Biologi Kelas 12 | Konsep Enzim dan Metabolisme

Konten [Tampil]

Enzim berasal dari bahasa Yunani, yaitu en = dalam dan zyme = ragi, yaitu senyawa protein yang diproduksi oleh sel-sel makhluk hidup dan berfungsi sebagai biokatalisator. Biokatalisator adalah katalisis yang mempercepat segala reaksi yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup. Peranan enzim sangat dibutuhkan dalam proses metabolisme. 

Metabolisme adalah reaksi-reaksi kimiawi untuk mengubah zat-zat yang menghasilkan energi ataupun memerlukan energi yang terjadi di dalam sel-sel tubuh. Metabolisme terdiri dari proses menyusun dan menguraikan, sehingga metabolisme dapat dibedakan menjadi:

• Katabolisme adalah reaksi menguraikan senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana, dalam prosesnya menghasilkan energi ( reaksi eksergonik). Contoh peristiwa katabolisme yaitu respirasi aerob dan anaerob

Grafik Reaksi Eksergonik [sumber: Campbell, et al. 2017]

• Anabolisme adalah reaksi menyusun senyawa kompleks dari senyawa sederhana sehingga membutuhkan energi (reaksi endergonik). Contoh peristiwa anabolisme yaitu fotosintesis dan kemosintesis.

Grafik Reaksi Endergonik [sumber: Campbell, et al. 2017]

Klasifikasi Enzim

Enzim dapat diklasifikasikan berdasarkan tempat terjadinya, tipe reaksi yang dikatalisis dan juga komponen penyusunnya. berdasarkan tempat terjadinya, enzim dapat dikelompokkan menjadi enzim intraseluler dan enzim ekstraseluler.

• Enzim intraseluler adalah enzim yang bekerja di dalam sel, misalnya enzim katalase yang menguraikan senyawa hidrogen peroksida (racun bagi tubuh) menjadi di air dan oksigen yang terjadi di dalam organ hati.
• Enzim ekstraseluler adalah enzim yang bekerja di luar sel, misalnya enzim-enzim pencernaan yang disekresikan oleh organ pencernaan seperti pepsin, renin atau lipase oleh lambung).

Klasifikasi enzim berdasarkan tipe reaksinya dalam Poedjiadi (2009) kelompokkan menjadi 6 golongan besar, yaitu:

• Oksidoreduktase adalah enzim yang mengkatalisis reaksi oksidasi dan reduksi.
• Transferase adalah enzim yang mengkatalisis pemindahan gugus seperti glikosil, metil atau fosforil.
• Hidrolase adalah enzim yang mengkatalisis pemutusan hidrolitik C-C, C-O, C-N atau ikatan lainnya.
• Liase adalah enzim yang mengkatalisis pemutusan C-C, C-O, C-N atau ikatan lainnya dengan eliminasi atom yang menghasilkan ikatan rangkap.
• Isomerase adalah enzim yang mengkatalisis perubahan geometrik atau struktural dalam satu molekul.
• Ligase adalah enzim yang mengkatalisis penyatuan dua molekul yang dikaitkan dengan hidrolisis ATP.

Klasifikasi enzim berdasarkan komponen penyusunnya dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu:

• Enzim sederhana adalah enzim yang terdiri atas komponen protein saja.
• Enzim kompleks adalah enzim yang terdiri dari komponen protein dan non-protein.

Komponen Penyusun Enzim

Komponen penyusun enzim secara umum terdiri atas komponen protein dan komponen non-protein. Enzim yang hanya terdiri dari komponen protein saja disebut apoenzim sedangkan yang terdiri atas komponen protein dan non-protein disebut holoenzim.

• Apoenzim adalah enzim yang terdiri dari komponen protein saja.
• Holoenzim adalah enzim yang terdiri atas komponen protein (apoenzim) dan komponen non-protein (gugus prostetik). Gugus prostetik terdiri atas ion anorganik dan juga senyawa organik kompleks. Gugus prostetik yang tersusun atas ion organik disebut kofaktor sedangkan gugus prostetik yang tersusun atas senyawa organik kompleks disebut koenzim.
1. Kofaktor misalnya kalsium (Ca), klor (Cl), natrium (Na), dan Kalium.
2. Koenzim misalnya vitamin B1, B2, B3, B5 dan B6, Koenzim A (Co-A), FMN, NAD+ dan FAD+.

