Bab 09 Enzim

9 Enzim Setelah satu tahun Enzim adalah protein yang berfungsi sebagai katalisator, senyawa yang mening- tanpa adanya enzim katkan kecepatan reaksi kimia (Gbr. 9.1). Enzim katalisator berikatan dengan reaktan, yang disebut substrat, mengubah reaktan menjadi produk, lalu melepas- kan produk. Walaupun enzim dapat mengalami modifikasi selama urutan ini, pada akhir reaksi enzim kembali ke bentuk asalnya. Selain meningkatkan kecepatan reaksi, enzim mengadakan cara untuk mengatur kecepatan reaksi dalam jalur me- tabolik tubuh. Bab ini dibagi menjadi dua bagian: bagian pertama menjelaskan sifat enzim sebagai katalisator, dan bagian kedua membahas mekanisme peng- aturan enzim. Setelah satu detik dengan Enzim sebagai katalisator. Suatu enzim berikatan dengan substrat reaksi dan satu molekul enzim mengubah substrat menjadi produk. Substrat berikatan dengan tempat pengikatan substrat spesifik yang terdapat di enzim melalui interaksi dengan residu asam amino enzim. Geometri ruang yang diperlukan untuk semua interaksi antara substrat dan enzim menyebabkan setiap enzim selektif bagi substratnya, dan me- mastikan bahwa yang dihasilkan hanyalah produk spesifik. Tempat pengikatan substrat bertumpang-tindih dengan tempat katalitik enzim, daerah pada enzim di mana reaksi berlangsung. Dalam tempat aktif, gugus fung- sional residu asam amino enzim, senyawa yang disebut koenzim, dan logam yang melekat erat berpartisipasi dalam reaksi. Gugus fungsional di tempat aktif enzim mengaktifkan substrat dan menurunkan energi yang dibutuhkan untuk membentuk stadium antara reaksi yang berenergi tinggi (stadium transisi). Sebagian strategi katalitik yang digunakan enzim, misalnya katalisis asam-basa umum, pembentukan zat antara kovalen, dan stabilisasi stadium transisi, digambarkan oleh kimotripsin. Efektivitas berbagai obat dan toksin bergantung pada kemampuannya menghambat suatu enzim. Inhibitor paling kuat membentuk ikatan kovalen dengan gugus reaktif di tempat aktif enzim, atau merupakan analog dari stadium antara reaksi, misalnya stadium transisi.Gbr. 9.1. D a y a k a t a h t i k e n z i m . B a n y a k e n z i m Pengaturan enzim. Kecepatan suatu enzim dapat dipengaruhi oleh konsentrasimeningkatkan kecepatan reaksi kimia dengan substrat, produk, aktivator, dan inhibitor. Bagi banyak enzim, hubungan antarafaktor l O \" atau lebih. Untuk memahami pe- kecepatan reaksi dan konsentrasi substrat dijelaskan oleh persamaan Michaelis-ningkatan kecepatan reaksi sebesar itu, perha- Menten, Produk dan inhibitor fisiologis reversibel lainnya dapat berkompetisitikan kotak bola-bola golf seukuran kamar dengan substrat untuk berikatan pada tempat aktif sehingga reaksi menjadi lebihyang ''bereaksi\" dengan melepaskan energi lambat.dan berubah menjadi warna hitam. Kotak ber-ukuran 12 kaki x 12 kaki x 8 k a k i mengandung Pengaturan fisiologis jalur metabolik bergantung pada kemampuan mengubah380.000 bola golf Apabila kecepatan reaksi fluks melalui suatu jalur dengan mengaktifkan enzim yang mengkatalisis langkahtanpa enzim adalah 100 bola golf per tahun, paling lambat dalam jalur tersebut. Enzim ini sering memiliki inhibitor atau aktiva-dengan adanya 1 molekul enzim maka seluruh tor alosterik, senyawa yang berikatan dengan tempat di luar tempat katalitik aktifbola golf dalam kotak akan berubah menjadi dan mengatur enzim melalui perubahan konformasi enzim.warna hitam dalam waktu hanya 1 detik. , Aktivitas enzim juga dapat diatur oleh fosforilasi atau oleh protein modulator. Sebagian enzim disintesis sebagai suatu prekursor yang tidak aktif, yang disebut zimogen. Zimogen ini diaktifkan oleh penguraian proteolitik (misal, protein pem- bekuan darah). Enzim yang memiliki urutan asam amino yang berbeda tetapi mengkatalisis reaksi yang sama disebut sebagai isoenzim. Isoenzim spesifik-jaringan sering memiliki sifat yang konsisten dengan peran yang berbeda di jaringan yang berbeda (misal, glukokinase dan heksokinase).96

BAB 9 / ENZIM 97 Sloe Klotter, b a y i l a k i - l a k i b e r u s i a 6 b u l a n , d i b a w a k e d o k t e r a n a k d e n g a n keluhan massa yang semakin besar d a nnyeri d ipaha kanan atas yang di- ^ ketahui m u n c u l beberapa jam setelah ia jatuh setinggi tiga anak tangga yangtidak dilapisi karpet d ir u m a h n y a . B a y i tersebut tampak m e n g a l a m i stres berat. Pada pemeriksaan dengan sinar-X tidak tampak adanya fraktur, tetapi terlihatpembengkakan jaringan lunak, yang konsisten dengan hematoma (perdarahan k e da-lam jaringan). Ibu Sloe mengatakan bahwa segera setelah belajar merangkak, lututbayinya kadang membengkak dan tampaknya nyeri. Dokter anak menduga adanya gangguan pembekuan darah. Pemeriksaan penapis-an profil koagulasi mengisyaratkan kemungkinan defisiensi Faktor VIII, suatu proteinyang terlibat dalam pembentukan bekuan darah. Kadar Faktor V I I I plasma Sloe dite-m u k a n hanya 6 %dari kadar rata-rata yang terdapat pada orang normal. Ditegakkandiagnosis h e m o f i l i a A. Al Martini, s e o r a n g p r i a b e r u s i a 4 4 t a h u n y a n g t e l a h m e n j a d i p e c a n d u alkohol sejak 5 tahun terakhir, mengeluh kehilangan nafsu makan yang mencolok. Pada suatu akhir minggu iamenjadi gelisah berlebihan danmengalami kekacauan mental setela^ m i n u m dua perlima wiski Skotch d a n makansangat sedikit. Induk semangnya menyuruhnya agar segera berobat. Pemeriksaanfisik memperlihatkan kecepatan denyut jantung 104 kali per menit. Tekanan darah se-dikit rendah, dan iamenderita gagal jantung kongestif tahap dini. Orientasi yang bu-ruk terhadap waktu, tempat, d a n orang.• B e b e r a p a m i n g g u setelah serangan g o u t ( p i r a i ) a k u t m e r e d a , Yves To- paigne m u l a i d i b e r i a l o p u r i n o l o r a l d e n g a n d o s i s 1 5 0 m g d u a k a l i s e h a r i . S e w a k t u b e r m a i n d i r u a n g b a w a h t a n a h r u m a h n e n e k n y a , Dennis Liver- C H 3 O : II more m e m i n u m i n s e k t i s i d a m a l a t i o n ( y a n g k a d a n g - k a d a n g d i g u n a k a n u n - tuk m e m b u n u h lalat buah) dalam j u m l a h yang tidak diketahui. Struktur ^PySCHCOOCoHcmalation serupa dengan insektisida paration, tetapi kurang toksik. Dilaporkan pernahterjadi mual, koma, kejang, gagal pemapasan, dankematian pada para petani yang CH2COOC2H5menggunakan paration karena insektisida ini menempel k ekulitnya. Senyawa ini, Malationseperti gassaraf sarin, adalah senyawa organofosfor (Gbr. 9.2). Untimgnya, Dennismelaporkan apa yang i alakukan kepada neneknya. Neneknya mengambil botol terse-but dan melarikan Dennis k eunit gawat darurat rumah sakit setempat. D i tengah per-jalanan, Dennis m u n t a h berulang-ulang d a nmengeluh kejang perut. Sewaktu tiba d irumah sakit, Dennis mulai mengeluarkan air liur, berkeringat banyak, dan mengeluar-kan air mata. I abuang air besar (defekasi) tanpa terkontrol. Di unit gawat darurat, dokter memasang selang nasogastrik untuk pembilasanlambung, memasang infus intravena untuk pemberian cairan, dan memantau tanda vi-tal. Kecepatan denyut nadi D e n n i s adalah 4 8 kali p e rm e n i t (lambat) dan tekanan da-rah 78/48 m m H g (rendah). D o k t e r melihat adanya kejang involunter pada ototekstremitas. Status k a r d i o v a s k u l a r William Hartman m e n j a d i stabil setelah 3 5 j a m i a dirawat d iunit perawatan jantung rumah sakit dengan nyeri dada yang he- bat, d a nkelainan elektrokardiografik sebelumnya telah membaik. I a tetaptinggal dirumah sakit selama beberapa hari untuk pengawasan dan pemeriksaan. ENZIM SEBAGAI KATALISATOR CHafPfO-C-H «t-Enzim, secara u m u m , menghasilkan kecepatan, spesifisitas, d a nkendali pengaturan Fterhadap reaksi yang berlangsung dalam tubuh. E n z i m adalah protein yang berfungsi Sarinsebagai katalisator, senyawa yang meningkatkan kecepatan reaksi kimia. E n z i m ber-ikatan dengan substrat dan mengarahkannya dengan tepat untuk bereaksi. E n z i m ke- Gbr. 9.2. Senyawa organofosfor.

98 BAGIAN II / DASAR-DASAR KIMIAWI DAN BIOLOGIS BIOKIMIA• Enzim tidak menciptakan reaksi mudian berpartisipasi dalam membentuk dan menguraikan ikatan yang diperlukan baru. Enzim hanya menyebab- untuk membuat produk, membebaskan produk, dan mengembalikan produk k e ke- kan suatu reaksi berlangsung le- adaan semula setelah reaksi selesai. D a y a katalitik enzim, kecepatan reaksi yang dika-bih cepat. Tanpa daya katalitik enzim, talisis dibagi dengan kecepatan reaksi tanpa mengalami katalisis, biasanya terletakreaksi seperti yang berlangsung pada han- d a l a m r e n t a n g 10^ s a m p a i 10^\"^. M a s i n g - m a s i n g e n z i m b i a s a n y a m e n g k a t a l i s i s s u a t utaran saraf, kontraksi jantung, dan pencer- reaksi b i o k i m i a spesifik. E n z i m hanya bereaksi dengan satu set substrat, dan m e n g u -naan makanan akan berlangsung sangat bah substrat tersebut menjadi satu set produk. Keberadaan e n z i m j u g a m e m u n g k i n k a nlambat sehingga kehidupan tidak dapat tubuh mengontrol kecepatan reaksi. H o r m o n dan faktor pengatur lainnya mengubahberlangsung kecepatan langkah reaksi kunci pada jalur metabolik dengan mempengaruhi aktivitas enzim. Kecepatan, spesifisitas, dan kendali pengaturan terhadap reaksi enzim adalah akibat dari urutan asam amino spesifik yang u n i k yang m e m b e n t u k enzim serta mengikat dan mengaktifkan m o l e k u l substrat. CH2OH SIFAT UMUM ENZIM glukokinase ADP KLASIFIKASI DAN TATA NAMA ENZIM atau O l e h International Commission on Enzymes, e n z i m s e c a r a s i s t e m a t i s d i k l a s i f i k a s i k a n ATP: D-glukosa- menjadi enam kelompok besar, menurut jenis reaksi yang dikatalisis (Tabel 9.1).6-fosfotransferase K e l o m p o k besar inikemudian dibagi-bagi lagi sehingga setiap enzim memiliki n o m o r Enzyme Commission t e r s e n d i r i d a n n a m a f o r m a l y a n g b e r a k h i r d e n g a n \" a s e . \" S e l a i n CHgO® itu, sebagian besar enzim memiliki nama u m u m atau sederhana (dengan suatu cara yang relatif kurang terstandarisasi), yang lebih singkat dan biasanya mencerminkan HO\OH H/OH aktivitas enzim. Misalnya, pada nama u m u m \"glukokinase,\" \"kinase\" mengacu ke- pada pemindahan sebuah fosfat dari A T P k eglukosa, senyawa yang menjadi kata H OH a w a l d a l a m n a m a i t u ( G b r . 9 . 3 ) . N a m a f o r m a l m e n u r u t Enzyme Commission u n t u k e n - z i m ini adalah A T P : D - g l u k o s a6-fosfotransferase, dan n o m o r komisi enzimnya ada-Gbr. 9.3. Reaksi glukokinase. lah E C 2.7.1.2. Walaupun nama yang berakhiran \"ase\" selalu menandakan suatu enzim, tidak semua nama u m u m enzim berakhir dengan \"ase.\" Kimotripsin adalahPoli- nama u m u m untuk peptidil hidrolase, atau protease (Gbr. 9.4).peptida TEMPAT AKTIF ENZIMw C - C H - C 7 NH-'CH- Untuk mengkatalisis suatu reaksi kimia, enzim berikatan dengan substrat dan m e m - bentuk kompleks enzim-substrat (Gbr. 9.5). Reaksi berlangsung di suatu daerah di- II I namik pada enzim yang berukuran relatif kecil, yaitu tempat aktif atau tempat katalitik. Kedekatan dan orientasi m o l e k u l substrat dalam tempat aktif ikut berperan menentukan daya katalitik enzim. Tempat aktif juga dapat mengandung kofaktor, yang merupakan senyawa organik nonprotein atau logam yang ikut serta dalam reaksi. Interaksi antara substrat dan gugus fungsional reaktif pada residu asam amino atau kofaktor enzim akan mendorong penyusunan kembali elektronik yang penting untuk reaksi. Misalnya, suatu rantai sisi asam amino m u n g k i n memisahkan sebuah kimotripsin Tabel 9 . 1 . Klasifikasi Enzim Berdasarkan Jenis Reaksi yang Dikatalisis •w\/-CH-C-OH + HoN-CH-v/w Kelompok Enzim Jenis Reaksi Ii Oksidoreduktase Pemindahan elektron (sebagal e, atom hidrogen, atau ion hidrida) dari satu senyawa ke suatu Ri R2 Transferase akseptor Hidrolase Pemindahan sebuah gugus fungsional, misalnyaGbr. 9.4. Kimotripsin menghidrolisis ikatan Liaee gugus asil, amino, metil, atau fosfatpeptida tertentu dalam protein. Kimotripsin Isomerase Pemisahan ikatan C - 0 , C-N, atau C - S dengandisintesis oleh pankreas dan disekresikan k e Ligase penambahan H^O pada ikatandalam saluran cema, tempat enzim ini bereaksi Penambahan gugus ke ikatan rangkap atau pem-dengan hidrolase lain untuk menguraikan pro- bentukan ikatan rangkaptein makanan menjadi asam amino individual. Pemindahan gugus di dalam molekul untukAwalan \"kimus\" mengacu kepada getah pen- menghasilkan bentuk isomerikcernaan yang berpindah dari lambung ke dalam Pembentukan ikatan C-C, C - S , C - 0 , dan C-N di-usus. sertai penguraian ikatan berenergi tinggi, mi- salnya ATP •Nomor E n z y m e C o m m i s s i o n untuk kelompok umum dahulu, kemudian diikuti oleh titik dan nomor subkelompok.

