kita. Enzim protein memecah makanan menjadi zat gizi yang dapat digunakan sel. Sebagai antibodi, mereka melindugi kita dari penyakit. Hormon peptida membawa pesan-pesan yang mengkoordinasi pelangsungan aktivitas tubuh dan protein melakukan lebih banyak lagi, mereka memandu perkembangn kita dimasa kanak-kanak dan memperhatikan tubuh kita selama masa dewasa. Mereka telah membuat kita menjadi individu unik sebagaimana kita sekarang. Seperti makromolekul biologi yang lain seperti polisakarida-polisakarida dan asam nukleat, protein-protein adalah bagian penting dari organisma-organisma dan mengambil bagian di dalam setiap proses di dalam sel-sel. Banyak protein adalah enzim-enzim bahwa mengkatalisasi reaksi-reaksi biokimia dan bersifat hal penting kepada metabolisme. Protein-protein juga mempunyai fungsi-fungsi mekanis atau struktural, seperti aktin dan miosin di dalam otot dan protein-protein di dalam cytoskeleton, wujud suatu sistim yang dari perancah bahwa memelihara bentuk sel. Protein-protein lain bersifat penting di dalam pemberian isyarat sel, tanggapan imun, sel, dan biakan sel. Protein-protein adalah juga perlu di dalam diet-diet binatang, karena binatang-binatang tidak bisa manyatukan semua asam amino yang mereka memerlukan dan harus memperoleh asam amino esensial dari makanan. Melalui proses pencernaan, binatang-binatang pecah;rinci protein yang dicernakan ke dalam asam amino yang cuma-cuma yang kemudian adalah yang digunakan di dalam metabolisme.

1.2           Rumusan Masalah

Berdasarkan  latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan sebagai berikut:

1)      Pengertian enzim

2)      Sifat dan fungsi enzim

3)      Mekanisme kerja enzim

4)      Metabolisme protein dan asam amino

1.3           Tujuan dan Manfaat

Pembuatan makalah ini bertujuan agar mahasiswa mengetahui, mampu menguraikan dan menjelaskan tentang enzim dan metabolisme protein serta pembentukan urea.

1.4           Metode

Metode yang digunakan dalam penulisan ini adalah metode kepustakaan. Sumber data yang digunakan bersumber dari buku dan media kepustakaan lainnya.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1     Pengertian Enzim

Enzim merupakan biomolekul yang mengkatalis reaksi kimia, di mana hampir semua enzim adalah protein. Pada reaksi-reaksi enzimatik, molekul yang mengawali reaksi disebut substrat, sedangkan hasilnya disebut produk. Cara kerja enzim dalam mengkatalisis reaksi kimia substansi lain tidak merubah atau merusak reaksi ini.

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.

Reaksi-reaksi enzimatik dibutuhkan agar bakteri dapat memperoleh makanan/ nutrient dalam keadaan terlarut yang dapat diserap ke dalam sel, memperoleh energi Kimia yang digunakan untuk biosintesis, perkembangbiakan, pergerakan, dan lain-lain.

2.2                      Sifat dan Fungsi Enzim

a. Sifat

Sebagai katalis, enzim mirip dengan katalis lain, yang umumnya senyawa yang jauh lebih kecil, seringkali berupa senyawa anorganik dan bahkan berupa logam. Sifat inilah yang memungkinkan aneka reaksi dapat berlangsung di dalam sel. Dalam mengkatalisis suatu reaksi, diasumsikan enzim berikatan lebih dulu dengan substrat. Akibat ikatan ini, terbentuklah suatu senyawa baru, yang dinamai kompleks enzim-substrat saja, yang dapat disingkat sebagai kompleks ES atau ES saja. Reaksi antara enzim dengan substrat, yang membentuk kompleks substrat tersebut, dapat ditulis secara sederhana sebagai berikut.

E + S         ES

b.      FUNGSI

·      Enzim berperan dalam transduksi signal dan regulasi sel

·      Enzim juga berperan dalam menghasilkan pergerakan tubuh

·      Enzim juga terlibat dalam fungs-fungsi yang khas, seperti lusiferase yang menghasilkan cahaya pada kunang-kunang

·      Enzim juga berfungsi memecah molekul yang besar (seperti pati dan protein) menjadi molekul yang kecil, sehingga dapat diserap oleh usus.

