Enzim: Perbedaan antara revisi

Tata nama secara lengkap dapat dilihat di http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/ (Bahasa Inggris).

 

{{see also|Katalisis enzim}}

 

Sama seperti protein-protein lainnya, enzim merupakan rantai asam amino yang [[pelipatan protein|melipat]]. Tiap-tiap urutan asam amino menghasilkan struktur pelipatan dan sifat-sifat kimiawi yang khas. Rantai protein tunggal kadang-kadang dapat berkumpul bersama dan membentuk [[kompleks protein]]. Kebanyakan enzim dapat mengalami [[denaturasi]] (yakni terbuka dari lipatannya dan menjadi tidak aktif) oleh pemanasan ataupun denaturan kimiawi. Tergantung pada jenis-jenis enzim, denaturasi dapat bersifat reversibel maupun ireversibel.

 

Enzim biasanya sangat spesifik terhadap reaksi yang ia kataliskan mauapun terhadap [[substrat]] yang terlibat dalam reaksi. Bentuk, muatan dan katakteristik [[hidrofilik]]/[[hidrofobik]] enzim dan substrat bertanggung jawab terhadap kespesifikan ini. Enzim juga dapat menunjukkan tingkat [[stereospesifisitas]], [[regioselektivitas]], dan [[kemoselektivitas]] yang sangat tinggi.<ref>{{cite journal |author=Jaeger KE, Eggert T.|year=2004|title=Enantioselective biocatalysis optimized by directed evolution| journal=Curr Opin Biotechnol.|volume=15 |issue=4|pages=305–13|pmid=15358000|doi=10.1016/j.copbio.2004.06.007}}</ref>

 

Beberapa enzim yang menghasilkan [[metabolit sekunder]] dikatakan sebagai "tidak pilih-pilih", yakni bahwa ia dapat bekerja pada berbagai jenis substrat yang berbeda-beda. Diajukan bahwa kespesifikan substrat yang sangat luas ini sangat penting terhadap evolusi lintasan biosintetik yang baru.<ref>{{cite web |url=http://www-users.york.ac.uk/~drf1/rdf_sp1.htm |title=The Screening Hypothesis - a new explanation of secondary product diversity and function |accessdate=2006-10-11 |last=Firn |first=Richard }}</ref>

 

Enzim sangatlah spesifik. Pada tahun 1894, [[Hermann Emil Fischer|Emil Fischer]] mengajukan bahwa hal ini dikarenakan baik enzim dan substrat memiliki bentuk geometri yang saling memenuhi.<ref>{{cite journal |author=Fischer E.|year=1894|title=Einfluss der Configuration auf die Wirkung der Enzyme| journal=Ber. Dt.

Chem. Ges.|volume=27|pages=2985–93|url =http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k90736r/f364.chemindefer|doi=10.1002/cber.18940270364 }}</ref> Hal ini sering dirujuk sebagai model "Kunci dan Gembok". Manakala model ini menjelaskan kespesifikan enzim, ia gagal dalam menjelaskan stabilisasi keadaan transisi yang dicapai oleh enzim. Model ini telah dibuktikan tidak akurat, dan model ketepatan induksilah yang sekarang paling banyak diterima.

 

[[Berkas:Induced fit diagram.svg|thumb|450px|Diagram yang menggambarkan hipotesis ketepatan induksi.]]