BAB 9 / ENZIM 99proton dari substrat, atau m e m b e n t u k zat antara kovalen dengan substrat. Tempat ak- Substrattif terletak d ipecahan, celah, atau rongga pada enzim. Susunan ruang semacam inimenyebabkan air dapat dikeluarkan dan memungkinkan gugus fungsional mendekati Enzimsubstrat yang bereaksi dari tiga-dimensi. Tempat aktif E n z i m dan substrat yang telah diaktifkan membentuk kompleks stadium transisi, Kofaktorsuatu kompleks berenergi tinggi yang tidak stabil dengan konfigurasi elektronik yangtegang antara substrat dan produk (lihat Gbr. 9.5C). Gugus fungsional di dalam tem- Enzim bebaspat aktif menstabilkan kompleks stadium transisi tersebut dan menurunkan energiyang diperlukan untuk pembentukannya. Kompleks stadium transisi terurai menjadi Tempat peng-produk, yang melepaskan diri dari enzim. E n z i m bebas k e m u d i a n mengikat set sub- ikatan substratstrat lain dan mengulang proses tersebut.SPESIFISITAS ENZIMSpesifisitas suatu reaksi enzimatik timbul akibat susunan tiga-dimensi residu asamamino pada enzim yang membentuk tempat pengikatan untuk substrat dan mengak-t i f k a n s u b s t r a t s e l a m a r e a k s i b e r l a n g s u n g . M o d e l \" k u n c i - a n a k k u n c i d a n 'Hnduced-fituntuk pengikatan substrat menjelaskan aspek yang berlainan dari interaksi pengikatanantara enzim dan substrat.Model Kunci dan Anak Kunci pada Pengikatan Substrat Kompleks enzim-substratTempat pengikatan substrat mengandung residu asam amino yang tersusun memben- Ikatantuk permukaan tiga-dimensi komplementer yang mengikat substrat melalui interaksi tambahanhidrofobik multipel, interaksi elektrostatik, dan ikatan hidrogen (Gbr. 9.6 dan 9.7).Residu asam amino ini dapat berasal dari bagian yang sangat berlainan pada urutan Kompleks stadium transisiasam amino linear dari enzim, seperti yang tampak pada glukokinase (lihat Gbr. 9.7).Rintangan sterik dan penolakan muatan d itempat pengikatan substrat bahkan dapatmencegah pengikatan senyawa yang berhubungan erat. Pada m o d e l kunci-dan-anakkunci, komplementeritas (saling mengisi) antara substrat dan tempat pengikatannyadibayangkan seperti anak kunci yang masuk k edalam kunci yang kaku.M o d e l \"Induced Fit\" p a d a P e n g i k a t a n S u b s t r a t ProdukSewaktu substrat terikat, hampir semua enzim mengalami perubahan konformasi, Enzim asli\"\"inducedfif\ y a n g m e n y e b a b k a n r e p o s i s i r a n t a i s i s i a s a m a m i n o d i t e m p a t a k t i f d a nm e n i n g k a t k a n j u m l a h i n t e r a k s i p e n g i k a t ( l i h a t G b r . 9 . 5 ) . M o d e l induced fit u n t u k G b r . 9.5. R e a k s i d i t e m p a t a k t i f e n z i m . A . E n -pengikatan substrat mengakui bahwa tempat pengikatan substrat bukanlah \"kunci\" zim mengandung sebuah tempat aktif, yangyang kaku, tetapi suatu permukaan dinamik yang terbentuk oleh struktur tiga-dimensi diperlihatkan dalam warna abu-abu tua,enzim keseluruhan yang fleksibel. dengan regio atau ranah (domain) tempat substrat terikat. Tempat aktif juga dapat me- Fungsi perubahan konformasi yang diinduksi oleh pengikatan substrat biasanya ngandung kofaktor, komponen nonproteinadalah untuk menyusun ulang residu asam amino d itempat aktif melalui cara-cara yang membantu proses katalisis. B . Substraty a n g m e n d o r o n g b e r l a n g s u n g n y a r e a k s i . M i s a l n y a , induced fit y a n g t e r j a d i s e t e l a h membentuk ikatan dengan residu asam aminoglukosa terikat ke glukokinase atau heksokinase menyebabkan perubahan konformasi di tempat pengikatan substrat, yang diperlihat-enzim keseluruhan yang mengakibatkan air keluar dari tempat aktif (lihat Gbr. 8.34). kan dengan warna abu-abu muda. PengikatanInduced fit y a n g t e r j a d i s e t e l a h p e n g i k a t a n s u b s t r a t k e k i m o t r i p s i n m e n y e b a b k a n substrat ini mencetuskan perubahan konfor-pemindahan serin di tempat aktif ke posisi di mana serin dapat diaktifkan dan berpar- masi tempat aktif C . Gugus fungsional padat i s i p a s i d a l a m r e a k s i ( l i h a t G b r . 9 . 7 ) . Induced fit d a p a t m e n y e b a b k a n p e r u b a h a n k o n - residu asam amino dan kofaktor di tempat aktifformasi yang menyempurnakan tempat pengikatan suatu kosubstrat, atau menye- berpartisipasi dalam reaksi. Selama reaksi, en-babkan perubahan konformasi di subunit enzim di dekatnya (misal, hemoglobin, lihat zim membentuk suatu kompleks stadium tran-Bab 8). Oleh karena itu, interaksi multipel antara substrat dan enzim di tempat peng- sisi tegang yang distabilkan oleh ikatanikatan enzim, berfungsi untuk pengenalan substrat dan untuk menyusun kembali tem- tambahan dengan enzim, yang digambarkanpat aktif bagi tahap reaksi selanjutnya. dengan warna abu-abu. D . Setelah produk reaksi dibebaskan, enzim kembali k e konfor-Daya Katalitik masi asalnya.Berbagai enzim mencapai daya katalitiknya dengan menggunakan jenis strategi ka-talitik yang sama, atau mekanisme u m u m , untuk meningkatkan kecepatan reaksi (Ta-

1 00 BAGIAN II / DASAR-DASAR KIMIAWI DAN BIOLOGIS BIOKIMIA A. Pada kimotripsin Penguraian di l' i k a t a n scissile ii o II H o O OH, II H Trp C I Gly 9 Ser Ser--195 ' kimotripsin Ikatan hidrogen Kantung peng- antara rangka ikatan hidrofobik peptida Kantung pengikatanG b r . 9 . 6 . Tempat pengikatan kimotripsin dan tripsin. Protein substrat secara erat oleh ikatan hidrogen dengan rangka peptida kimotripsin.digambarkan berwama abu-abu dan nama residu asam amino enzim Pengikatan substrat mencetuskan perubahan konformasi kimotripsinterletak di daerah yang diarsir. A . Kimotripsin menghidrolisis ikatan yang memindahkan serin-195 ke posisi di mana serin-195 dapat diak-peptida pada sisi karbonil fenilalanin,. tirosin, atau triptofan pada pro- tifkan untuk membentuk zat antara kovalen. B . Pada tripsin, kantongtein yang telah mengalami denaturasi. Ikatan yang diputuskan disebut pengikatan pada tempat pengenalan substrat mengandung sebuah as-ikatan scissile. Residu asam amino hidrofobik masuk pas ke dalam kan- partat, yang mengikat arginin atau lisin pada protein substrat. Bagiantong pengikatan di tempat aktif yang disebut sebagai tempat pengenal- lain dari tempat aktif ini sama dengan yang terdapat pada kimotripsin.an substrat. Protein substrat yang telah mengalami denaturasi dipegang Asp-205 •^^\"^V Gly-229 \ B Asn-204 HO OH^^alaktosa\ HO Asn-231 Glu- 290 Glu-256 pada konformasi enzim. B . Spesifisitas enzim dilukiskan dengan membandingkan galaktosa dan glukosa. Galaktosa berbeda dari glu-G b r . 9.7. Tempat pengikatan glukosa pada glukokinase. A . Glukosa, kosa hanya pada posisi gugus -OH yang digambarkan berwarna abu-yang diberi warna abu-abu, dipegang di tempat pengikatannya oleh abu. Namun, galaktosa tidak mengalami fosforilasi oleh enzim. Olehikatan hidrogen antara masing-masing gugus hidroksil dan asam amino karena itu, sel memerlukan galaktokinase untuk metabolisme galak-polar dari regio yang berbeda pada urutan asam amino enzim. (Posisi tosa. Dimodifikasi dari Pilkis SJ, dkk. J Biol Chem 1994;269:21927.residu asam amino di urutan linear diberi tanda angka). Interaksi multi-pel tersebut memungkinkan glukosa mencetuskan perubahan besar

BAB 9 / ENZIM 101bel 9.2). Salah satu strategi katalitikini, kedekatan dan orientasi, adalah sifat intrinsik 9.1: Katalisis asam-basa u m u mdari pengikatan substrat dan bagian dari mekanisme katalitik semua enzim. Semua biasanya melibatkan beberapaenzim juga menstabilkan stadium transisi melalui interaksi elektrostatik. Mekanisme asam amino yang bekerja samakatalitik kimotripsindapat memberikan penjelasan mengenai berbagai strategi katali- di tempat aktif untuk m e m i s a h k a n protontik tersebut. K i m o t r i p s i nmenggunakan kedekatan dan orientasi, stabilisasi stadium dari substrat pada tahap pertama reaksitransisi, katalisis asam-basa, katalisis kovalen, dan katalisis nukleofilik untuk me- (katalisis basa), d a n memberikan protonningkatkan kecepatan reaksi. tersebut pada tahap reaksi selanjutnya (katalisis asam). Mengapa histidin adalah asam amino yang paling sering terlibat?MEKANISME KATALITIK KIMOTRIPSINKimotripsin menghidrolisis ikatan peptida spesifik pada protein yang telah meng- o Enzim pencernaan pankreasalami denaturasi (lihat Gbr. 9.4 dan 9.6). Tanpa enzim ini,gugus hidroksil air yang tripsin d a n kimotripsin adalahbermuatan negatif menyerang karbon karbonil yang bermuatan positif (Gbr. 9.8). bagian dari segolongan enzimTerbentuk kompleks stadium transisi oksianion tetrahedral yang tidak stabil di manaatom oksigen m e m b a w a muatan negatif penuh. Menurut teori stadium transisi, kece- yang menggunakan serin untuk menghi-patan reaksi keseluruhan ditentukan oleh jumlah molekul yang dapat memperoleh en-ergi aktivasi yang penting untuk membentuk kompleks stadium transisi (Gbr. 9.9). drolisis ikatan peptida; enzim ini disebutReaksi k i m i a tanpa adanya k i m o t r i p s i nberlangsung lambat karena hanya terdapat se-dikit molekul O H \" dalam H2O pada p H netral, dan lebih sedikit lagi yang memiliki cu- protease serin. Kimotripsindan tripsin me-kup energi sewaktu molekul-molekul tersebut bertumbukan untuk membentukkompleks stadium transisi. miliki urutan asam amino dan struktur tiga-Gugus Fungsional diTempat Aktif Kimotripsin dimensi serupa, tempat aktif yang hampirReaksi dengan adanya kimotripsinberlangsung lebih cepat karena gugus fungsional identik, d a ndiperkirakan berasal dari ne-di tempat aktif e n z i m m e n g a k t i f k a n gugus hidroksil dan menstabilkan k o m p l e k s sta-d i u m t r a n s i s i o k s i a n i o n . R e a k s i b e r l a n g s u n g d a l a m d u a t a h a p : (a) p e m u t u s a n i k a t a n nek moyang protease serin yang samapeptida pada protein substrat yang telah mengalami denaturasi dan pembentukan zata n t a r a a s i l - e n z i m k o v a l e n ( G b r . 9 . 1 0 , l a n g k a h 1 - 5 ) , d a n (b) h i d r o l i s i s z a t a n t a r a a s i l - melalui evolusi yang divergen. Namun,enzim untuk membebaskan sisa bagian protein substrat (Gbr. 9.10, langkah 6-9). adanya perbedaan pada residu asam Pada tahap pertama reaksi, ikatan peptida pada substrat protein yang telah menga-lami denaturasi diputuskan sewaktu serin di tempat aktif menyerang karbon karbonil amino yang membentuk kantong pengikat-i k a t a n scissile. - O H s e r i n b u k a n m e r u p a k a n g u g u s p e n y e r a n g n u k l e o f i l i k y a n g b a i ksekali. N a m u n , histidin di tempat aktif berfungsi sebagai katalisator basa u m u m dan an menyebabkan enzim ini memiliki spesi-memisahkan sebuah proton dari serin-OH; histidin diaktifkan oleh muatan negatifdari aspartat yang terletak di dekatnya. K o m b i n a s i aspartat-histidin-serin, yang dise- fisitas yang.berbeda (lihat Gbr. 9.6).but sebagai triad katalitik,adalah salah satu contoh interaksi kerja sama antara residuasam amino d itempat aktif Gugus penyerang nukleofilik yang kuat yang terbentuk • Nukleofil membawa muatan ne-m e l a l u i s i s t e m charge-relay i n i m e n i m b u l k a n e f e k u m u m y a n g s a m a p a d a k e c e p a t a n gatif parsial atau penuh ataureaksi bila terdapat peningkatan konsentrasi ion hidroksilyang tersedia untuk tubruk- memiliki gugus pendonor elek-an pada reaksi yang tidak dikatalisis. tron, m i s a l n y a d u a elektron b e b a s p a d a N. . Nukleofil dapat membentuk ikatan kovalen Pada dua saat yang berbeda dalam urutan reaksi, terbentuk suatu kompleks sta- dengan atom yang m e m b a w a muatan po-dium transisi tetrahedral oksianion yang distabilkan oleh ikatan hidrogen dengan gu- sitif p e n u h atau parsial, sehingga katalisisgus - N H d i rangka peptida. E n z i m dahulu dianggap menyebabkan distorsi nukleofilik adalah tipe katalisis kovalen(penyimpangan) ikatan atau sudut ikatan pada substrat yang bereaksi untuk memben- yang spesifik. Elektrofil m e m b a w a muatantuk kompleks stadium transisi. N a m u n , banyak kompleks stadium transisi, misalnya positif parsial atau penuh d a ntertarik k ekompleks tetrahedral oksianion, lebih baik diterangkan sewaktu memperlihatkan atom dengan muatan negatif parsial atau\" k e t e g a n g a n e l e k t r o n i k \" ( \" e l e c t r o n i c strain \" ) , s u a t u p e r m u k a a n e l e k t r o s t a t i k y a n g penuh. Katalisis elektrofilik mengacu k e -mustahil terbentuk apabila tidak distabilkan oleh ikatan dengan gugus fungsional pada stabilisasi muatan negatif pada suatu zat antara reaksi oleh suatu logam atauTabel 9.2. Beberapa Strategi Umum untuk Katalisis Enzim gugus bermuatan positif pada enzim. Sta- bilisasi m u a t a n positif yang sedang ter- Kedekatan dan orientasi bentuk pada substrat oleh nukleofil pada Stabilisasi stadium transisi enzim atau stabilisasi muatan negatif yang Katalisis asam-basa sedang terbentuk pada substrat oleh suatu Katalisis nukleofilik elektrofil pada enzim kadang-kadang dise- Katalisis elektrofilik but sebagai katalisis elektrostatik. Katalisis kovalen

1 02 BAGIAN II / DASAR-DASAR KIMIAWI DAN BIOLOGIS BIOKIMIA •WV/-R O H \H \" ioH\"\"; B • w v y R , ' ' r| ^ C-'Y '\"' '.NH- H\" \" H, .L : OH: r H 9.1: Nitrogen imidazol pada his- G b r . 9.8. Proteolisis tanpa adanya kimotripsin. Ikatan scissile diperlihatkan dalam warna abu- tidin memiliki pK^ sebesar 6,3, abu. A . Karbon karbonil, yang membawa muatan positif parsial, diserang oleh gugus hidroksil yang berarti bahwa nitrogen ter- dari air. B. Terbentuk zat antara oksianion tetrahedral yang tidak stabil, yang merupakan kom-sebut mengalami protonasi 5 0 % pada pH pleks stadium transisi. C . Sewaktu elektron kembali ke karbon karbonil, proton yang tersisaini. Residu aspartat p a d a e n z i m mening- dari air masuk ke gugus yang tertinggal untuk membentuk amin.k a t k a n n i l a i pK^ i n i , s e h i n g g a h i s t i d i n d a p a tmendonorkan dan menerima sebuah pro-ton selama tahap-tahap reaksi. stadium transisi O\" • v / v r v / - - C N —>yv>xr II OH H Perkembangan reaksiGbr. 9.9. Diagram energi yang memperlihatkan tingkat energi substrat pun selama reaksi terjadi pengeluaran energi, kecepatan reaksi melam-sewaktu berubah menjadi produk tanpa adanya enzim. Selama reaksi, bat oleh sawar energi untuk membentuk stadium transisi. Sawar energisubstrat harus melewati stadium transisi yang berenergi tinggi. Walau- disebut sebagai energi aktivasi.