Karakteristik Enzim

Adapun enzim sebagai biokatalisator pada makhluk hidup memiliki karakteristik, yaitu:

1. Enzim memiliki sifat seperti protein, yaitu mudah menggumpal jika dipanaskan. Struktur dan bentuk  sisi aktif enzim akan rusak apabila di atas suhu 50°C dan bersifat tidak aktif dibawah suhu 0°C. Peristiwa rusaknya enzim akibat panas disebut denaturasi.
2. Enzim bekerja secara spesifik dengan sistem satu enzim untuk satu substrat.
3. Enzim berfungsi sebagai katalis dengan mempercepat laju reaksi serta menurunkan energi aktivasi.
4. Enzim dapat digunakan berulang kali karena tidak ikut bereaksi serta hanya dibutuhkan dalam jumlah yang sedikit. Namun, apabila enzim rusak maka harus diganti.
5. Enzim bekerja secara bolak-balik, dimana Enzim dapat menyusun ataupun menguraikan suatu senyawa.
6. Enzim merupakan koloid.

Enzim Bekerja Secara Bolak-Balik [sumber: Sembiring & Sudjino, 2009]

Cara Kerja Enzim

Enzim memiliki sisi aktif yang berfungsi sebagai katalisis, tetapi proses ini akan terjadi apabila terjadinya penggabungan antara sisi aktif enzim dan substrat. Enzim mempercepat suatu reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi (Ea). Energi aktivasi adalah energi minimum yang dibutuhkan agar suatu reaksi dapat berlangsung. Terdapat 2 teori yang dikenal secara umum dapat menjelaskan mengenai cara kerja enzim dengan substrat sehingga membentuk komplek enzim-substrat, yaitu teori kunci dan gembok (lock and key theory) dan teori kecocokan induksi (induced fit theory).

Grafik Reaksi Diperantarai  Enzim (Merah) dan Tidak Diperantarai Enzim (Hitam)  [sumber: Campbell, et al. 2017]

• Teori Lock and Key 

Teori ini dikemukakan oleh Fischer (1898) yang mengumpamakan enzim sebagai gembok karena memiliki bagian kecil yang dapat berikatan dengan substrat (kunci). Cara kerja menurut teori ini adalah substrat enzim harus memiliki bentuk molekul yang sesuai dengan sisi aktif enzim. Hal ini dapat kita simpulkan bahwa untuk membentuk kompleks enzim-substrat, maka substrat harus memiliki bentuk yang sama dengan sisi aktif enzim.

Cara Kerja Teori Lock and Key [sumber: Sembiring & Sudjino, 2009]

• Teori Induced Fit

Teori ini dikemukakan oleh Daniel Kosgland. Cara kerja menurut teori ini adalah enzim dapat menyesuaikan dengan bentuk sisi aktif enzim karena sisi aktif enzim diyakini memiliki bagian yang fleksibel. Hal ini dapat kita simpulkan bahwa sisi aktif enzim memiliki kemampuan fleksibilitas sehingga mampu menyesuaikan bentuk substratnya.

Cara Kerja Teori Induced Fit [sumber: Sembiring & Sudjino, 2009]

Faktor yang Memengaruhi Kerja Enzim

Keefektifitasan dan efiesiensi enzim dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain suhu, derajat keasaman (pH), inhibitor (zat penghambat), aktivator, konsentrasi enzim, konsentrasi substrat dan zat hasil (produk).

• Suhu

Enzim memiliki suhu optimumnya masing-masing, dikarenakan enzim memiliki komponen senyawa protein maka ia akan mengalami denaturasi apabila suhu u diatas 50°C dan tidak aktif di bawah 0°C. umumnya enzim pada manusia memiliki suhu optimal antara 35-40°C. Enzim pada bakteri yang hidup di air panas memiliki suhu optimum 70°C atau lebih.