·      Enzim menentukan langkah-langkah apa saja yang terjadi dalam lintasan metabolisme.

2.3       A. Mekanisme Kerja Enzim

ü      Enzim berikatan dengan substrat dan mengarahkannya tepat untuk bereaksi.

ü      Enzim mengkatalisis suatu reaksi kimia dengan berikatan dengan substrat membentuk kompleks enzim substrat

ü      Reaksi berlangsung di suatu daerah dinamis yang berukuran relatif kecil, yaitu tempat aktif enzim atau tempat katalitik. Tempat di luar tempat aktif disebut allosteris site.

ü      Tempat aktif ini juga mengandung kofaktor.

ü      Enzim dan substrat yang telah diaktifkan membentuk kompleks berenergi tinggi yang tidak stabil dengan konfigurasi elektronik yang tegang antara substrat dan produk.

ü      Kompleks stadium transisi kemudian terurai menjadi produk dan melepaskan diri dari enzim.

ü      Enzim bebas kemudian mengikat set substrat lain dan mengulang proses tersebut

ü      Ikatan enzim enzim substrat yang demikian spesifik dapat dijelaskan melalui model.

–    Model “Kunci-Anak Kunci” (Emil Fischer)

–    Model Induced Fit (Koshland, Nemethy, Filmer)

ü      Model pengikatan ini terus berkembang sehingga dapat digunakan untuk menjelaskan tentang proses terjadinya inhibisi terhadap kerja enzim.

B. Kompleks Enzim Substrat

Perbandingan jumlah antara enzim  dan substrat harus sesuai, supaya reaksi berjalan optimum. Semakin banyak enzim, reaksi akan semakin cepat. Peningkatan konsentransi substrat dapat meningkatkan kecepatan reaksi bila jumlah enzim tetap. Namun pada saat sisi aktif semua enzim berikatan dengan substrat, penambahan substrat tidak dapat meningkatkan kecepatan reaksi enzim selanjutnya. Dengan konsentrasi enzim yang tetap, perubahan substrat akan menambah kecepatan reaksi.

C. Kofaktor dan Koenzim

ž Kofaktor

Banyak enzim dalam melaksanakan fungsi katalitiknya membutuhkan senyawa lain yang bukan protein. Senyawa lain tersebut disebut kofaktor. Kofaktor tersebut harus terikat terlebihdulu dengan enzim sebelum melaksanakan fungsi katalitiknya. Kofaktor dapat berupa senyawa inorganik atupun organik. Kofaktor yang berupa senyawa inorganik, yaitu logam disebut kofaktor logam, sedangkan kofaktor yang berupa senyawa organik nonprotein disebut koenzim.

ž     Koenzim

Koenzim adalah kofaktor berupa molekul organik kecil yang mentranspor gugus kimia atau elektron dari satu enzim ke enzim lainnya. Contoh koenzim mencakup NADH, NADPH dan adenosina trifosfat. Gugus kimiawi yang dibawa mencakup ion hidrida (H^–) yang dibawa oleh NAD atau NADP⁺, gugus asetil yang dibawa oleh koenzim A, formil, metenil, ataupun gugus metil yang dibawa oleh asam folat, dan gugus metil yang dibawa oleh S-adenosilmetionina. Beberapa koenzim seperti riboflavin, tiamina, dan asam folat adalah vitamin.

Oleh karena koenzim secara kimiawi berubah oleh aksi enzim, adalah dapat dikatakan koenzim merupakan substrat yang khusus, ataupun substrat sekunder. Sebagai contoh, sekitar 700 enzim diketahui menggunakan koenzim NADH.

Regenerasi serta pemeliharaan konsentrasi koenzim terjadi dalam sel. Contohnya, NADPH diregenerasi melalui lintasan pentosa fosfat, dan S-adenosilmetionina melalui metionina adenosiltransferase. 

D. Proenzim

Proenzim atau zimogen merupakan enzim yang diproduksi dalam bentuk inaktif. Ada dua tujuan utama pembentukan proenzim ini, yaitu: (1) Melindungi tubuh dari proses autodigesti; (2) Melayani kebutuhan enzim tertentu dengan cepat. Sebagai contoh misalnya pepsinogen, tripsiogen dan kemotripsinogen.