104 BAGIAN II / DASARyDASAR KIMIAWI DAN BIOLOGIS BIOKIMIA Protease serin dalam pembe- Regio terminal-N pada rantai a, p kuan darah. P e n g g u n a a n s e r i n dua heliks tripel yang disatukan di tempat aktif untuk m e m u t u s - oleh ikatan disulfidakan suatu ikatan peptida sering dijumpaipada berbagai enzim yang disebut seba- Tripeptida ^ Fibrinogen ^gai protease serin. Protease serin penting Tempat serangan trombinuntuk mengaktifkan pembentukan bekuandarah dari fibrin (Gbr. 9.11). Fibrin d a n ffrbanyak protein lain yang terlibat dalampembekuan darah terdapat dalam darah Tdalam bentuk prekursor inaktif atau zimo-gen yang harus diaktifkan oleh proses pe- Tripeptidamutusan proteolitik. Trombin, protease Rantai-Y dipegangserin yang mengubah fibrinogen menjadi oleh sebuah ikatan disulfidafibrin, memiliki triad katalitik aspartat-histidin-serin yang sama dengan yang di- Bjumpai pada kimotripsin dan tripsin. =• Trombin diaktifkan oleh pemutusanproteolitik protein prekursornya, protrom- Fibrinogenbin. Urutan pemutusan proteolitik yangmenyebabkan pengaktifan trombin m e - H2Omerlukan Faktor VIII, protein pembekuand a r a h y a n g t i d a k d i m i l i k i o l e h Sloe Klotter. Trombin ^ Fibrinopeptida \^ j Monomer fibrin Agregasi 1^ ^Bekuan fibrin yang lunak G b r 9 . 1 1 . Penguraian fibrinogen yang menyebabkan terbentuknya bekuan darah. A . Fibrino- gen, protein prekursor fibrin, terbentuk dari dua heliks tripel yang disatukan di ujung terminal- Nnya. Peptida-a,P disatukan oleh ikatan disulfida, dan peptida-y dihubungkan satu sama lain oleh ikatan disulfida. Regio peptida-a,p terminal, yang digambarkan berwarna abu-abu, me- ngandung residu glutamat dan aspartat yang bermuatan negatif yang saling tolak dan mencegah agregasi (penggumpalan). B . Trombin, suatu protease serin, memutuskan bagian terminal fi- brinogen yang mengandung muatan negatif Monomer fibrin kemudian dapat menggumpal dan membentuk bekuan \"lunak\". Bekuan lunak kemudian mengalami ikatan silang oleh enzim lain.G b r . 9.10. Mekanisme katalitik kimotripsin. Substrat (protein yang te- elektron ikatan peptida oksigen-nitrogen tertarik ke nitrogen, elektronlah mengalami denaturasi) digambarkan terletak di daerah berarsir. 1 . pada karboksianion kembali ke karbon karbonil, sehingga ikatan pep-Sewaktu protein substrat berikatan dengan tempat aktif, serin-195 dan tida terputus. 5 . Pemutusan ikatan peptida menyebabkan terbentuknyahistidin-57 bergerak saling mendekat dan mengambil posisi orientasi zat antara asil-enzim kovalen, dan amida pada separuh protein yangyang tepat sehingga elektron nitrogen histidin tertarik ke hidrogen terurai memisah. 6 . Serangan nukleofilik oleh H2O pada karbon kar-serin. Tanpa perubahan konformasi pada tempat pengikatan substrat bonil diaktifkan oleh histidin, yang elektron nitrogennya menarik se-ini, triad katalitik tidak dapat terbentuk. 2 . Histidin berfungsi sebagai buah proton dari air. 7 . Terbentuk zat antara tetrahedral oksianion,katalisator basa umum karena histidin memisahkan sebuah proton dari kompleks stadium transisi. Kompleks ini juga distabilkan oleh ikatanserin, meningkatkan nukleofilisitas serin-oksigen, yang menyerang hidrogen dengan ikatan rangka peptida glisin dan serin. 8 . Sewaktu pro-karbon karbonil. 3 . Elektron gugus karbonil membentuk zat antara tet- ton histidin diberikan kepada elektron pada ikatan antara oksigen serinrahedral oksianion. Oksianion distabilkan oleh gugus N-H serin-195 dan gugus karboksil substrat, elektron dari oksianion kembali ke kar-dan glisin-193 pada rangka peptida kimotripsin. 4. Nitrogen amida bon, dan ikatan asil-enzim terputus. 9. Enzim, setelah melepaskan sub-pada ikatan peptida distabilkan oleh interaksi dengan proton histidin. stratnya, kembali ke stadiumnya semula.Di sini histidin berfungsi sebagai katalisator asam umum. Sewaktu

B A B 9 / E N Z I M 1 031. Pengikatan substrat 5. Zat antara asil-enzim kovalen A s p - v v ^ His 195 195 '^^w-Ser ^^^Ser K H~O^ H^/ O O\" H N ^ N :o O\" HN :N: • '«IQO r ^HHO CIH —NH'W\/-NH2 -WNTC—c CH2~N'W\r.: Tyr I R IH Tyr I2 . Histidin mengal<tifl<an serin untuk serangan nul^leofilik 6. Air menyerang karbon karbonil 195 195 I K •vwser Gly A HN^N: -H O ' \" ' \" ' V - < . N ' HN^N: O'o O\" • H - 0 _^ H ^ o '^CH H ^ H-' I -v/w-C — C^H Tyr I ^H R Tyr3. Zat antara oksianion tetraliedral distabilkan oleti 7. Zat antara oksianion tetrahedral kedua ikatan hidrogen 195 195 Asp-wv. His '^^Ser^ --^Ser A' H <3'y d^V--HN Mo .H ^ TH N , yo 0~-HN ^N^ H I ^H OH HO — Tyr : OH H N- •wx/-C —CH-\"H ^CH' H I• I R Tyr 8. Katalisis asam memutuskan ikatan kovalen4. Pemutusan ikatan peptida asil-enzim 195 Asp^ His^ 195 '\"'^Ser \"^\"^SerA s p ^ Hisw^ /\ Gly o o HN v N + /- 3 H^ -O' H H ' HN /N-^ CK H\"' O H% HO —^ .0\" ^ • w v C — CH-^H o\" ' H 9. Produk dibebaskan untuk berdisosiasi B. ..O' IH I^ Hj Tyr Tyr A S P ^ ^ HIS 195 •^'WSer H H^ ^ H0~C CH2\"-N'wxr I ^H Tyr :Gbr. 9.10.

B A B 9 / E N Z I M t 05pada enzim. Stabilisasi kompleks stadium transisi menurunkan tingkat energi dan Analog stadium transisi. K a -meningkatkan jumlah molekul yang mencapai tingkat energi ini. rena kompleks stadium transisi berikatan lebih kuat k e enzim Produk disosiasi dari reaksi yang dikatalisis oleh enzim sering mengalami \"desta- daripada k e substrat, senyawa yang m e -bilisasi\" oleh beberapa tolakan muatan ditempat aktif. Pada kasus kimotripsin, gugus nyerupai permukaan tiga-dimensi danamino yang terbentuk setelah pemutusan ikatan peptida mengalami \"destabilisasi\" elektroniknya merupakan inhibitor yangatau \"menjadi tidak nyaman\" dengan adanya histidin d itempat aktif. lebih kuat daripada analog substrat. S e - bagian bakteri dan jamur menghasilkanDiagram Energi dengan Adanya Kimotripsin analog stadium transisi, kadang-kadangSebagian besar daya katalitik enzim berasal dari kemampuan enzim menurunkan d i s e b u t i n h i b i t o r p e n g i k a t a n k u a t (tightenergi aktivasi yang diperlukan untuk pembentukan kompleks stadium transisi (Gbr.. binding inhibitors), s e b a g a i m e k a n i s m e9.12). E n z i m tidak mempengaruhi tingkat energi substrat atau produk. pertahanan diri. Misalnya penisilin, yang dihasilkan oleh sejenis jamur untuk meng- Energi untuk pembentukan kompleks stadium transisi berasal dari energi intrinsik hambat pertumbuhan sel bakteri, m e -pengikatan substrat, energi yang timbul dari pembentukan ikatan antara substrat d a n ngandung ikatan tegang yang analogenzim sewaktu reaksi berkembang dan berlanjut untuk menghasilkan produk. Pada ta- dengan stadium transisi pada reaksi yanghap awal reaksi, energi diperlukan untuk membatasi gerakan translasi dan rotasi pada diperlukan untuk sintesis dinding sel bak-molekul enzim d a nsubstrat yang terpisah d a nmemisahkan residu tempat aktif enzim teri (Gbr. 9.13).dan substrat dari air. Energi ini dihasilkan melalui pembentukan ikatan lemah multi-pel awal antara substrat d a n enzim. N a m u n , seiring dengan perkembangan reaksi, A b z i m . A b z i m (abzyme) a d a l a hikatan ini diganti oleh ikatan yang lebih kuat yang menstabilkan kompleks stadium suatu antibodi yang memilikitransisi. Zat antara reaksi yang kovalen dansemi-stabil memiliki tingkat energi yang aktivitas katalitik seperti enzim.lebih rendah daripada kompleks stadium transisi, danterdapat dalam diagram reaksi A b z i m dibentuk sebagai antibodi terhadapsebagai cekungan pada kurva energi. Kompleks stadium transisi akhir, yang memiliki analog kompleks stadium transisi. A b z i mtingkat energi paling tinggi dalam reaksi sehingga merupakan stadium yang paling ti- m e m i l i k i suatu susunan rantai sisi asam amino yang serupa dengan tempat aktif Stadium transisi kedua enzim dalam stadium transisi sehingga da- yang distabilkan oleh enzim pat berfungsi sebagai enzim artifisial. D i - harapkan bahwa abzim akan dapat Enzim digunakan sebagai pengobatan untuk memperbaiki defisiensi enzim. O\" Enzim I C—O- I OH Zat antara oksianion Sawar energi dikatalisis pertama yang dista- untuk r e a k s i y a n g tidak bilkan oleh ei Sawar energi untuk r e a k s i y a n g dikatalisis o l e h enzimnH2O +Energi yang diperlukan Perubahan energi Zat antara asil- Stadium O + H2untuk mengeluarkan air dari substrat akibat pengikatan enzim kovalen akhir IIdan membatasi kebebasan enzim-substrat Perubahanenergi nettomolekul substrat C-OH Produk Perkembangan reaksiGbr. 9.12. Digambarkan perkiraan diagram energi untuk reaksi yang strat dan enzim dalam kompleks stadium transisi. Energi dihasilkan•dikatalisis oleh kimotripsin. Reaksi yang dikatalisis oleh enzim diberi oleh pengikatan substrat ke enzim. Namun, enzim tidak mengubahwarna abu-abu dan yang tidak dikatalisis diberi warna hitam. Sawar e- tingkat energi substrat maupun produk.nergi ke stadium transisi menurun oleh pembentukan ikatan antara sub-

106 B A G I A N II / D A S A R - D A S A R K I M I A W I D A N B I O L O G I S B I O K I M I A Banyak enzim serupa, misalnya dak stabil, dapat gagal kembali untuk menjadi substrat atau mengalami dekomposisi protease serin, berkaitan oleh untuk membentuk produk. evolusi divergen. Kinase yangmemiliki ranah (domain) pengikatan A T P STRATEGI YANG SERING DILAKUKAN PADA KATALISIS ENZIMyang serupa juga berasal dari evolusi di-vergen. Sebaliknya, evolusi konvergen Strategi katalitikyang digunakan oleh kimotripsin juga sering digunakan oleh banyakmenghasilkan enzim yang menjalankan enzim, tetapi berbagai enzim dapat menggunakan gugus fungsional asam amino ataureaksi serupa dengan strategi katalitik se- kofaktor yang berbeda di tempat aktif enzim. Sebagian besar rantai sisi asam aminorupa, tetapi menggunakan gugus fung- polar bersifat nukleofilik dan berpartisipasi dalam reaksi dengan menstabilkan muat-sional yang berlainan. Evolusi konvergen an positif yang sedang terbentuk. Pada beberapa enzim, serin dan sistein menstabilkandapat terjadi karena beberapa jenis reaksi muatan positifmelalui pembentukan zat antara kovalen (Tabel 9.3). Pada enzim lain,tertentu dapat berlangsung melalui banyak gugus nukleofilik di tempat aktif enzim dapat menyebabkan polarisasi ikatan hidro-cara. gen pada substrat, atau menstabilkan kompleks stadium transisi. Misalnya, pada alko- hol dehidrogenase, yang dijelaskan d i bawah, oksigen serin d i tempat aktif mempolarisasikan gugus - O H pada substrat. Situasi yang berbeda d i mana residu asam a m i n o menstabilkan m u a t a n negatif y a n g sedang berkembang m e m e r l u k a n se- buah elektrofil di tempat aktif Gugus - N H pada rangka peptida, dan gugus guanidini- u m pada arginin dan gugus guanidinium pada lisin yang bermuatan positif, dapat ber- fungsi sebagai elektrofil. I .CHo Kofaktor dalam Katalisis I^CH3 0= 0 Cx^rCOO\" E n z i m meningkatkan ragam gugus fungsionalnya dengan mengikat kofaktor, se- I n y a w a nonprotein yang ikut serta dalam proses katalitik. Kofaktor mencakup ion I l o g a m (misal, Fe^^, M g ^ ^ , atau Zn\"\"^), k o e n z i m organik (misal, t i a m i n pirofosfat danH-N H nikotinamida adenin dinukleotida), dan metalokoenzim (misal, Fe~^-hem). Koenzim H adalah struktur organik kompleks yang dapat diklasifikasikan sebagai koenzim 1I aktivasi-transfer atau koenzim oksidasi-reduksi. Kofaktor yang terikat secara kovalen C-N ke enzim biasanya disebut gugus prostetik. E n z i m yang mengandung semua kofak- n> tomya disebut holoenzim. Bagian protein, tanpa kofaktor, disebut sebagai apoenzim atau apoprotein. 0X KOENZIM AKTIVASI-TRANSFER ikatan peptida tegang K o e n z i m aktivasi-transfer biasanya ikut serta dalam katalisis dengan membentuk su- atu ikatan kovalen dengan suatu bagian substrat; gugus substrat yang dipegang secara foHl e r a t l a l u d i a k t i f k a n u n t u k r e a k s i p e m i n d a h a n (transfer), p e n a m b a h a n a i r , a t a u r e a k s i *i < lain. Masing-masing koenzim memiliki gambaran struktur yang unik yang menye- ^Ser^ babkannya spesifik bagi jenis reaksi d imana k o e n z i m berpartisipasi. Misalnya, tia- m i n pirofosfat memutuskan ikatan yang terletak d i sebelah gugus keto dengan glikopeptldatranspeptidase 1 CH3 rcH3 (: = o r^coo\"H-N H 11 Tabel 9.3. B e b e r a p a G u g u s F u n g s i o n a l di T e m p a t AktifH-C-C 110 =C N :0 H s 1* 'Ser^ glikopeptldatranspeptidase Fungsi Asam Amino Contoh EnzimGbr. 9.13. Enzim glikopeptlda transpeptidase Zat antara kovalen Gliseraldehida 3-fosfat'bakteri dihambat oleh penisilin. Transpepti- sistein-SH dehidrogenasedase berperan dalam pengikatan silang dindingsel bakteri. Enzim ini secara normal memutus- serin-OH Asetilkolinesterasekan ikatan peptida antara 2 residu D-alanin. lisin-NH^ AldolaseReaksi berlangsung melalui stadium transisi histidin-NH Fosfoglukomutaseyang mirip ikatan peptida tegang pada cincin (3-laktam penisilin. Transpeptidase juga meru- Katalisis asam-basa Kimotripsinpakan protease serin, dan, sewaktu enzim ini histidin-NH Pepsinberusaha memutuskan ikatan peptida tersebut, aspartat-COOHpenisilin menjadi terikat ireversibel secara ko- Kimotripsinvalen ke serin di tempat aktif. Stabilisasi anion Karboksipeptidase A rangka peptida-NH Alkohol dehidrogenase arginin-NH serin-OH Lisozim Stabilisasi kation aspartat-COOH \