Pada tahun 1958, [[Daniel E. Koshland, Jr.|Daniel Koshland]] mengajukan modifikasi model kunci dan gembok: oleh karena enzim memiliki struktur yang fleksibel, tapak aktif secara terus menerus berubah bentuknya sesuai dengan interaksi antara enzim dan substrat.<ref>{{cite journal|doi=10.1073/pnas.44.2.98|author=Koshland D. E.|year=1958|title=Application of a Theory of Enzyme Specificity to Protein Synthesis|journal=Proc. Natl. Acad. Sci.|volume=44|issue=2|pages=98–104|pmid=16590179}}</ref> Akibatnya, substrat tidak berikatan dengan tapak aktif yang kaku. Orientasi [[rantai samping]] asam amino berubah sesuai dengan substrat dan mengijinkan enzim untuk menjalankan fungsi katalitiknya. Pada beberapa kasus, misalnya glikosidase, molekul substrat juga berubah sedikit ketika ia memasuki tapak aktif.<ref>{{cite journal|author=Vasella A, Davies GJ, Bohm M.|year=2002|title=Glycosidase mechanisms|journal=Curr Opin Chem Biol.|volume=6|issue=5|pages=619–29|pmid=12413546|doi=10.1016/S1367-5931(02)00380-0}}</ref> Tapak aktif akan terus berubah bentuknya sampai substrat terikat secara sepenuhnya, yang mana bentuk akhir dan muatan enzim ditentukan.<ref>{{cite book |last=Boyer |first=Rodney |title=Concepts in Biochemistry |origyear=2002 |accessdate=2007-04-21 |edition=2nd |publisher=John Wiley & Sons, Inc. |location=New York, Chichester, Weinheim, Brisbane, Singapore, Toronto. |isbn=0-470-00379-0 |pages=137–8 |chapter=6 |year=2002 |oclc=51720783}}</ref>

 

Enzim dapat bekerja dengan beberapa cara, yang kesemuaannya menurunkan ΔG^‡:<ref>{{cite book |author=Fersht, Alan |title=Enzyme structure and mechanism |publisher=W.H. Freeman |location=San Francisco |year=1985 |pages=50–2 |isbn=0-7167-1615-1 }}</ref>

*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.)

*Menurunkan perubahan entropi reaksi dengan menggiring substrat bersama pada orientasi yang tepat untuk bereaksi. Menariknya, efek entropi ini melibatkan destabilisasi keadaan dasar,<ref>{{cite book |author=Jencks, William P. |title=Catalysis in chemistry and enzymology |publisher=Dover |location=Mineola, N.Y |year=1987 |isbn=0-486-65460-5 }}</ref> dan kontribusinya terhadap katalis relatif kecil.<ref>{{cite journal |author=Villa J, Strajbl M, Glennon TM, Sham YY, Chu ZT, Warshel A |title=How important are entropic contributions to enzyme catalysis? |journal=Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. |volume=97 |issue=22 |pages=11899–904 |year=2000 |pmid=11050223 |doi=10.1073/pnas.97.22.11899}}</ref>

 

Pemahaman asal usul penurunan ΔG^‡ memerlukan pengetahuan bagaimana enzim dapat menghasilkan keadaan transisi reaksi yang lebih stabil dibandingkan dengan stabilitas keadaan transisi reaksi tanpa katalis. Cara yang paling efektif untuk mencapai stabilisasi yang besar adalah menggunakan efek elektrostatik, terutama pada lingkungan yang relatif polar yang diorientasikan ke distribusi muatan keadaan transisi.<ref>{{cite journal |author=Warshel A, Sharma PK, Kato M, Xiang Y, Liu H, Olsson MH |title=Electrostatic basis for enzyme catalysis |journal=Chem. Rev. |volume=106 |issue=8 |pages=3210–35 |year=2006 |pmid=16895325 | doi =10.1021/cr0503106}}</ref> Lingkungan seperti ini tidak ada dapat ditemukan pada reaksi tanpa katalis di air.