Biasanya dalam bentuk yang masih berupa proenzim atau zimogen ini, enzim tersebut diberi nama seperti nama trivialnya dan ditambah dengan awalan pro- atau akhiran –ogen. Contoh yang paling dikenal adalah enzim pencerna protein yang dikeluarkan oleh pancreas, yaitu tripsin, kimotripsin, dan elastase. Enzim-enzim ini diaktifkan di tempat dia harus bekerja dan oleh keadaan tertentu. Pepsin misalnya, disekskresikan oleh sel-sel utama (chief cell) epitel mukosa lambung, dalam bentuk yang belum aktif dan dinamai sebagai pepsinogen.

E. Isosim

Isozim atau Iso-enzim adalah dalam suatu campuran terdapat lebih dari satu enzim yang dapat berperan dalam suatu substrat untuk memberikan suatu hasil yang sama.
Keuntungan bagi tumbuhan yang mengandung isoenzim adalah karena isozim – isozim tersebut akan memiliki tanggapan yang berbeda terhadap faltor – faktor lingkungan. Setiap isozim dihadapkan pada lingkungan kimia yang berbeda dab masing – masing berperan pada posisi yang berbeda dalam lintasan metabolic.

Isozim merupakan sekolompok enzim yang mempunyai aktivitas yang sama. Bentuk-bentuk enzim tersebut berbeda secara fisik, kimia dan imunologik dan dapat dipisahkan. Isozim lazim ditemukan di dalam serum dan jaringan semua vertebrata, insekta, tumbuhan, dan organisme uniseluler. Jaringan yang berbeda dapat mengandung isozim yang berbeda pula, dan semua isozim ini mempunyai afinitas berbeda-beda terhadap substrat.

F. Kinetika Enzim

Mekanisme reaksi enzimatik untuk sebuah subtrat tunggal. Enzim (E) mengikat substrat (S) dan menghasilkan produk (P). Kinetika enzim menginvestigasi bagaimana enzim mengikat substrat dengan mengubahnya menjadi produk. Data laju yang digunakan dalam analisa kinetika didapatkan dari asal enzim.

G. Inhibitor Kompetitif

Molekul penghambat yang bekerja dengan cara melekatkan diri pada bagian bukan sisi aktif enzim. Inhibitor ini menyebabkan sisi aktif berubah sehingga tidak dapat berikatan dengan substrat. Inhibitor nonkompetitif tidak dapat dipengaruhi oleh konsentrasi substrat.

Inhibitor kompetitif mengikat enzim secara reversibel, menghalangi pengikatan substrat.  Di lain pihak, pengikatn substrat juga menghalangi pengikatan inhibitor. Substrat dan inhibitor berkompetisi satu sama lainnya.

Contoh jenis penghambatan kompetitif adalah penghambatan kompetitif dehidrogenase suksinat oleh anion malonat dan oksaloasetat. Dehidrogenase suksinat adalah anggota golongan enzim yang mengkalatisis siklus asam sitrat yang dapat membebaskan 2 atom hidrogen dari suksinat. Dehidrogenase suksinat dihambat oleh malonat yang struktur molekulnya mirip suksinat.

H. Enzim Alosterik dan Sifatnya

Pada beberapa jenis jalur metabolisme, produk akhir dapat berikatan dengan enzim bukan pada sisi aktif enzim tetapi pada titik control lainnya. Jenis enzim demikian dinamakan enzim alosterik. Enzim alosterik sering berbentuk protein yang memiliki beberapa subunit protein dan memiliki satu atau lebih sisi aktif pada masing-masing subunitnya. Terikatnya substrat pada sisi aktif enzim akan menginduksi perubahan konformasi protein pada enzim tersebut yang memungkinkan sisi aktif lainnya memiliki afinitas untuk berikatan dengan molekul substrat. Enzim alosterik dikontrol oleh molekul efektor (activator dan inhibitor) yang berikatan pada enzim pada bagian tertentu dari enzim tersebut di luar sisi aktif enzim, dan selanjutnya dapat menyebabkan perubahan konformasi sisi aktif enzim yang dapat mempengaruhi kecepatan enzim

tersebut. Molekul activator alosterik dapat meningkatkan laju kerja enzim, sedangkan molekul inhibitor alosterik dapat menurunkan kerja enzim.