BAB 9 / ENZIM 107A Proton yang Atom karbon 9.2: Walaupun tampaknya a u - tonom dalam struktur katalitik-dapat terlepas- reaktif nya, koenzim hampir tidak m e - miliki daya katalitik apabila tidak berikat- Tempat pengikatan an dengan enzim. Mengapa?NH2 y koenzim O\" O\" II \Q=:=:C-CH2~CH2-0~P--0-P-0\" I il il CH3 OoR* RTiamin pirofosfat (TPR) enz B : - ^ e n z BHBO nPiruvat ' VC-CH3 Banyak pecandu alkohol seperti Al Martini m e n d e r i t a defisiensi RI ' tiamin karena alkohol meng- hambat transpor tiamin melewati sel m u - Karbanion TPP kosa usus. D idalam tubuh, tiamin diubah menjadi tiamin pirofosfat (TPP). Tiamin pi- VcOo rofosfat berfungsi sebagai koenzim dalam dekarboksilasi asam a-keto misalnya piru- yS\"^ c — R : H O - c - c if ^ vat dan a-ketoglutarat (lihat Gbr. 9.14) d a n ^\"3* I dalam penggunaan pentosa fosfat padaI jalur pentosa fosfat. Akibat defisiensi tia-C H .3: I R' min, oksidasi asam a-keto terganggu. Ter- jadi disfungsi pada susunan saraf pusat R' dan saraf tepi, sistem kardiovaskular, dan organ lain. Bentuk resonansihidroksietil-TPP yang terionisasiGbr. 9.14. Gugus fungsional tiamin pirofosfat (diperlihatkan dalam w a m a abu-abu) ikut sertadalam pembentukan zat antara kovalen. A . Suatu basa pada enzim (B:) memisahkan sebuahproton dari tiamin, menghasilkan sebuah karbanion (katalisis asam-basa umum). B. Karbanionadalah nukleofil kuat dan menyerang gugus keto bermuatan positif yang terdapat pada sub-strat. C .Terbentuk zat antara kovalen, yang distabilkan oleh bentuk resonansi. Zat antara yangtidak bermuatan adalah kompleks stadium transisi yang distabilkan.membentuk ikatan kovalen dengan karbon karbonil (Gbr.9.14). Koenzim A o Baru-baru ini ditemukan suatu( K o A S H ) dan biotin juga m e m i l i k i gugus nukleofilik yang ikut serta dalam pemben- golongan baru katalisator orga-tukan zatantara kovalen selama reaksi (Gbr. 9.15). Piridoksal fosfat juga membentuk nik yang terdiri dari R N A bukanikatan kovalen, tetapi nitrogen cincinnya yang bermuatan positif adalah ^usat yangkuat menarik elektron. Oleh karena itu, zatini berpartisipasi dalam katalisis elektro- protein. R N Akatalitik, yang disebut r i -statik dan membentuk kompleks kovalen dengan gugus amiiio pada asam amino (Gbr.9.16). bozim, memutuskan ikatan fosfodiester Sebagian besar koenzim, seperti asam amino fungsional pada enzim, mengalami R N A di tempat spesifik di dalam urutanregenerasi selama reaksi berlangsung. N a m u n , K o A S H d a n beberapa koenzimoksidasi-reduksi mengalami transformasi selama reaksi menjadi produk yang terlepas R N A mereka sendiri (reaksi pemutusandari enzim pada akhir reaksi (misal, K o A S H diubah menjadi suatu turunan asil K o A ,dan N A D ^ direduksi menjadi N A D H ) . N a m u n , koenzim yang mengalami disosiasi ini sis) atau dimolekul R N A lain (reaksi pemu-diklasifikasikan sebagai k o e n z i m dan bukan substrat karena mereka disintesis dari v i -tamin danmengalami regenerasi oleh reaksi lain. tusan trans). P a d a reaksi pemutusan diri, tidak seperti reaksi enzimatik, ribozim tidak berlaku sebagai katalisator sejati karena mengalami modifikasi selama reaksi ber- langsung. Ribozim menggunakan banyak strategi katalitik yang sama seperti enzim; ribozim secara spesifik berikatan dengan substratnya, d a ngugus - O H bahkan dapat membentuk zatantara kovalen.

108 BAGIAN II / DASAR-DASAR KIMIAWI DAN BIOLOGIS BIOKIMIAGugus A. KoASHreaktif Bentul< tioester dengan gugus asil ( - C R ) Piridoksal fosfat (PLP) Fosfo- - panteteinGbr. 9.16. Tempat reaktif piridoksal fosfat.Piridoksal fosfat memiliki sebuah aldehidareaktif yang membentuk zat antara kovalendengan gugus amino pada asam amino (suatubasa Schiff). Cincin piridin yang bermuatanpositif merupakan gugus yang kuat menarikelektron dan gugus ini menarik elektron dariikatan di sekitar karbon-a asam amino (katali-sis elektrofil). Adenosin 3'-5'-bisfosfat B. Biotin Gugus reaktif 9 CO2 Hi^l NH 1 Kompleks biotin-lisin (biositin) Gbr. 9.15. KoA dan biotin adalah koenzim aktivasi-transfer. A . Koenzim A (KoA atau KoASH) dan fosfopantetein disintesis dari vitamin pantotenat (asam pantotenat). Gugus sulf- hidril aktif, yang diperlihatkan berwarna abu-abu, adalah tempat di mana gugus asil (misal, asetil, suksinil, atau asil lemak) berikatan untuk membentuk tioester. B. Biotin mengaktifkan dan memindahkan C O 2 ke senyawa dalam reaksi karboksilasi. N reaktif diperlihatkan berwarna abu-abu. Perlekatan kovalen ke residu lisin pada enzim karboksilase menyebabkan biotin memiliki lengan fleksibel yang panjang. KOENZIM OKSIDASI-REDUKSI 9.2: Enzim memberi kedekatan, Sejumlah besar koenzim ikut serta dalam reaksi oksidasi-reduksi d i mana terjadi orientasi, d a ngugus fungsional pemindahan elektron dari satu senyawa ke senyawa lain. Sebagian koenzim, misalnya lain untuk reaksi dan untuk stabi- NAD\"^ dan F A D , memindahkan elektron bersama dengan hidrogen dan memilikilisasi stadium transisi. Sebagai contoh, su- peran unik dalam pembentukan A T P dari oksidasi bahan bakar. Koenzim oksidasi-atu residu asam amino basa pada enzim reduksi lainnya bekerja dengan logam untuk memindahkan elektron-elektron tunggalmengeluarkan sebuah proton dari tiamin ke oksigen. Vitamin E dan C adalah koenzim oksidasi-reduksi yang dapat berfungsiuntuk mengaktifkannya (lihat Gbr. 9.14). sebagai antioksidan dan melindungi tubuh dari cedera akibat radikal bebas oksigen.

B A B 9 / E N Z I M t 09Berbagai fungsi koenzim oksidasi-reduksi dalam jalur metabolik dijelaskan d iB a b Pada manusia, sekitar 9 0 % eta-18-21. nol yang diminum mengalami oksidasi menjadi asetaldehida di Dehidrogenase dependen-NAD^ memberi gambaran prinsip bahwa enzim dapat hati oleh enzim alkohol dehidrogenase.menggunakan gugus fungsional yang berbeda d itempat aktif untuk mengkatalisis Asetaldehida merupakan penyebab keru-reaksi yang serupa. Dehidrogenase dependen-NAD^ biasanya memiliki ranah peng- sakan hati yang dijumpai pada para pe-ikatan tiga-dimensi yang serupa untuk NAD\"^, tetapi hanya memiliki sedikit homologi c a n d u a l k o h o l k r o n i k s e p e r t i Al Martini.urutan (yaitu, urutan yang terdiri dari asam amino yang identik atau serupa) di tempataktif. Semua dehidrogenase dependen-NAD^ mengkatalisis pemindahan sebuah i o nhidrida (H:')dari karbon pada substrat ke N A D ^dalam reaksi oksidasi misalnya oksi-dasi alkohol menjadi keton atau aldehida menjadi asam (Gbr. 9.17). Nitrogen cincinpiridin yang bermuatan positif pada N A D ^mengaktifkan karbon yang terletak berse-berangan untuk menerima i o n hidrida. Apabila reaksinya adalah oksidasi alkoholmenjadi keton, pada akhir reaksi proton alkohol dibebaskan ke dalam air. Walaupungambaran u m u m mekanisme reaksi adalah polarisasi hidrogen alkohol yang terdiso-siasi, n a m u n untuk tujuan inijenis dehidrogenase yang berbeda menggunakan gugusfungsional yang berbeda; laktat dehidrogenase menggunakan histidin, tetapi alkoholdehidrogenase hati menggunakan seng dan serin (Gbr. 9.18). Terlepas ^OO'sebagai fH4-0-CrJj; O II~0-P-0-CH2 AMP memberi interaksi R NAD^ \ - pengikatan tambahan yang II menginduksi perubahan \ konformasi pada enzim H. •o; '•H Ser; CHjCHjjOH alkohol • CH3C - H . dehidrogenase hati + + NADH + W- NAD*G b r . 9 . 1 7 . NAD^ menerima sebuah ion hidrida, diperlihatkan dalam warna abu-abu. Dehidro- G b r . 9 . 1 8 . Alkohol dehidrogenase hati meng-genase dependen-NAD^ mengkatalisis pemindahan sebuah ion hidrida (H:') dari karbon ke katalisis oksidasi etanol (diperlihatkan dalamNAD^ dalam reaksi oksidasi misalnya oksidasi alkohol menjadi keton atau aldehida menjadi warna abu-abu) menjadi asetaldehida. Tempatasam. Nitrogen cincin piridin yang bermuatan negatif padaNAD\"^ meningkatkan elektrofilisi- aktif alkohol dehidrogenase hati mengandungtas karbon yang terletak berseberangan dengannya dalam cincin. Karbon ini kemudian meneri- seng terikat-enzim dan serin, yang menstabil-ma ion hidrida yang bermuatan negatif Proton alkohol dibebaskan ke dalam air. NADP ber- kan muatan negatif parsial pada oksigen.fungsi melalui mekanisme yang sama, tetapi biasanya berperan dalam jalur sintesis reduktif

1 10 B A G I A N II / D A S A R - D A S A R KIMIAWI DAN BIOLOGIS BIOKIMIA Defisiensi vitamin dapat terjadi SINTESIS KOENZIMWkSm akibat obat d a ntoksin yang Sebagian besar koenzim disintesis dari vitamin. Gejala defisiensi vitamin mencer- menghambat protein pengang- minkan hilangnya aktivitas enzim spesifik yang bergantung pada bentuk koenzim v i - tamin tersebut.kut vitamin, enzim pada jalur biosintetik, Jalur biosintetik untuk biosintesis koenzim dari vitamin memberi tambahan gugusatau protein pengikat koenzim. Senyawa fungsional yang ikut serta dalam reaksi atau meningkatkan pengikatan k o e n z i m k e enzim. Gugus fosfat atau regio hidrofobik pada koenzim dapat mengikatkan koenzimyang menimbulkan defisiensi vitamin ke enzim dengan erat sementara membiarkan gugus fungsional bebas untuk bereaksi. Sehingga banyak koenzim, misalnya tiamin, K o A , N A D ^ , d a npiridoksal fosfatkadang-kadang disebutantivitamin. Etanol memiliki gugus fosfat atau adenosin fosfat yang melekat k ebagian reaktif koenzim (lihat Gbr. 9.14-9.16).adalah suatu antivitamin yang menurun- ION LOGAM PADA KATALISISkan konsentrasi hampirsemua koenzim di Ion logam berperan dalam proses katalitikdengan berflingsi sebagai elektrofil (gugusdalam sel. Misalnya, etanol menghambat penarik-elektron). I o n logam membantu pengikatan substrat, menerima dan memberi elektron, danmenarik elektron untuk mengubah distribusi muatan parsial pada m o -penyerapan tiamin, dan asetaldehida yang lekul substrat.dihasilkan dari oksidasi etanol menggeser Kemampuan logam tertentu untuk berikatan dengan banyak ligan dalam bidang koordinasi logam menyebabkan logam dapat ikut serta dalam pengikatan substratpiridoksal fosfat dari tempat ikatan protein- atau koenzim k e enzim danmenimbulkan polarisasi gugus reaktif di tempat aktif Seng pada alkohol dehidrogenase, misalnya, ikut serta dalam polarisasi gugus alkoholnya, sehingga mempercepat degradasi (lihat Gbr.9.18). M g ^ ^ berperan dalam pengikatan gugus fosfat bermuatan negatif p a d a A T P , d a n g u g u s n i t r o g e n p a d a h e m m e n y e b a b k a n k h e l a s i (chelation) F e \" ^ d a npiridoksal fosfat. menahan Fe^^ d i tempatnya. Ion logam menghasilkan rentang tingkatan energi untuk pemindahan elektron t u n g g a l , d a n m a m p u m e n y e b a b k a n k h e l a s i (chelation) l i g a n y a n g d a p a t m e n s t a b i l k a n pemindahan ini. Misalnya, xantin oksidase, yang dibahas dalam inhibitor berda- sarkan-mekanisme, memberi elektron k exantin sementara xantin oksidase terikatk e kompleks molibdenum-sulfida d itempat aktif enzim. Sitokrom pada rantai transpor elektron mengikat F edalam struktur yang serupa dengan yang dijumpai pada hem, kecuali bahwa Fe^^ menerima dan memberi elektron. Juga terdapat kompleks hem- logam yang m a m p u berinteraksi secara langsung dengan oksigen. Inhibitor yang Didasarkan pada l\/lekanisme Inhibitor adalah senyawa yang menurunkan kecepatan reaksi enzimatik. Inhibitor yang didasarkan pada mekanisme menyerupai atau ikut serta dalam langkah antara reaksi katalitik.Istilah ini mencakup analog stadium transisi dansenyawa yang dapat bereaksi secara ireversibel dengan gugus fungsional d itempat aktif INHIBITOR IREVERSIBEL Inhibitor ireversibel m e m b e n t u k ikatan kovalen atau ikatan yang sangat erat dengan gugus fungsional d i tempat aktif Gugus fungsional ini menjadi aktif apabila ber- interaksi dengan residu asam amino lain pada enzim, dan jauh lebih mudah memben- tuk ikatan kovalen ireversibel dengan obat atau toksin daripada dengan rantai sisi asam amino d ibagian lain enzim. Inhibitor ireversibel dapat bersifat kurang spesifik bagi enzim yang dihambatnya. Misalnya, diisopropilfosfofluoridat adalah senyawa organofosfat yang berfungsi se- bagai prototipe pembuatan sarin, suatu gas saraf, d a ntoksin organofosfor. Diiso- propilfosfofluoridat membentuk zatantara kovalen ditempat aktif semua enzim yang menggunakan serin untuk proses pemutusan hidrolitik (Gbr. 9.19). Ikatan kovalen yang terbentuk akan terurai dengan sangat lambat sehingga pada dasarnya inhibisi ter- sebut bersifat ireversibel danaktivitas hanya dapat pulih melalui sintesis enzim baru.