Grafik Hubungan Suhu dan Enzim [sumber: Sembiring & Sudjino, 2009]

• Derajat Keasaman (pH)

Sebagian besar enzim memiliki pH optimal sekitar 6-8. Namun, pepsin atau enzim pencernaan dalam lambung bekerja paling baik pada lingkungan asam yaitu pH 2 sedangkan dalam usus bekerja dalam lingkungan basa dengan pH optimal 8. Enzim yang terdapat di mulut manusia bekerja dalam pH normal. Jadi enzim memiliki pH-nya masing-masing untuk dapat bekerja secara maksimal. Enzim amilase akan bekerja secara optimal di dalam mulut manusia, tetapi enzim ini tidak akan bekerja secara maksimal ataupun rusak apabila telah memasuki lambung karena pH-nya yang asam.

Grafik Hubungan Enzim dan pH [sumber: Sembiring & Sudjino, 2009]

• Inhibitor (Zat Penghambat)

Inhibitor adalah senyawa kimia tertentu secara selektif dapat menghambat kerja enzim spesifik. Inhibitor antara lain seperti DDT, dieldrin, endrin, karbamat dan parathion dapat membunuh hama, hewan bahkan manusia dengan menghambat kerja enzim asetilkolinesterase (enzim sistem saraf). selain itu ada lagi seperti aspirin yang digunakan sebagai obat berfungsi menghambat enzim COX-1 dan COX-2 yang memproduksi si pembawa pesan peradangan prostaglandin sehingga dapat menekan peradangan dan rasa sakit.

• Aktivator

Aktivator adalah molekul yang mempermudah ikatan antara enzim dengan substrat. Biasanya zat ini bergabung dengan enzim pada tempat yang disebut sisi alosterik sehingga disebut efektor losterik. Penggabungan antara efektor dengan enzim menyebabkan perubahan pada bentuk molekul enzim sehingga sisi aktif enzim cocok dengan substrat dan kerja enzim menjadi lebih efektif. Contoh aktivator antara lain garam-garam dari logam alkali dalam kondisi encer (2-5%) dan ion logam seperti Ca, Mg, Ni, Mn dan Cl. Pada saat mengunyah nasi, ion klorida (Cl) akan mengaktifkan amilase dalam saliva (air ludah).

• Konsentrasi Enzim

Proses penambahan konsentrasi enzim akan meningkat proses terjadinya reaksi. Hal ini dikarenakan penambahan konsentrasi enzim berbanding lurus dengan peningkatan laju reaksi.

Grafik Hubungan Enzim dengan Konsentrasi Enzim [sumber: Sembiring & Sudjino, 2009]

• Konsentrasi Substrat

Apabila sisi aktif enzim belum bekerja secara maksimal, penambahan konsentrasi substrat akan mempercepat kerja enzim. Namun, proses penambahan ini akan tidak berarti apabila sudah mencapai titik jenuh sehingga tidak akan mempercepat reaksi.

• Zat Hasil (Produk)

Dalam kondisi normal, reaksi awal akan berlangsung secara cepat. Namun, jika sudah terbentuk penimbunan produk, laju reaksi akan melemah. Jika penimbunan produk disingkirkan, reaksi akan kembali cepat.

Latihan Mandiri

Referensi:

1. Poedjiadi, A. & F. M. T. Supriyanti (2009). Dasar-Dasar Biokimia. Edisi Revisi. Jakarta: Penerbit Universitas Indonesia.
2. Kimball, J. W. (2017). Biologi Jilid 1. Edisi Kelima. Jakarta: Erlangga.
3. Irnaningtyas (2015). Biologi untuk SMA/MA Kelas XII. Jakarta: Erlangga.
4. Sembiring, L. & Sudjino (2009). Biologi Kelas XII untuk SMA dan MA. Jakarta: Depdiknas RI.

Dewanto, S.Pd. Pembelajar dan Pengajar MIPA

Share :