 

Dinamika internal enzim berhubungan dengan mekanisme katalis enzim tersebut.<ref>{{cite journal |author=Eisenmesser EZ, Bosco DA, Akke M, Kern D |title=Enzyme dynamics during catalysis |journal=Science |volume=295 |issue=5559 |pages=1520–3 |year=2002 |month=February |pmid=11859194 |doi=10.1126/science.1066176 }} </ref><ref>{{cite journal |author=Agarwal PK |title=Role of protein dynamics in reaction rate enhancement by enzymes |journal=J. Am. Chem. Soc. |volume=127 |issue=43 |pages=15248–56 |year=2005 |month=November |pmid=16248667 |doi=10.1021/ja055251s }}</ref><ref>{{cite journal |author=Eisenmesser EZ, Millet O, Labeikovsky W, ''et al'' |title=Intrinsic dynamics of an enzyme underlies catalysis |journal=Nature |volume=438 |issue=7064 |pages=117–21 |year=2005 |month=November |pmid=16267559 |doi=10.1038/nature04105 }}</ref> Dinamika internal enzim adalah pergerakan bahagian struktur enzim, misalnya residu asam amino tunggal, sekelompok asam amino, ataupun bahwa keseluruhan [[domain protein]]. Pergerakan ini terjadi pada skala waktu yang bervariasi, berkisar dari beberapa femtodetik sampai dengan beberapa detik. Jaringan residu protein di seluruh struktur enzim dapat berkontribusi terhadap katalisis melalui gerak dinamik.<ref>{{cite journal|url=http://www.structure.org/content/article/abstract?uid=PIIS096921260500167X |author=Yang LW, Bahar I |title=Coupling between catalytic site and collective dynamics: A requirement for mechanochemical activity of enzymes| journal=Structure |date=5 June 2005 |volume=13 |pages=893–904 |pmid=15939021 |doi=10.1016/j.str.2005.03.015}}</ref><ref>{{cite journal |doi=10.1073/pnas.052005999 |author=Agarwal PK, Billeter SR, Rajagopalan PT, Benkovic SJ, Hammes-Schiffer S.|title=Network of coupled promoting motions in enzyme catalysis| journal=Proc Natl Acad Sci USA.|date=5 March 2002 |volume=99 |pages=2794–9 |pmid=11867722}}</ref><ref>{{cite journal |author=Agarwal PK, Geist A, Gorin A |title=Protein dynamics and enzymatic catalysis: investigating the peptidyl-prolyl cis-trans isomerization activity of cyclophilin A |journal=Biochemistry |volume=43 |issue=33 |pages=10605–18 |year=2004 |month=August |pmid=15311922 |doi=10.1021/bi0495228 }}</ref><ref>{{cite journal|url=http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6VRP-4D4JYMC-6&_coverDate=08%2F31%2F2004&_alid=465962916&_rdoc=1&_fmt=&_orig=search&_qd=1&_cdi=6240&_sort=d&view=c&_acct=C000050221&_version=1&_urlVersion=0&_userid=10&md5=613585a6164baa38b4f6536d8da9170a|author=Tousignant A, Pelletier JN.|title=Protein motions promote catalysis|journal=Chem Biol.|year=2004|month=August|volume=11|issue=8|pages=1037–42|pmid=15324804 |doi=10.1016/j.chembiol.2004.06.007}}</ref> Gerakan protein sangat vital, namun apakah vibrasi yang cepat atau lambat maupun pergerakan konformasi yang besar atau kecil yang lebih penting bergantung pada tipe reaksi yang terlibat. Namun, walaupun gerak ini sangat penting dalam hal pengikatan dan pelepasan substrat dan produk, adalah tidak jelas jika gerak ini membantu mempercepat langkah-langkah reaksi reaksi enzimatik ini.<ref>{{cite journal |author=Olsson MHM, Parson WW, Warshel A |title=Dynamical Contributions to Enzyme Catalysis: Critical Tests of A Popular Hypothesis |journal=Chem. Rev. |volume=106 |issue=5 |pages=1737–56 |year=2006 |doi=10.1021/cr040427e }}</ref> Penyingkapan ini juga memiliki implikasi yang luas dalam pemahaman efek alosterik dan pengembangan obat baru.