BAB 9 / ENZIM t t 1 CH3^ I/CH3 Enz - Ser - OH O; H a C - C T O - C H g - C H g - N(CH3)3 Reaksi CH3 I CH3 HO--CH2-\"CH2-N(CH3)3 Reaksi dengan Kolln normal inhibitor Iireversibel O ^O I I I I! V E n z - - S e r - 0 - PI = 0 Enz-Ser-0':-C~CH3: OI -HpO CHa^ I^CHa H Enz-Ser-OH + ^o- AsetatGbr. 9.19. A s e t i l k o l i n e s t e r a s e secara n o r m a l m e n g k a t a l i s i s i n a k t i v a s i fosfat yang sekarang ada,juga membentuk kompleks kovalen denganhidrolitik neurotransmiter asetilkolin. Selama reaksi berlangsung, tem- serin ditempat aktif, menyebabkan penimbunan asetilkolin. Pemulihanpat aktif serin membentuk suatu zatantara kovalen dengan substrat. aktivitas asetilkolinesterase bergantung pada sintesis enzim baru.Diisopropilfosfofluoridat, cikal bakal pestisida dangassaraf organo- Untuk menghindari reaksi dengan enzim, obat terapeutik dirancang agar jauh le-bih spesifik d a nmirip dengan substrat atau stadium antara reaksi. Misalnya, aspirin(asam asetilsalisilat) menimbulkan efek farmakologisnya melalui asetilasi kovalenserin d itempat aktif pada e n z i m prostaglandin endoperoksida sintase. Aspirin miripsatu bagian dari prostaglandin yang menjadi substrat fisiologis untuk enzim tersebut.Namun, obat terapeutik juga dapat menimbulkan efek samping melalui inhibisi kova-len enzim lain yang bukan enzim sasaran.I N H I B I T O R B U N U H D I R I (SUICIDE INHIBITOR)Inhibitor tempat aktif yang mengalami reaksi parsial danmembentuk inhibitor ire- Senyawa organofosfat, misal-v e r s i b e l d i t e m p a t a k t i f d i b e r i n a m a \" i n h i b i t o r b u n u h d i r i \" (suicide inhibitor). P e n i s i - nya gas saraf sarin serta insek-lin, misalnya, diubah menjadi suatu senyawa yang tidak dapat melepaskan diri dari tisida paration d a n malation,glikopeptidil transpeptidase pada sintesis dinding selbakteri (lihat Gbr. 9.13). A l o - merupakan inhibitor ireversibel dari enzimpurinol, suatu obat yang digunakan untuk mengobati gout (pirai), memperlihatkan yang mengandung serin reaktif. Walaupunkeefektifannya terhadap inhibitor bunuh diri dari xantin oksidase (Gbr. 9.20). banyak enzim yang dihambat oleh se- n y a w a ini, gejala y a n g dialami DennisLl-ANALOG STADIUM TRANSISI DAN SENYAWA YANG MIRIP STADIUM vermore timbul akibat inhibisiserin di tem-ANTARA PADA REAKSI pat aktif pada enzim asetilkolinesterase. Asetilkolinesterase memutuskan neuro-Analog stadium transisi merupakan inhibitor enzim yang sangat kuat d a n spesifik transmiter asetilkolin menjadi asetat d a nkarena analog stadium transisi mengikat enzim jauh lebih kuat dibandingkan dengan kolin di ujung pascasinaps, sehinggayang dilakukan oleh substrat atau produk. B e l u m dapat diciptakan obat yang sangat menghentikan penyaluran sinyal saraf (li-mirip dengan stadium transisi karena struktumya yang sangat tidak stabil. N a m u n , hat Gbr. 9.19). Inhibisi asetilkolinesterasesubstrat mengalami perubahan progresif dalam struktur elektrostatik keseluruhan se- menyebabkan penimbunan asetilkolin,lama pembentukan kompleks stadium transisi, dan obat yang efektif sering miripde- yang menimbulkan berbagai gejala klinisngan stadium antara reaksi yang lebih dekat daripada mirip dengan substrat. Kepus- pada Dennis Livermore.takaan kedokteran sering mencantumkan senyawa seperti ini sebagai analog substrat,walaupun senyawa tersebut berikatan lebih kuat daripada substrat.

1 i 2 BAGIAN II/ DASAR-DASAR KIMIAWI D A N BIOLOGIS BIOKIMIAGMP. Guanin ^aai\n xantinAMR, Hipoxantin — oksidase Xantin — H | •Urat Dihambat oleh alopurinolB enz OH HN SH Urat I X i, O; II O ^ -N H2O 3H*,2e- H HC -N H Xantin Kompleks xantin-enzim Hipoxantin OH OH i :H: xantin I oksidaseHC HO-C -N Alopurinol Aloxantin (oksipurinol)Gbr. 9.20. Alopurinol adalah inhibitorbunuh diri bagi xantin oksidase. membentuk kompleks dengan gugus yang sedang dioksidasi. C. XantinA. Xantin oksidase mengkatalisis oksidasi hipoxantin menjadi xantin, oksidase mampu menjalankan langkah oksidasi pertama dan mengu-dan xantin menjadi asam urat dalam jalur untuk degradasi purin. Elek- bah alopurinol menjadi aloxantin (oksipurinol). Akibatnya, enzim me-tron dan oksigen datang dari air. B . Oksidasi dilangsungkan oleh suatu lakukan \"bunuh diri,\" karena oksipurinol tetap terikat dalam lingkupkompleks koordinasi molibdenum-okso-sulfida di tempat aktif yang koordinasi molibdenum selama langkah reaksi berikutnya. Yves Topaigne diobati dengan pH dan Suhu Optimum alopurinol untuk gout (pirai), yang disebabkan oleh penim- Apabila aktivitas sebagian besar enzim digambarkan sebagai suatu fungsi dari p Hbunan asam urat. Alopurinol adalah inhibi- reaksi, biasanya akan tampak peningkatan kecepatan reaksi seiring dengan perge-tor bunuh diri bagi e n z i m xantin oksidase, seran p H dari tingkat yang sangat asam menuju rentang fisiologis, dan penurunan ke-yang berperan dalam degradasi nukleo- cepatan reaksi sewaktu p H bergerak dari rentang fisiologis k e rentang yang sangattida purin menjadi asam urat (Gbr. 9.20). basa (Gbr. 9.21). Bentuk kurva di daerah asam mencerminkan ionisasi gugus fung-Xantin oksidase mengkatalisis hidroksilasi sional spesifik d itempat aktif (atau d isubstrat) akibat peningkatan p H , dan pemben-hipoxantln menjadi xantin d a n hidroksilasi tukan ikatan hidrogen lebih u m u m yang penting bagi konformasi keseluruhan enzim.lebih lanjut xantin menjadi asam urat da- Hilangnya aktivitas pada sisi basa biasanya mencerminkan ionisasi residu asamlam reaksi oksidasi-reduksi. Enzim m e - amino pada enzim yang tidak sesuai.ngandung sebuah kompleks mollbdenum-sulfida (Mo-S) yang mengikat substrat dan S e b a g i a n besar e n z i m m a n u s i a j u g a m e m i l i k i s u h u o p t i m u m sekitar 37°C. P e n i n g -memindahkan elektron yang diperlukan k a t a n s u h u dari 0°C m e n j a d i 37°C m e n i n g k a t k a n kecepatan reaksi k a r e n a m e n i n g k a t -untuk reaksi hidroksilasi tersebut. Alopuri- kan energi getaran substrat. Aktivitas m a k s i m u m untuk sebagian besar enzim m a -nol, suatu analog struktural hipoxantin, n u s i a berlangsung dekat s u h u 37°C k a r e n a p a d a s u h u y a n g l e b i h t i n g g i terjadi denatu-mengalami oksidasi oleh xantin oksidase rasi (hilangnya struktur sekunder dan tersier).menjadi oksipurinol, suatu analog xantin.Apabila telah terbentuk, oksipurinol akan PENGATURAN ENZIMtetap terikat ke kompleks molibdenum-sulfida, d a n tidak dapat dihasilkan kom- Kecepatan berbagai jalur metabolik d i dalam seldiatur sedemikian rupa agar sesuaipleks molibdenum-suiflda yang tereduksi. dengan lingkungan yang selalu berubah-ubah, misalnya peningkatan kebutuhan akanAkibatnya, asam urat yang terbentuk men-jadi berkurang.

BAB 9 / ENZIM 1t 3A T P diotot rangka sewaktu olahraga atau peningkatan ketersediaan glukosa untuksintesis glikogen setelah m a k a n makanan tinggi karbohidrat. Perubahan dalam fluksjalur metabolisme tersebut terjadi karena paling sedikit terdapat satu enzim di jalurt e r s e b u t , y a i t u e n z i m p e n g a t u r (regulatory enzyme), d i a k t i f k a n a t a u d i h a m b a t . E n z i mp e n g a t u r b i a s a n y a m e n g k a t a l i s i s t a h a p d e n g a n k e c e p a t a n t e r b a t a s (rate-limiting step)atau tahap paling lambat pada jalur metabolisme yang bersangkutan. Dengan de-mikian, perubahan aktivitas enzim-enzim tersebut dapat mempengaruhi fluks seluruhjalur. 06 78 9 10 pHMekanisme Pengaturan Enzim Gbr. 9.21. Profil p Hsuatu enzim. KecepatanKecepatan enzim pengatur di dalam sel dapat ditingkatkan atau diturunkan oleh peru- reaksi meningkat seiring dengan peningkatanbahan konsentrasi substrat atau produk, oleh senyawa atau enzim yang mengubah ke- p H dari 6 sampai 7,4. Bentuk kurva yang sebe-tersediaan gugus fungsional d itempat aktif, atau oleh perubahan j u m l a h enzim yang narnya bergantung pada status protonasi residutersedia (Tabel 9.4). M e k a n i s m e pengatur yang digunakan bergantung pada fungsi asam amino di tempat aktif atau pada ikatan hi-jalur metabolik d imana enzim berada dan tujuan pengaturan. Misalnya,jalur untuk drogen yang diperlukan untuk memperta-produksi energi harus diatur oleh suatu mekanisme yang dapat berespons dengan ce- hankan stmktur tiga-dimensi. Pada enzim yangpat terhadap kebutuhan A T P yang meningkat, tetapi jalur penyimpanan dapat diatur diperlihatkan dalam gambar ini, peningkatanoleh mekanisme yang berespons lebih lambat terhadap perubahan keadaan. kecepatan reaksi bersesuaian dengan deproto- nasi histidin d i tempat aktif Pada p Hd i atasKECEPATAN DAN KONSENTRASI SUBSTRAT 8,5, deprotonasi -NHa^terminal-amino mengu- bah konformasi di tempat aktif dan aktivitasKecepatan semua e n z i m bergantung pada konsentrasi substrat. Ketergantungan ini menurun. Enzim lain mungkin memiliki p Hdapat mengatur jalur metabolik apabila pasokan substrat bagi enzim dengan kece- maksimum yang lebih rendah, puncak yang le-p a t a n t e r b a t a s (rate-limiting enzyme) b e r u b a h - u b a h s e s u a i k e b u t u h a n a k a n j a l u r y a n g bih lebar, atau mempertahankan aktivitasbersangkutan. Jalur penyimpanan dan jalur untuk pembuangan bahan sisa toksik se- mereka disisi basa kurva.bagian diatur dengan cara ini. Persamaan kinetikaenzim memberi suatu cara kuantita-tif untuk menjelaskan enzim dalam kaitannya dengan ketergantungan enzim terhadapkonsentrasi substrat.Persamaan Michaelis-MentenPersamaan Michaelis-Mentenmenghubungkan kecepatan awal reaksi yang dikatali- Sel parietal lambung mensekre-sis e n z i m , Vj, d e n g a n k o n s e n t r a s i s u b s t r a t . S , d a n d u a t o l o k u k u r , d a n ( G b r . •sikan H C I k e dalam lumen lam- bung, m e n y e b a b k a n p Hisi lam-9 . 2 2 ) . Kmax a d a l a h k e c e p a t a n r e a k s i y a n g d i e k s t r a p o l a s i k a n k e k o n s e n t r a s i s u b s t r a t bung turun menjadi kurang dari 1. Ling- kungan yang sangat asam ini mamput a k - t e r h i n g g a d a n ATm a d a l a h k o n s e n t r a s i s u b s t r a t s e w a k t u k e c e p a t a n a w a l s e t a r a d e - menyebabkan denaturasi ireversibel se- bagian besar protein melalui asam aminon g a n separuh Fmax. protonasi, sehingga mencegah pemben- tukan ikatan hidrogen yang penting bagiPada model kinetika enzim Michaelis-Menten, kecepatan reaksi sebanding de- struktur tersier. Banyak ikatan peptida pada protein tidak akan dapat dicapai olehngan konsentrasi kompleks enzim-substrat. M o d e l iniberlaku bagi reaksi yang paling protease pencernaan kecuali apabila pro- tein terlebih dahulu didenaturasi. Pepsin,sederhana, pengubahan substrat tunggal menjadi produk tunggal (Gbr. 9.23). E n z i m suatu protease pencernaan yang terdapat di lambung, adalah salah satu pengecua-dan substrat membentuk sebuah kompleks enzim-substrat ( E S ) dengan konstanta ke- lian karena pH optimumnya adalah sekitar 1,6, d a n e n z i m i n iaktif d a l a m s u a s a n acepatan K o m p l e k s t e r u r a i d e n g a n k o n s t a n t a k e c e p a t a n ki, a t a u d i u b a h m e n j a d i asam di lambung.p r o d u k d e n g a n k o n s t a n t a k e c e p a t a n k^. Vi, k e c e p a t a n r e a k s i s e b e l u m s u b s t r a t ( d a l a m Sewaktu protein makanan yang telah mengalami denaturasi masuk kedalam lu-j u m l a h b e r m a k n a ) d i u b a h m e n j a d i p r o d u k , s e t a r a d e n g a n k^ d i k a l i k o n s e n t r a s i E S . m e n usus, pH meningkat akibat sekresi bi- karbonat dari pankreas eksokrin. Pada pHM a k i n tinggi konsentrasi substrat, m a k i n tinggi konsentrasi E S , dan m a k i n tinggi ke- yang lebih tinggi ini,kimotripsindan tripsin serta protease lain dari pankreas dapatTabel 9.4. Mekanisme Pengaturan Enzim bekerja pada protein yang telah menga- lami denaturasi tersebut secara ireversi- . Konsentrasi substrat bel. . Inhibisi reversibel oleh produk atau senyawa lain . Pengaktifan atau inhibisi alosterik • Modifikasi kovalen . Pengikatan protein modulator . Pemutusan proteolitik . Jumlah enzim yang tersedia