2.4     Mekanisme Kerja Protein dan Asam Amino

a.      Protein

Protein berasal dari kata proteios (yunani) yang berarti bertingkat pertama. Istilah protein dikemukakan oleh Mulder ahli kimia Belanda pada tahun 1830-an. Protein di dalam sel tersusun dari asam amino dan pembentuknya melibatkan DNA,RNA, dan ribosom. Protein adalah senyawa terpenting penyusun sel hidup. Senyawa ini terdapat pada semua jaringan hidup baik tumbuhan maupun hewan. Fungsi biologis protein sangat beragam antara lain,sebagai pembangun,pengatur, pertahanan dan sebagai sumber energy. Tidak ada kelompok senyawa lain yang fungsinya begitu beragam seperti protein. Oleh karena itulah ,kelompok senyawa ini disebut protein.

Jenis – jenis protein

            Protein dapat dibeda-bedakan berdasarkan komposisi kimia,bentuk,atau fungsi biologisnya. Berikut ini penggolongan protein menurut fungsi biologisnya. Berdasarkan fungsi biologisnya , protein dapat dibedakan atas 7 golongan ,yaitu:

1)      Enzim , yaitu protein yang berfungsi sebagai biokatalis. Hamper semua reaksi senyawa organik dalam sel dikatalisis enzim. Lebih dari 2000 jenis enzim telah ditemukan di dalam berbagai bentuk kehidupan.

2)      Protein transport, yaitu protein yang mengikat dan memindahkan molekul atau ion spesifik. Hemoglobin dalam sel darah merah mengikat oksigen dari paru-paru, dan membawanya ke jaringan poriferi. Lipoprotein dalam plasma darah membawa lipid dari hati ke organ lain. Protein transpor lain terdapat dalam dinding sel dan menyesuaikan strukturnys untuk mengikat dan membawa glukosa ,asam amino,dan nutrien lain melalui membrane ke dalam sel.

3)      Protein nutrien dan penyimpanan , ialah protein yang berfungsi sebagai cadangan makanan. Contohnya ialah protein yang terdapat dalam biji-bijian seperti gandum,beras,dan jagung. Ovalbumin pada telur dan kasein pada susu juga merupakan protein  nutrien.

4)      Protein kontraktil, yaitu protein yang memberikan kemampuan pada sel dan organisme untuk mengubah bentuk dan bergerak. Contohnya ialah aktin dan myosin,yaitu protein yang berperan dalam sistem kontraksi otot kerangka.

5)      Protein struktur , yaitu protein yang berperan sebagai penyangga untuk memberikan struktur biologi kekuatan atau perlindungan. Contohnya ialah kolagen,yaitu komponen utama dalam urat dan tulang rawan. Contoh lain adalah keratin yang terdapat pada rambut,kuku,dan bulu ayam atau burung. Fibroin ,yaitu komponen utama dalam serat sutera dan jarring laba-laba.

6)      Protein pertahanan (antibody) ,yaitu protein yang melindungi organisme terhadap serangan organisme lain(penyakit). Contohnya adalah imunoglobin atau antibody yang terdapat dalam vertebrata. Protein ini dapat mengenali dan menetralkan bakteri,virus, atau protein asing dari spesi lain. Fibrinogen dan thrombin merupakan protein penggumpal darah jika sistem pembuluh terluka. Bisa ular dan toksin bakteri juga tampaknya berfungsi sebagai protein pertahanan.

7)      Protein pengatur ,yaitu protein yang  berfungsi mengatur aktivitas seluler atau fisiologi. Contohnya ialah hormon,seperti insulin yang mengatur metabolisme gula darah.kekurangan insulin akan menyebabkan penyakit diabetes. Contoh lain adalah hormone pertumbuhan dan hormone seks.

b.      Asam Amino

Asam amino merupakan zat yang membentuk protein. Kumpulan asam amino disebut sebagai protein. Menurut penyelidikan, beberapa asam amino yang dibutuhkan oleh tubuh untuk keperluan sintesis protein tidak dapat dibentuk sendiri.

Jenis – jenis Asam Amino

1)      Asam Amino essensial yaitu asam amino yang tidak dapat dibentuk sendiri oleh tubuh. Yang termasuk asam amino essensial antara lain :

ü      Lisin

ü      Valin

ü      Leusin

ü      Metionin

ü      Fenilalanin

ü      Isoleusin

ü      Treonin

ü      Triftofan

2)      Asam Amino Non Essensial yaitu asam amino yang dapat terbentuk dari zat-zat lain yang telah ada di dalam tubuh. Yang termasuk asam amino non essensial antara lain :

ü      Asam glutamate

ü      Asam aspartat

ü      Prolin

3)      Asam Amino Glukogenik yaitu asam amino yang dapat diubah menjadi glukosa.