 

Enzim [[alosterik]] mengubah strukturnya sesuai dengan [[efektor]]nya. Modulasi ini dapat terjadi secara langsung, di mana efektor mengikat [[tapak ikat]] enzim secara lngsung, ataupun secara tidak langsung, di mana efektor mengikat protein atau [[subunit protein]] lain yang berinteraksi dengan enzim alosterik, sehingga mempengaruhi aktivitas katalitiknya.

 

{{main|Kofaktor|Koenzim}}

Beberapa enzim tidak memerlukan komponen tambahan untuk mencapai aktivitas penuhnya. Namun beberapa pula memerlukan molekul non-protein yang disebut kofaktor untuk berikatan dengan enzim dan menjadi aktif.<ref>{{cite web |url=http://www.chem.qmul.ac.uk/iupac/bioinorg/CD.html#34 |title=Glossary of Terms Used in Bioinorganic Chemistry: Cofactor |accessdate=2007-10-30 |last=de Bolster |first=M.W.G. |year=1997 |publisher=International Union of Pure and Applied Chemistry}}</ref> Kofaktor dapat berupa zat [[anorganik]] (contohnya ion logam) ataupun zat [[organik]] (contohnya [[flavin]] dan [[heme]]). Kofaktor organik dapat berupa [[gugus prostetik]] yang mengikat dengan kuat, ataupun [[koenzim]], yang akan melepaskan diri dari tapak aktif enzim semasa reaksi. Koenzim mencakup [[Nikotinamida adenina dinukleotida|NADH]], [[Nikotinamida adenina dinucleotida fosfat|NADPH]] dan [[adenosina trifosfat]]. Molekul-molekul ini bekerja dengan mentransfer gugus kimiawi antar enzim.<ref>{{cite web |url=http://www.chem.qmul.ac.uk/iupac/bioinorg/CD.html#33 |title=Glossary of Terms Used in Bioinorganic Chemistry: Coenzyme |accessdate=2007-10-30 |last=de Bolster |first=M.W.G. |year=1997 |publisher=International Union of Pure and Applied Chemistry}}</ref>

 

Enzim yang memerlukan kofaktor namun tidak terdapat kofaktor yang terikat dengannya disebut sebagai ''aproenzim'' ataupun ''apoprotein''. Apoenzim beserta dengan kofaktornya disebut ''holoenzim'' (bentuk aktif). Kebanyakan kofaktor tidak terikat secara kovalen dengan enzim, tetapi terikat dengan kuat. Namun, gugus prostetik organik dapat pula terikat secara kovalen (contohnya [[tiamina pirofosfat]] pada enzim [[piruvat dehidrogenase]]). Istilah ''holoenzim'' juga dapat digunakan untuk merujuk pada enzim yang mengandung subunit protein berganda, seperti [[DNA polimerase]]. Pada kasus ini, holoenzim adalah kompleks lengkap yang mengandung seluruh subunit yang diperlukan agar menjadi aktif.

 

[[Berkas:NADH-3D-vdW.png|thumb|left|150px|Model pengisian ruang koenzim NADH]]

Koenzim adalah molekul organik kecil yang mengantarkan gugus kimia dari satu enzim ke enzim lainnya.<ref>{{cite book |author=Wagner, Arthur L. |title=Vitamins and Coenzymes |publisher=Krieger Pub Co |location=|year=1975 |isbn=0-88275-258-8 }}</ref> Beberapa koenzim seperti [[riboflavin]], [[tiamina]], dan [[asam folat]] adalah [[vitamin]]. Gugus kimiawi yang dibawa mencakup ion [[hidrida]] (H^-) yang dibawa oleh [[nikotinamida adenina dinukleotida|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]].

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

 

[[Berkas:Carbonic anhydrase reaction in tissue.svg|thumb|300px|Tahapan-tahapan energi pada [[reaksi kimia]]. Substrat memerlukan energi yang banyak untuk mencapai [[keadaan transisi]], yang akan kemudian berubah menjadi produk. Enzim menstabilisasi keadaan transisi, menurunkan energi yang diperlukan untuk menjadi produk.]]