1 14 BAGIAN II/ DASAR-DASAR KIMIAWI DAN BIOLOGIS BIOKIMIA Konsentrasi substrat [S] cepatan reaksi. N a m u n , seiring dengan peningkatan fraksi enzim total yang berada da- lam bentuk E S , diperlukan peningkatan S yang lebih besar secara progresif untukGbr. 9.22.Grafik persamaan Michaelis- meningkatkan konsentrasi E Sdalam j u m l a h yang sama. Pada konsentrasi substrat hi-M e n t e n . Fmax ( d i p e r l i h a t k a n b e r w a r n a a b u - potetis yang tinggi secara tidak terhingga, semua m o l e k u l enzim mengandung sub-abu) adalah kecepatan awal yang diekstrapola- strat yang terikat. O l e h karena i t u ,persamaan Michaelis-Menten adalah suatus i k a n k e [ S ] t a k - t e r h i n g g a . K^n ( d i p e r l i h a t k a n h i p e r b o l a r e k t a n g u l a r , d a n Vi m e n d e k a t i k e c e p a t a n m a k s i m u m Fmax p a d a k o n s e n t r a s iberwarna abu-abu) adalah konsentrasi S d i substrat tak-terhingga (lihat Gbr. 9.22). Pendekatan hiperbolik kepada batas kece-m a n a Vj = V^Jl. patan m a k s i m u m yang terbatas disebut sebagai kinetika saturasi, dan merupakan sifat khas proses kecepatan yang bergantung pada pengikatan senyawa ke protein.Untuk reaksi Km e n z i m u n t u k s u a t u s u b s t r a t d i d e f i n i s i k a n s e b a g a i k o n s e n t r a s i s u b s t r a t d i m a n aE +S ^ ES •P Vi s a m a d e n g a n s e p a r u h V^^^. b i a s a n y a s e t a r a d e n g a n (kj + ^ 3 ) / ^ ! a t a u k o m b i n a s i konstanta kecepatan yang lebih kompleks d i mana kecepatan disosiasi muncul d iKecepatan awal sebanding dengan [ E S ] bagian pembilang dan kecepatan pengikatan dibagian penyebut. Apabila suatu enzim [ES] = mengalami mutasi dengan suatu cara yang menurunkan afinitasnya terhadap substrat. Km e n z i m u n t u k s u b s t r a t t e r s e b u t a k a n m e n i n g k a t . S e c a r a u m u m , m a k i n t i n g g i K^, m a k i n t i n g g i k o n s e n t r a s i substrat y a n g d i p e r l u k a n u n t u k m e n c a p a i separuh Fmax. Kecepatan suatu enzim paling peka terhadap perubahan konsentrasi substrat pada k o n s e n t r a s i s u b s t r a t d i b a w a h K^ u n t u k s u b s t r a t t e r s e b u t . P a d a k o n s e n t r a s i s u b s t r a t k u r a n g d a r i 1 / 1 0 K^, p e l i p a t a n d u a k a l i k o n s e n t r a s i s u b s t r a t h a m p i r m e n y e b a b k a n k e - c e p a t a n r e a k s i m e n i n g k a t d u a k a l i l i p a t ; p a d a k o n s e n t r a s i s u b s t r a t 1 0 k a l i d a r i K^, p e - lipatan dua kali konsentrasi substrat tidak banyak mempengaruhi kecepatan (lihat Gbr. 9.23). K o n s t a n t a k^at b e r k a i t a n d e n g a n Fmax- ^cat a d a l a h j u m l a h p e r t u k a r a n (turnover number) e n z i m , k e c e p a t a n p e m b e n t u k a n p r o d u k p e r t e m p a t a k t i f e n z i m y a n g d i t e n t u - kan di bawah kondisi substrat jenuh. U n t u k enzim sederhana yang diperlihatkan da- l a m G a m b a r 9 . 2 3 , k^^K a d a l a h ^3. k^^i s e t a r a d e n g a n Fmax e n z i m m u m i ( d i n y a t a k a n dalam satuan misalnya M ' ' m e n i f ' ) dibagi oleh konsentrasi subunit enzim aktif se- l a m a p e n g u k u r a n Fmax- B e s a r a n i n i m e m i l i k i s a t u a n w a k t u t e r b a l i k , m i s a l n y a m e n i t \" ' .Di mana = k,[Ej] dan Isozim Heksokinase Memiliki Nilai yang Berbeda untuk GlukosaGbr. 9.23. Persamaan Michaelis-Menten meng- Heksokinase terdapat sebagai sejumlah isoenzim (isozim) spesifik-jaringan yang ber- beda. Isozim adalah protein dengan urutan asam amino yang berbeda tetapi mengka-hubungkan kecepatan awal (vj) reaksi dengan talisis reaksi yang sama. Berbagai jaringan sering mengandung isozim khas yang sifatnya berbeda yang mencerminkan perbedaan fungsi jaringan. Perbandingan antarakonsentrasi kompleks enzim-substrat ( E S ) . heksokinase I, isozim yang terdapat dalam eritrosit dan glukokinase (heksokinase I V ) y a n g d i j u m p a i d i h a t i m e n g g a m b a r k a n p e n t i n g n y a A^m s u a t u e n z i m b a g i s u b s t r a t n y a .Persamaan ini diturunkan untuk reaksi di mana Isozim heksokinase yang terdapat d idalam otot rangka, otak, dansebagian besarsubstrat tunggal ( S ) diubah menjadi produk jaringan lainnya serupa dengan heksokinase I; isozim tersebut memiliki kinetika yang m e n g i k u t i k u r v a M i c h a e l i s - M e n t e n d a n m e m i l i k i n i l a i K^ u n t u k g l u k o s a d a l a m r e n -tunggal (P). Enzim (E) dansubstrat (S) berga- tang 0,02-0,13 m M . Glukokinase, isozim heksokinase yang terdapat d ihati danbe- berapa jenis sellain, tidak mengikuti kinetika Michaelis-Menten yang hiperbolabung untuk membentuk kompleks enzim- rektangular. Sebaliknya, kurva untuk glukokinase berbentuk sigmoid, atau seperti huruf-S (Gbr. 9.24). Konsentrasi substrat yang diperlukan untuk mencapai separuhs u b s t r a t ( E S ) d e n g a n k o n s t a n t a k e c e p a t a n k]. Fmax a t a u s e p a r u h - j e n u h , b i a s a n y a d i s e b u t So,5, a t a u ^0,5, d a n b u k a n K^. D a r i k u r v a , So,5 u n t u k g l u k o k i n a s e d a p a t d i t e n t u k a n y a i t u s e k i t a r 6 m M . K^ y a n g d i l a p o r k a n y a n gKompleks terurai dengan konstanta kecepatan ditentukan dengan komputer yang dipaskan/dicocokkan k e sebagian kurva adalah se- kitar 5 m M . Kadang-kadang dalam kepustakaan kedokteran, untuk tujuan penyeder-kj, a t a u d i u b a h m e n j a d i p r o d u k d e n g a n k o n - h a n a a n . Km d a n So,5 d i g u n a k a n b e r g a n t i - g a n t i .s t a n t a k e c e p a t a n k3. D i b a w a h k o n d i s i d i m a n a Transformasi Lineweaver-Burkkonsentrasi substrat jauh lebih tinggi daripada Km d a n Vmax u n t u k s u a t u e n z i m d a p a t d i t e n t u k a n s e c a r a v i s u a l d a r i g a m b a r g r a f i k l / v terhadap l / S ,yang disebut gambar grafik Lineweaver-Burk atau gambar grafikkonsentrasi enzim, j u m l a h substrat yang diu- t i m b a l - b a l i k g a n d a (double reciprocal plot). P e m b a l i k a n k e d u a s i s i p e r s a m a a n Michaelis-Menten menghasilkan suatu persamaan yang memiliki bentuk garis lurus,bah menjadi produk dapat diabaikan, dan kece- y = m x + b ( G b r . 9 . 2 5 ) . Km d a n Fmax m a s i n g - m a s i n g d a p a t d i t e n t u k a n d a r i g a r i s p o t o n g pada ^bsis d a n ordinat.patan perubahan E S menjadi suatu kompleksenzim-produk sangat cepat, kecepatan awalr e a k s i s e t a r a d e n g a n k^ x [ E S ] . K o n s e n t r a s i E Sadalah fraksi dari E T ,jumlah total enzim yangterdapat sebagai E S dan E . Apabila dianggapb a h w a k3 » d a r i p a d a k \ a t a u kj, = k2/k\. D ipihak lain, apabila dianggap bahwa hanya [ES]tidak berubah serring dengan waktu (kondisisteady-state), = {k2 + k^yk^. P e r h a t i k a nb a h w a p a d a k e d u a k e a d a a n ko a d a l a h p e m b i -l a n g d a n k\ a d a l a h p e n y e b u t . V^^^ d i t e t a p k a ns a m a d e n g a n k^Ej.

BAB 9 / ENZIM 115 Q 9.3: heksokinase eritrosit ma- nusia untuk glukosa adalah 0,04 mM. Pada konsentrasi A T P yang terdapat dalam jaringan, semua mo- lekul heksokinase akan mengandung se- buah A T P di tempat pengikatan A T P mereka. Anggaplah bahwa konsentrasi produk adalah nol, dan bahwa persamaan Michaelis-Menten berlaku untuk keadaan ini. Berapakah kecepatan heksokinase re- l a t i f t e r h a d a p V^^ ( v J V ^ J , a p a b i l a [ g l u - kosa] intrasel adalah konsentrasi puasa yaitu 5 m M ? Berapa fraksi molekul enzim yang terdapat sebagai kompleks ES?[Glukosa] mMGbr. 9.24. Perbandingan antara heksokinase I dan glukokinase. Kecepatan awal sebagai fraksi 9.4: Enzim mana, heksokinase IFmax d i g a m b a r sebagai f u n g s i d a r i k o n s e n t r a s i g l u k o s a . G a m b a r g r a f i k u n t u k g l u k o k i n a s e (garis atau glukokinase, yang memilikiabu-abu padat) berbentuk sigmoid, mungkin karena kecepatan langkah antara pada reaksi atau peningkatan kecepatan palingperubahan konformasi berlangsung terlalu lambat sehingga enzim tidak mengikuti kinetika besar apabila konsentrasi glukosa intraselMichaelis-Menten. Garis abu-abu terputus-putus diperoleh dari persamaan Michaelis-Menten meningkat dari 5 m M (kadar puasa) men-yang dicocokkan dengan data untuk konsentrasi glukosa di atas 5 m M . Pada vJVmax = 0,5, jadi 10 m M (kadar setelah makan makan-a d a l a h 5 m M , d a n So,5 a d a l a h 6,7 m M . an tinggi karbohidrat)? ^(-) u adalah konstanta kece-Gbr. 9.25. Transformasi Lineweaver-Burk (diperlihatkan dalam kotak) untuk persamaan maxMichaelis-Menten mengubah persamaan ini menjadi garis lurus y = m x + b. Apabila [S] tak-t e r h i n g g a , 1 / [ S ] = O, d a n g a r i s m e m o t o n g o r d i n a t ( s u m b u y ) d i l / v = l/V^^^. K e c u r a m a n g a r i s patan dikali jumlah total enzimsama dengan K J V ^ ^ ^ . Tempat di mana garis m e m o t o n g absis (sumbu x ) , 1/[S] = - \ I K ^ . yang ada. Di dalam kepus- t a k a a n s e k a r a n g , \/^3, j u g a d a p a t digu- nakan untuk menunjukkan aktivitas suatu enzim dalam satu gram jaringan yang diu- kur di bawah kondisi konsentrasi substrat j e n u h . P a d a k a s u s i n i , p e n i n g k a t a n V^^^ (mikromol/menit/g jaringan) dapat berarti peningkatan jumlah enzim yang ada atau p e n i n g k a t a n d a y a k a t a l i t i k n y a , k^^^. Isozim heksokinase, seperti ke- lompok isozim lainnya, tam- paknya muncul akibat duplikasi gen. Glukokinase, heksokinase di hati yang berafinitas rendah, adalah rantai polipeptida tunggal dengan berat molekul 55 kD. Heksokinase yang terdapat dalam eritrosit, otot rangka, dan sebagian besar jaringan lain memiliki berat 110 kD, dan pada dasarnya adalah 2 molekul glukoki- nase yang mengalami mutasi yang disin- tesis sebagai satu rantai polipeptida. Na- mun, hanya satu tempat aktif pada hek- sokinase yang fungsional.

1 t 6 BAGIAN II/ DASAR-DASAR KIMIAWI D A N BIOLOGIS BIOKIMIAUntuk reaksi: A + B — • C + D Reaksi Multisubstrat Sewaktu enzim membentuk kompleks dengan Sebagian besar enzim, seperti heksokinase, m e m i l i k i lebih dari satu substrat, dan tem- kedua substrat pat pengikatan substrat tumpang-tindih di tempat aktif U n t u k beberapa enzim, terda- pat urutan pengikatan substrat yang teratur, d a npengikatan substrat pertama meng- Peningkatan ubah konformasi e n z i m melalui suatu cara yang m e m u n g k i n k a n pengikatan substrat konsentrasi B kedua. (substrat kedua) Apabila suatu e n z i m memiliki lebih dari satu substrat, urutan pengikatan substrat dan pelepasan produk mempengaruhi persamaan kecepatan. Akibatnya,nilai yang t a m p a k (Km,app) m u n g k i n b e r g a n t u n g p a d a k o n s e n t r a s i k o s u b s t r a t ( G b r . 9 . 2 6 ) . N a - mun, seperti pada heksokinase, ketergantungan kecepatan pada konsentrasi satu sub- strat pada konsentrasi konstan kosubstrat, misalnya A T P , sering menghasilkan kurva Michaelis-Menten yang sederhana. ^m.app INHIBISI REVERSIBEL DI T E M P A T AKTIFGbr. 9.26. Gambar grafik Lineweaver-Burk Suatu inhibitor enzim adalah senyawa yang menurunkan kecepatan reaksi melaluiuntuk reaksi dua-substrat di mana A dan B diu- pengikatan dengan enzim. Inhibitorreversibel adalah senyawa yang tidak berikatanbah menjadi produk. Dalam grafik, 1/[A] secara kovalen dengan enzim d a ndapat terlepas dari enzim dengan kecepatan yangdiplotkan terhadap l/v untuk tiga konsentrasi bermakna. Semua produk, misalnya, adalah inhibitor reversibel bagi enzim yangkosubstrat yang berlainan, [B],2[B],dan 3[B]. menghasilkan mereka. N a m u n , pada banyak kasus, inhibisi tidak terjadi pada konsen-Seiring dengan peningkatan konsentrasi B , t i - trasi fisiologis produk.t i k p o t o n g d i absis, setara d e n g a n l/ATm.app,m e n i n g k a t . AT^.app a d a l a h b e r a p a p u n k o n - Inhibisi Kompetitifsentrasi kosubstrat, inhibitor, atau faktor lainyang ada. Inhibitor reversibel yang berikatan dengan tempat aktif enzim dapat bersifat kompeti- t i f , n o n k o m p e t i t i f , a t a u uncompetitive d a l a m k a i t a n n y a d e n g a n s u b s t r a t r e a k s i ( G b r . 9 . 3 : U n t u k m e n g h i t u n g ^ /V^^, 9.27). Inhibitorkompetitif \"berkompetisi\" dengan substrat untuk menempati tempat bagilah kedua sisi persamaan pengikatan substrat, dan berikatan dengan bentuk e n z i m yang sama dengan yang dila- Michaelis-Menten dengan l/^^,, kukan substrat. Inhibitorini biasanya adalah analog struktural yang erat dari substratdan ganti nilai-nilai untuk S d a n k e da- yang i asaingi. Peningkatan konsentrasi substrat dapat mengatasi inhibisi kompeti-lam persamaan. Hasilnya adalah tif—sewaktu konsentrasi substrat ditingkatkan k ekadar yang cukup tinggi, tempat pengikatan substrat ditempati oleh substrat dan tidak ada m o l e k u linhibitoryang dapat [S] = 0.992 terikat. Oleh karena itu, inhibitor kompetitif meningkatkan enzim, tetapi tidakK^+[S] 0,04 + 5 K^3x (Gbr. 9.28). K a r e n a v/ s e t a r a d e n g a n k o n s e n t r a s i Inhibisi NonkompetitifE S , d a n p a d a V^^^ s e m u a e n z i m t e r d a p a tdalam bentuk E Sd a n dapat membentuk Sebaliknya, inhibisi nonkompetitif dalam kaitannya dengan substrat terjadi apabilaproduk, fraksi enzim total yang terdapat inhibitor tidak bersaing dengan substrat untuk menempati tempat pengikatan yangs e b a g a i E S = vJV^^^ = 0 , 9 9 2 . sama pada enzim. Inhibitordapat berikatan dengan enzim dengan atau tanpa kebera- daan substrat, dan peningkatan konsentrasi substrat tidak dapat mencegah pengikatan 9.4: Dari persamaan Michaelis- inhibitor. Inhibitormengakibatkan penurunan konsentrasi enzim aktif Inhibitor non- Menten, kecepatan heksoki- k o m p e t i t i f a k a n s e l a l u m e n g u b a h Vmax e n z i m , d a n d a p a t m e n g u b a h Km,app m e l a l u i nase pada 5 m M glukosa adalah pengikatan dengan afinitas berbeda dengan bentuk enzim yang berbeda pula (Gbr.9 9 , 2 % d a r i V^^^, d a n k e c e p a t a n p a d a 1 0 9.28).m M g l u k o s a a d a l a h 9 9 , 6 % d a r i V^^^ ( p e -ningkatan sebesar 0,4%). Dari grafik, ke- I n h i b i s i Uncompetitivecepatan glukokinase meningkat dari 4 0 %1/^3, p a d a 5 m M m e n j a d i 7 0 % V^^^ p a d a 1 0 S u a t u i n h i b i t o r j u g a d a p a t b e r s i f a t uncompetitive d a l a m k a i t a n n y a d e n g a n s u b s t r a tm M glukosa. Berdasarkan perbandingan p a d a r e a k s i m u l t i s u b s t r a t . I n h i b i t o r uncompetitive h a n y a b e r i k a t a n d e n g a n k o m p l e k sini, h a n y a kecepatan glukokinase y a n g e n z i m - s u b s t r a t . I n h i b i s i uncompetitive s e r i n g t e r j a d i p a d a e n z i m y a n g m e m i l i k i u r u t -dapat meningkat sampai tihgkat yang ber- an pengikatan substrat yang teratur. Substrat pertama yang terikat menyebabkan peru-m a k n a setelah diet tinggi karbohidrat. Si- bahan konformasi yang \"membuka\" tempat pengikatan kedua bagi kosubstrat atau in-fat glukokinase ini m e m u n g k i n k a n k e - h i b i t o r . I n h i b i t o r uncompetitive m e n u r u n k a n d a n F m a x .lebihan glukosa diserap oleh hati untuk di-fosforilasi d a n disimpan sebagai glikogensetelah diet tinggi karbohidrat.