Yang termasuk asam amino glukogenik anatara lain :

ü      Alanin

ü      Serin

ü      Glisin

ü      Sistein

ü      Metionin

ü      Triptofan

4)      Asam Amino ketogenik yaitu asam amino yang dapat diubah menjadi asam lemak. Yang termasuk asam amino katogenik antara lain:

ü      Fenilalanin

ü      Tirosin

ü      Leusin

ü      Isoleusin

ü      Lisin

Pencernaan dan Absorpsi protein

            Protein merupakan suatu bahan yang penting dalam tubuh karena fungsinya yang beragam, terutama sebagai struktural tubuh, katalitik, dan sinyal dalam jaras tubuh. Sumber C dan N dari protein dapat digunakan untuk sintesis protein dan asam amino baru serta rangka karbonnya sebagai senyawa antara dalam metabolisme karbohidrat dan lipid. Gugus NH2 dari asam amino akan masuk ke dalam sintesis urea (ureotelik). Enzim yang digunakan untuk memecah protein (protease/peptidase) disintesis dan disekresi dalam bentuk inaktif yang disebut proenzim atau zimogen.

           

Keseimbangan nitrogen

            Daur nitrogen adalah bukti lain bahwa secara khusus dirancang untuk kehidupan manusia. Nitrogen adalah salah satu unsur dasar yang terdapat dalam jaringan tubuh semua organism hidup. Meskipun 78% dari atmosfer merupakan nitrogen, manusia dan hewan tidak dapat menyerapnya secara langsung. Bakteri yang hidup di beberapa tanaman mengubah nitrogen menjadi ammonia (NH3). Sebaliknya, jenis bakteri lain mengubah ammonia menjadi nitrat (NO3). Pada tingkat selanjutnya  makhluk hidup yang dapat membuat makanannya sendiri,seperti tumbuhan hijau dapat menyerap nitrogen. Hewan dan manusia yang tidak dapat membuat makanannya sendiri dapat memenuhi kebutuhan nitrogen dengan memakan tumbuh-tumbuhan tersebut. Nitrogen pada hewan dan manusia kembali ke alam melalui kotoran dan bangkai yang diuraikan oleh bakteri.

     

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

ü      Enzim merupakan biomolekul yang mengkatalis reaksi kimia, di mana hampir semua enzim adalah protein.

ü      Enzim berperan dalam transduksi signal dan regulasi sel, menghasilkan pergerakan tubuh, juga terlibat dalam fungs-fungsi yang khas, seperti lusiferase yang menghasilkan cahaya pada kunang-kunang, memecah molekul yang besar (seperti pati dan protein) menjadi molekul yang kecil, sehingga dapat diserap oleh usus dan menentukan langkah-langkah apa saja yang terjadi dalam lintasan metabolisme.

ü      Enzim berikatan dengan substrat dan mengarahkannya tepat untuk bereaksi. Ikatan enzim enzim substrat yang demikian spesifik dapat dijelaskan melalui model “Kunci-Anak Kunci” (Emil Fischer) dan model Induced Fit (Koshland, Nemethy, Filmer)

ü      Protein tersusun dari berbagai asam amino yang masing-masing dihubungkan dengan ikatan peptida

ü      Asam amino dibagi menjadi beberapa macam yaitu, asam amino essensial, asam amino non esensial, asam amino glukogenik dan asam amino ketogenil.

3.2 Saran

Untuk mendapat atau memperoleh materi yang lebih lengkap dari pembahasan yang telah penulis buat, maka disarankan kepada pembaca untuk lebih banyak mencari dan membaca literature mengenai pembahasan di atas.

DAFTAR PUSTAKA

Potter & Perry.2005. Buku Ajar Fundamental Keperawatan. Edisi 4. Jakarta : EGC

W .F. Ganong. 2005. Buku Ajar Fisiologi Kedokteran. Edisi 22. Jakarta : EGC

ttp://vha2rhe2.blogspot.com/2009/11/mekanisme-kerja-enzim.html

achmadirfani.files.wordpress.com/2007/11/enzim.doc