{{main |Energi aktivasi|Kesetimbangan termodinamik|Kesetimbangan kimia}}

{{cite journal|author=Olsson M. H., Siegbahn P. E., Warshel A.|year=2004|title=Simulations of the large kinetic isotope effect and the temperature dependence of the hydrogen atom transfer in lipoxygenase|journal =J. Am. Chem. Soc.|volume=126|issue=9|pages=2820–8|pmid=14995199 |doi=10.1021/ja037233l}}</ref> Penerowongan kuantum untuk proton telah terpantau pada [[triptamina]].<ref>{{cite journal|author=Masgrau L., Roujeinikova A., Johannissen L. O., Hothi P., Basran J., Ranaghan K. E., Mulholland A. J., Sutcliffe M. J., Scrutton N. S., Leys D.|year=2006|title=Atomic Description of an Enzyme Reaction Dominated by Proton Tunneling|journal=Science| volume=312|issue=5771|pages=237–41|pmid=16614214|doi=10.1126/science.1126002}}</ref>

 

[[Berkas:Competitive inhibition.svg|thumb|400px|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.]]

 

Enzim menentukan langkah-langkah apa saja yang terjadi dalam lintasan metabolisme ini. Tanpa enzim, metabolisme tidak akan berjalan melalui langkah yang teratur ataupun tidak akan berjalan dengan cukup cepat untuk memenuhi kebutuhan sel. Dan sebenarnya, lintasan metabolisme seperti [[glikolisis]] tidak akan dapat terjadi tanpa enzim. Glukosa, contohnya, dapat bereaksi secara langsung dengan ATP, dan menjadi ter[[fosforliasi]] pada karbon-karbonnya secara acak. Tanpa keberadaan enzim, proses ini berjalan dengan sangat lambat. Namun, jika [[heksokinase]] ditambahkan, reaksi ini tetap berjalan, namun fosforilasi pada karbon 6 akan terjadi dengan sangat cepat, sedemikiannya produk [[glukosa-6-fosfat]] ditemukan sebagai produk utama. Oleh karena itu, jaringan lintasan metabolisme dalam tiap-tiap sel bergantung pada kumpulan enzim fungsional yang terdapat dalam sel tersebut.

 

Terdapat lima cara utama aktivitas enzim dikontrol dalam sel.

 

#Beberapa enzim dapat menjadi '''aktif ketika berada pada lingkungan yang berbeda'''. Contohnya, [[hemaglutinin]] pada virus [[influenza]] menjadi aktif dikarenakan kondisi asam lingkungan. Hal ini terjadi ketika virus terbawa ke dalam sel inang dan memasuki [[lisosom]].<ref>{{cite journal|doi=10.1016/0092-8674(93)90260-W|author=Carr C. M., Kim P. S. |year=2003|month=April|title=A spring-loaded mechanism for the conformational change of influenza hemagglutinin|journal=Cell|volume=73|pages=823–32|pmid=8500173}}</ref>

 

[[Berkas:Phenylalanine hydroxylase brighter.jpg|thumb|200px|[[Fenilalanina hidroksilase]]. Sumber: [http://www.rcsb.org/pdb/explore.do?structureId=1KW0 PDB 1KW0] ]]

Oleh karena kontrol aktivitas enzim yang ketat diperlukan untuk menjaga [[homeostasis]], malafungsi (mutasi, kelebihan produksi, kekurangan produksi ataupun delesi) enzim tunggal yang penting dapat menyebabkan [[penyakit genetik]]. Pentingnya enzim ditunjukkan oleh fakta bahwa penyakit-penyakit mematikan dapat disebabkan oleh hanya mala fungsi satu enzim dari ribuan enzim yang ada dalam tubuh kita.