BAB 9 / ENZIM 117ENZIM ALOSTERIK DAN PENGATURAN UMPAN-BALIK • Inhibisi produk dapat berperan dalam kontrol pengaturan suatuInhibitor alosterik menimbulkan efek yang jauh lebih kuat pada kecepatan enzim dari- jalur metabolisme. Misalnya, ke-p a d a i n h i b i t o r k o m p e t i t i f , n o n k o m p e t i t i f , a t a u uncompetitive, d a n t i d a k h a r u s m i r i pdengan substrat reaksi. E n z i m alosterik juga dapat memiliki aktivator, senyawa yang c e p a t a n h e k s o k i n a s e I di dalam s e l darahmeningkatkan kecepatan enzim. Sifat enzim alosterik ini penting untuk pengaturanjenis jalur metabolik tertentu. merah diatur oleh konsentrasi produknya,Enzim Alosterik glukosa 6-fosfat. Gugus fosfat pada glu-Enzim alosterik mengikat aktivator dan inhibitordi tempat yang terpisah dari tempat k o s a 6-fosfat m e n y e b a b k a n zat ini menjadiaktif (tempat alosterik).Efektor alosterik (aktivatordan inhibitoralosterik) mengubahatau menstabilkan konformasi enzim melalui suatu cara yang mempengaruhi tempat inhibitor kompetitif dalam kaitannyaaktif (katalitik) (Gbr. 9.29). Perubahan konformasi pada posisi rantai sisi asam aminod i t e m p a t a k t i f ( k a t a l i t i k ) i n i dapat m e m p e n g a r u h i p e n g i k a t a n substrat dan/atau Fmax dengan A T P , dan inhibitor nonkompetitifreaksi. dalam kaitannya dengan glukosa. Dengan Enzim alosterik memiliki subunit multipel dan memperlihatkan kerja sama posi-tif; pengikatan substrat k etempat aktif di salah satu subunit m e m p e r m u d a h pengikat- demikian, inhibisi oleh glukosa 6-fosfatan substrat k e satu atau lebih subunit sisanya (lihat Hemoglobin, Bab 8). Aktivatoralosterik mengubah enzim menjadi aktif, atau menstabilkan keadaan aktif enzim, se- tidak dapat s e c a r a total diatasi dengan pe-hingga mempermudah pengikatan substrat k e subunit mereka sendiri atau d i subunitl a i n . A k i b a t n y a , k u r v a s i g m o i d Vi v e r s u s [ S ] y a n g k h a s p a d a e n z i m a l o s t e r i k m e n j a d i ningkatan kadar glukosa darah.l e b i h s e p e r t i h i p e r b o l a r e k t a n g u l a r d a n So,5 m e n u r u n . I n h i b i t o r a l o s t e r i k m e n g i k a t e n -zim alosterik di tempat alosteriknya sendiri yang terpisah, atau d i tempat aktivator Reaksiatau substrat, dan menstabilkan bentuk inaktif enzim. Inhibitor alosterik meningkat-kan j u m l a h aktivator atau substrat yang diperlukan untuk menjenuhkan atau mensta- ^\"/^ [ Kedua substrat berikatanb i l k a n b e n t u k a k t i f e n z i m . A k i b a t n y a , i n h i b i t o r a l o s t e r i k m e n i n g k a t k a n So,5 d a n / a t a u Enzimm e n u r u n k a n Fmax-Inhibisi Umpan-balik dan Enzim Alosterik KP) Cl bersifat kompetitif berkenaan dengan APengaturan umpan-balik mengacu kepada keadaan dimana produk akhir suatu j alurmetabolisme mengontrol kecepatan sintesisnya sendiri (Gbr. 9.30). Jenis pengaturan NI tidak bersifat kompetitifini, seperti jenis pengaturan lain, biasanya berlangsung pada tahap pertama yang dila- berkenaan dengan Akukan jalur bersangkutan, atau d ilangkah awal pada jalur. Pengaturan ini juga terjadidi titik-titik percabangan metabolik. Gbr. 9.27. Inhibisi kompetitif atau nonkompe- titif dalam kaitannya dengan suatu substrat. A Pada inhibisi umpan-balik, hasil akhir suatu jalur metaboHsme menghambat, atau dan B adalah substrat untuk reaksi. Enzimsuatu metabolit terkait mengaktifkan, enzim pengatur pada jalur bersangkutan. memiliki tempat pengikatan yang terpisah un-Pengaturan umpan-balik sering memanfaatkan sifat e n z i m alosterik karena inhibitor tuk masing-masing substrat, yang terletakatau aktivator alosterik tidak harus mirip dengan substrat atau berikatan di tempat ak- bertumpang-tindih di tempat aktif Inhibitortif Lagi pula, perubahan kecil pada konsentrasi aktivator atau inhibitordapat m e n i m - kompetitif (Cl) bersaing untuk menempatibulkan efek yang sangat kuat pada kecepatan enzim. Aktivator terlibat dalam inhibisi tempat pengikatan A , substrat yang palingumpan-balik apabila konsentrasinya d idalam sel berhubungan terbalik dengan kon- mirip dengannya. N I adalah inhibitornonkom-sentrasi produk akhir, yaitu, konsentrasi aktivator meningkat sewaktu konsentrasi petitif dalam kaitannya dengan substrat A , danproduk akhir jalur bersangkutan rendah. A dapat tetap menempati tempat pengikatan- nya walaupun terdapat N I . Namun, N I adalah Pengaktifan dan inhibisi alosterik bukan satu-satunya mekanisme yang terlibat da- inhibitor kompetitif dalam kaitannya dengan Blam pengaturan umpan-balik. Produk akhir suatu jalur juga dapat mengontrol sintesis karena N Imenempati tempat pengikatan B .dirinya dengan menginduksi atau menekan gen untuk transkripsi enzim dengan kece- S e b a l i k n y a , s u a t u i n h i b i t o r y a n g uncompetitivep a t a n t e r b a t a s (rate-limiting enzyme) p a d a j a l u r b e r s a n g k u t a n . P e n g a t u r a n j e n i s i n i dalam kaitannya dengan A dapat mirip denganjauh lebih lambat untuk berespons terhadap perubahan keadaan dibandingkan dengan N I , tetapi inhibitor tersebut hanya dapat me-pengaturan alosterik. nempati tempat B setelah A terikat.FOSFORILASIBanyak hormon menggunakan pengaruhnya terhadap enzim dengan mengatur aktivi-tas protein kinase. Protein kinase biasanya m e m i n d a h k a n sebuah fosfat dari A T P k egugus hidroksil residu serin atau tirosin spesifik pada protein sasaran (target) (Gbr.9.31). Oleh karena itu,kinase diklasifikasikan sebagai suatu protein kinase serin atau

1 18 BAGIAN II/ DASAR-DASAR KIMIAWI D A N BIOLOGIS BIOKIMIAA. Inhibisi Kompetitif B. Inhibisi Nonkompetitif MurniE +S ^ E~S + P E +S ^ E- S-^PE- 1 E-IGbr. 9.28. Gambar grafik Lineweaver-Burkuntuk inhibisi kompetitif p o t o n g d i o r d i n a t , 1/Fn,ax,app a t a u 1/F'niax, t e t a p i t i d a k m e m p e n g a m h idan nonkompetitif m u m i . A . l/v, versus 1/[S] dengan adanya suatu i n - \/Km. I n h i b i t o r n o n k o m p e t i t i f m u m i b e r i k a t a n d e n g a n E d a n E S d e -hibitor kompetitif Inhibitor kompetitif mengubah titik potong di absis. ngan afinitas setara. Apabila inhibitor memiliki afinitas yang berbedaT i t i k p o t o n g b a r u a d a l a h 1 /K^^app 0\"uga d i s e b u t 1 / ^ ' ^ ) . I n h i b i t o r k o m p e - terhadap E dan E S , garis akan berpotongan di atas atau di bawah absis,t i t i f t i d a k m e m p e n g a m h i V^^^. B . l / v j v e r s u s 1 / [ S ] d e n g a n a d a n y a i n - d a n i n h i b i t o r n o n k o m p e t i t i f a k a n m e n g u b a h b a i k K'^n m a u p u n V'^.hibitor nonkompetitif mumi. Inhibitor nonkompetitif mengubah titik Isositrat dehidrogenase adalah protein kinase tirosin. Fosfat adalah residu besar bermuatan negatif yang berinteraksi suatu enzim pengatur alosterik dengan residu asam amino lain d idekatnya pada protein untuk menimbulkan peru- pada siklus a s a m trikarboksilat, bahan konformasi d itempat katalitik aktif Perubahan konformasi ini dapat menye-suatu jalur yang mengambil energi dari ok- babkan enzim menjadi lebih aktif atau kurang aktifsidasi bahan bakar untuk membentuk A T Pdari A D P . A T P dapat dianggap sebagai Glikogen fosforilase, yang mengkatalisis degradasi glikogen menjadi glukosa 1-produk akhir jalur tersebut. Sewaktu kon- fosfat, adalah salah satu contoh enzim yang diatur oleh fosforilasi (Gbr. 9.31). Aktivi-sentrasi A T P di dalam s e l mulai naik, kon- tas glikogen fosforilase kinase, e n z i m y a n g m e m i n d a h k a n sebuah fosfat dari A T P k esentrasi A D P mulai menurun. A D P adalah glikogen fosforilase, dipengaruhi oleh kadar insulin, glukagon, dan hormon lain da-aktivator alosterik isositrat dehidrogenase, lam darah. Fosforilasienzim adalah mekanisme utama yang digunakan oleh hormondan sedikit saja terjadi penurunan konsen- untuk mengontrol kecepatan jalur metabolisme.trasi ADP akan menyebabkan penurunanaktivitas enzim. Dengan demikian, penga- PROTEIN MODULATORturan umpan-balik pada siklus a s a m trikar-boksilat dilakukan oleh suatu aktivator Protein modulator adalah protein yang mengatur aktivitas protein lain melalui per-alosterik. ubahan konformasi atau rintangan sterik yang terbentuk melalui pengikatan atau penguraian. Protein ini dapat mengaktifkan atau menghambat enzim yang diikatnya. Ca^\"^-kalmodulin, misalnya, adalah protein modulator yang mengikat sejumlah pro- tein sebagai suatu subunit yang dapat lepas dan mengubah aktivitasnya(Gbr. 9.32). Salah satu enzim yang diaktifkan oleh Ca^^-kalmodulin adalah glikogen fosfori- lase kinase, enzim yang sama yang diatur oleh fosforilasi yang diaktifkan oleh hor- m o n (lihat Gbr. 9.31). Sewaktu kalmodulindiaktifkanoleh Ca^^ yang dibebaskan dari retikulum sarkoplasma sewaktu otot berkontraksi, Ca\"^-kalmodulinmengikat gliko- gen fosforilase kinase otot dan mengaktifkannya. Akibatnya,glikogen otot diuraikan menjadi glukosa 1-fosfat selama olahraga untuk m e m b e r i bahan bakar bagi otot.

BAB 9 / ENZIM 1 1 9 A. Sebuah model enzim alosterik R <rr^ <rr^.tSubstrat ^ Aktivator Mnhibitor ^Aktivator Substrat Sebagian besar protein yang terlibat dalam pembekuan da- 1.0 + Aktivator rah, misalnya fibrinogen dan Tanpa aktivator atau inhibitor protrombin, adalah zimogen. Aktivitas mereka dikontrol melalui reaksi pemutus- / an oleh enzim yang melekat ke tempat /+IntiilMtor cedera (lihat Gbr. 9.11). 0.5 /j ' y. 1.0 2.0G b r . 9.29. Model enzim alosterik. Enzim ini memiliki dua subunit identik, masing-masing Serin mengontrol kecepatan sin-mengandung tiga tempat pengikatan; satu untuk substrat (s), satu untuk aktivator alosterik (se- tesisnya sendiri dari glukosagitiga abu-abu), dan satu untuk inhibitor alosterik (bentuk garpu l)ercabang dua). Enzim melalui induksi/represi trans-memiliki dua konformasi, konfomiasi aktif rileks (R) dan konformasi inaktif (T). Pengikatan kripsi gen untuk 3-fosfogliserat dehidroge-substrat ke tempat pengikatannya menstabilkan konfonnasi aktif sehingga substrat kedua se- nase, suatu enzim pengatur dalam jalurgera terikat dan menghasilkan respons sigmoid vJVtt^ terhadap konsentrasi substrat. Aktivator bersangkutan.berikatan hanya dengan tempat aktivatomya sewaktu enzim berada dalam konfigurasi R. Tem-pat pengikatan inhibitor terbuka hanya ^ a b i l a enzim berada dalam keadaan T . Akibat pemba-tasan ini, grafik vJVjj^ menjadi hiperbolik dengan adanya aktivator, dan bentuk grafik lebihsigmoid karena So,5 yang lebih tinggi dengan adanya inhibitor. Inhibisi umpan-balikenzimi enzim 6 ^ F •G InNbisi produkG b r . 9 3 0 . Pola umum untuk inhibisi umpan-balik pada jalur metabolisme. Huruf-huruf me-wakili senyawa yang terbentuk dari berbagai enzim dalam jalur reaksi. Senyawa B terletak di ti-tik percabangan metabolik; senyawa ini dapat melewati satu jalur menjadi E , atau jalur lainmenjadi G . Produk akhirjalur. E , dapat mengontrol sintesis dirinya dengan menghambat enzim2, tahap pertama yang dilakukan pada jalur tersebut, secara alosteris. Akibat inhibisi umpan-balik, B menumpuk. Akibatnya, makin banyak B yang masuk kejalur untuk perubahan menjadiG , yang dapat merupakan jalur penyimpanan atau pembuangan. Dalam jalur hipotetis ini, Badalah inhibitor produk enzim 1, kompetitif dalam kaitannya dengan A .

1 2 0 BAGIAN II/ DASAR-DASAR KIMIAWI D A N BIOLOGIS BIOKIMIA glikogen glikogenfosforilase b fosforilase aktif penuh \"O glikogen fosforilase aGbr. 9.31. P e n g a k t i f a n g l i k o g e n fosforilase o l e h f o s f o r i l a s i dan A M P . di masing-masing subunit. Fosforilasi atau pengikatan A M P ke tempatGlikogen fosforilase otot adalah suatu dimer yang terdiri dari dua alosteriknya menyebabkan perubahan konformasi di tempat aktif yangsubunit identik. E n z i m ini dapat diaktifkan oleh aktivator alosteriknya mengubah enzim ke bentuk yang hampir sepenuhnya aktif Proses per-A M P , atau oleh fosforilasi di residu serin spesifik. Glikogen fosforilase tama di satu subunit mempermudah proses selanjutnya yang mengubahkinase dapat memindabkan sebuah fosfat dari A T P ke satu residu serin enzim menjadi bentuk aktif sepenuhnya. PEMUTUSAN PREKURSOR Regio fleksibel Sejumlah enzim proteolitikyang ditemukan d idalam darah atau dalam saluran cerna di antara ranah-ranah berada sebagai protein prekursor, yang disebut zimogen, yang harus diputuskan agar menjadi aktif Sintesis enzim proteolitik dalam bentuk prekursor enzim proteolitik mengkatalisis reaksi d i dalam seltempat enzim proteolitik tersebut disintesis. M i - salnya, kimotripsin disekresikan oleh pankreas sebagai kimotripsinogen. Kimotrip- sinogen diaktifkan d isaluran cerna oleh enzim proteolitik tripsin, yang memutuskan sebuah peptida kecil dari regio terminal-N.Pemutusan ini mengubah konformasi en- z i m d a nmenghasilkan celah pengikatan untuk substrat. N a m a protein prekursor memilik awalan \"pro,\" misalnya protrombin, atau akhiran \"ogen,\" misalnyakimotrip- sinogen. JUMLAH ENZIM YANG TERSEDIAGbr. 9.32. K a l s i u m - k a l m o d u l i n m e m i l i k i e m - Jaringan secara terus-menerus menyesuaikan kecepatan sintesis protein untuk m e n g u b a h j u m l a h e n z i m y a n g tersedia. Ekspresi Vmax d a l a m persamaan Michaelis-pat tempat pengikatan untuk kalsium (diperli- Menten memasukkan konsep bahwa kecepatan suatu reaksi sebanding dengan jumlah enzim yang tersedia. M e k a n i s m e bagaimana kecepatan sintesis protein diubah-ubah,hatkan bulatan berwarna abu-abu). m i s a l n y a i n d u k s i / r e p r e s i t r a n s k r i p s i g e n a t a u s t a b i l i s a s i R N A messenger, dicakup d i bagian berikutnya buku ini.Kemampuan kalsium membentuk suatu ling- Isoenzimkup koordinasi multiligan dengan sejumlah gu- Isoenzim (isozim) mengkatalisis reaksi yang sama, tetapi memiliki urutan asamgus pada protein memungkinkan kalsium amino yang berbeda dan sifat yang berbeda. Perbedaan sifat di antara isoenzim ini bi- asanya merupakan cerminan dari peran yang berbeda untuk isoenzim dijaringan yangmenciptakan perubah-an konformasi besar berbeda, tahap perkembangan yang berbeda, atau kompartemen intrasel yang ber- beda. (Misalnya, pola distribusi isozim heksokinase dan glukokinase mencerminkanpada kalmodulin dan protein pengikat-kalsium perlunya seldarah merah dan jaringan tertentu lainnya agar tidak bergantung pada variabilitas konsentrasi glukosa darah). Bagi beberapa enzim, juga terdapat isozimlainnya. Terdapat sebuah regio fleksibel yang janin yang menyesuaikan kebutuhan metabolik selyang b e l u m berdiferensiasi sem- purna. Isozim yang ditemukan pada selkanker sering serupa atau identik denganmenghubungkan duaranah yang memperke- isozim janin. Apabila terdapat suatu reaksi yang berlangsung baik d ikompartemen sinankan protein membentuk lipatan dan mengi-kat protein lain apabila terdapat kalsium. DariBiochemistry 4 / E o l e h S t r y e r . H a k c i p t a ©1995 oleh Lubert Stryer. Digunakan dengani z i n W. H. Freeman and Company.

BAB 9 / ENZIM 121tosol maupun mitokondria sel tersebut, reaksi tersebut biasanya dikatalisis oleh iso- Isozim kreatin kinase di dalam darahzim yang berlainan. CK-3 Eksistensi isozim spesifik-jaringan dapat dimanfaatkan sebagai sarana diagnostikuntuk menentukan lokasi cedera jaringan (Gbr. 9.33). Misalnya, isozim kreatin fos-fokinase ( C K ) sitosol terdiri dari 2 subunit, yang m u n g k i n berupa tipe otak (B) atauotot ( M ) .Isozim otak adalah suatu dimer dari 2 subunit B ( B B ) ,dan otot rangka teru-tama mengandung isozim yang dibentuk dari 2 subunit M ( M M ) .Jaringan jantungmengandung isozim M M dan merupakan satu-satunya jaringan yang memiliki isozimcampuran M B . Munculnya isozim M B di dalam darah adalah khas bagi kerusakan ja-ringan jantung akibat infark miokardium. .Wpm K O M E N T A R K L I N I S . Sloe Klotter m e n d e r i t a h e m o f i l i a A , g a n g g u a nl ^ p : ^ serius pada pembekuan darah yang paling sering dijumpai, d a n dijumpaimkjffm p a d a 1 d a r i s e t i a p 1 0 . 0 0 0 p r i a . P a d a s e b a g i a n b e s a r p e n d e r i t a , p e n y a k i t Normal CK-3ditentukan secara genetik dengan pola pewarisan terkait-X.Manifestasi hemofiliaA yang paling sering ditemukan adalah gejala akibat perda-rahan k edalam jaringan lunak misalnya otot atau k edalam rongga-rongga tubuh m i -salnya rongga peritoneum atau l u m e n saluran cerna. Apabila terjadi perdarahan ber-ulang k edalam sendi (hemartrosis), sendi akhirnya dapat mengalami deformitas dantidak dapat digerakkan.Dahulu, episode perdarahan ditatalaksana terutama dengan pemberian FaktorVIII, kadang-kadang disebut sebagai kofaktor antihemofilia. Preparat ini, yangdiperoleh dari banyak donor manusia, membawa risikopencemaran darah donor olehberbagai virus misalnya hepatitis dan H I V .Faktor V I I I rekombinan, yang bebas daririsiko pencemaran tersebut, sekarang tersedia di pasaran. N a m u n , perluasan penggu-naannya mungkin terhambat oleh harganya yang mahal.Al Martini dirawat di r u m a h sakit setelah diberikan t i a m i n intravena yang d i m u l a id e n g a n d o s i s 1 0 0 m g / h a r i . ( A s u p a n d i e t y a n g d i a n j u r k a n a t a u (RecommendedDietaryAllowance [RDAJ) a d a l a h s e k i t a r 0 , 5 m g / 1 . 0 0 0 k a l y a n g d i m a k a n ) . G a g a l j a n t u n gkongestif A l Martini dipercayai disebabkan, sebagian, oleh kardiomiopati (disfungsi Pasien 24 jam setelah infark miokardiumotot jantung) akibat defisiensi tiamin akut yang dikenal sebagai penyakit jantung beri- Gbr. 9.33. Pemisahan isozim kreatin kinaseberi. Gangguan jantung dan disfungsi saraf perifer akibat gizi inibiasanya berespons serum secara elektroforetis dari seorang de- wasa normal dan seorang penderita yangterhadap penggantian tiamin. ^. terkena infark miokardium 2 4 j a m sebe- lumnya. Kreatin kinase mengkatalisis pemin- D a l a m 2 hari setelah pemberian terapi alopurinol,kadar asam urat serum Yves To- dahan reversibel sebuah fosfat dari A T P kepaigne m u l a i t u r u n . Beberapa m i n g g u k e m u d i a n , kadar d i d a l a m darah k e m b a l i nor- kreatin untuk membentuk fosfokreatin danmal. I abebas serangan artritis gout (pirai) lebih lanjut d a ntidak memperlihatkan A D P . Reaksi ini merupakan suatu bagian pen-gejala yang mengisyaratkan pembentukan batu ginjal asam urat. ting dalam metabolisme energi di jantung, otot, dan otak. Kreatin kinase ( C K ) terdiri dari dua Untuk manusia, dosis letal malation oral diperkirakan adalah 1g/kg berat badan. subunit, M atau B. Dapat ditemukan tiga pa-Dennis Livermore dapat mengatasi intoksikasinya karena i am e n e l a n bahan k i m i a sangan subunit yang berbeda: B B (atau C K - 1 ,ini dalam j u m l a h kecil, karena i amuntah segera setelah menelan bahan tersebut, dan ditemukan diotak), M B (atau CK-2, ditemu-karena dokter di unit gawat darurat m a m p u mengantagonis efek asetilkolinyang ber- kan hanya dijantung), danM M (atau CK-3,lebihan yang m e n u m p u k di reseptor kolinergikdi seluruh tubuhnya. Pemberian intra- ditemukan di otot rangka dan otot jantung).vena atropin, suatu agen antikolinergik(antimuskarinik), merupakan obat utama yang Ketiga isoenzim ini terdapat d idalam sitosoldigunakan untuk tujuan ini. atau berikatan dengan struktur miofibril dan di- lepaskan k edalam darah apabila terjadi keru- Setelah pemberian intravena beberapa hari, gejala dan tanda kelebihan asetilkolin sakan jaringan. Isoenzim di dalam darah dapatberkurang d a nterapi secara bertahap diturunkan. Dennis kemudian pulih tanpa ke- dipisahkan dengan elektroforesis, sehinggasulitan. jumlah masing-masing isoenzim dapat ditentu- kan. Munculnya C K - 2 didalam darah adalah William Hartman tetap dirawat d ir u m a h sakit setelah mengalami serangan jan- diagnostik untuk suatu infark miokardiumtung sampai kadar e n z i m kreatin kinase k e m b a l i k e n o r m a l dan ia bebas n y e r i dada se- karena jantung adalah satu-satunya jaringanlama 7 hari. I adipulangkan dengan diet rendah lemak dan diminta ikut serta dalam yang mengandung C K - 2 dalam jumlah ber-program olahraga penderita rawat-jalan untuk para penderita yang baru pulih dari se- makna, -ve = katoda; +ve = anoda.rangan jantung. I adijadwalkan untuk dikontrol secara berkala oleh dokternya.

1 2 2 BAGIAN II / DASAR-DASAR KIMIAWI DAN BIOLOGIS BIOKIMIAnan pemeriksaan atas konsentrasi K O M E N T A R B I O K I M I A . Protein P e m b e k u a n D a r a h . Kerusakan pem- buluh darah mencetuskan tiga urutan peristiwa untuk memperbaiki cederaP^Zl kreatin kinase ( C K ) total dan • dan mencegah kehilangan darah; vasokonstriksi untuk menurunkan aliran0 ^ 5 1 subunit MB (CK-2) dalam serum darah, penggumpalan trombosit di tempat cedera, dan agregasi protein fibrin mem-Bill Hartman memperlihatkan hasil seba- bentuk suatu jaringan tidak larut, atau bekuan darah, di tempat robekan. Hemostasis, mempertahankan volume darah yang konstan, memerlukan pengaktifan koagulasi da-gai berikut: rah yang cepat, lokalisasi bekuan ke tempat robekan pembuluh darah, dan penghen- tian proses secara cepat apabila bekuan telah terbentuk. Protein yang terlibat dalamSaat dirawat: 182 unit/L (rentang pengaktifan pembekuan darah, misakiya Faktor V I I I dan trombin, diklasifikasikan ke CK acuan = 38-174 unit/L) dalam tiga golongan: protease, kofaktor protein, dan protein pengatur. 6.8% (rentang acuan Fraksi C K - 2 < 5 % C K total)12«jam setelah dirawat: JENJANG PEMBEKUAN DARAH C K 228 unit/L Fraksi CK-2 8% Pembekuan darah terdiri dari suatu urutan atau jenjang reaksi di mana zimogen di- ubah menjadi protease dan kofaktor aktif melalui pemutusan satu atau lebih ikatan24 jam setelah dirawat: peptida mereka (Gbr. 9.34). Misalnya, Faktor I X a , yang merupakan suatu protease C K 286 unit/L serin, mengaktifkan Faktor I X , yang juga merupakan suatu protease serin, dengan me- Fraksi CK-2 10,8% mutuskan Faktor I X menjadi Faktor IXa. Pengaktifan yang cepat dan percepatan yang sangat besar dari kecepatan pembentukan bekuan terjadi karena, di setiap tahapan jen-Kedua nilai kembali ke normal dalam 4 hari jang, 1 molekul enzun membentuk banyak molekul enzim aktif yang mengkatalisissetelah pasien dirawat di rumah sakit. tahapan jenjang selanjutnya. Jenjang ini berakhir pada pemutusan protrombin men- jadi trombin, yang mengubah fibrinogen menjadi fibrin dan Faktor X I I I menjadi Fak- tor X I I I a . Fibrin berkumpul untuk membentuk \"bekuan lunak,\" yang kemudian mengalami ikatan silang oleh Faktor XIIIa. Faktor X I I I a adalah transglutaminidase yang menghasilkan ikatan peptida antara bagian glutamil dari glutamin pada satu monomer fibrin dan residu lisin pada monomer lainnya. Jalinan serat fibrin ini me- nangkap gun^alan trombosit dan sel lain, membentuk trombus atau bekuan darah yang menyumbat kebocoran pada jaringan vaskular. P E R A N VITAMIN K PADA PEMBEKUAN DARAH Vitamin K dibutuhkan untuk pembekuan darah normal. Vitamin ini berfungsi sebagai kofaktor oksidasi-reduksi untuk enzim yang membentuk residu y-karboksiglulamat pada sejumlah protein pembekuan darah (Gbr. 9.36). Epoksida vitamin K yang terbentuk selama reaksi diubah kembali menjadi vitamin K tereduksi dalam suatu langkah dua-enzim yang dikatalisis oleh epoksida reduktase. Obat terapeutik dalam golongan dikumarol, misalnya warfarin, menuakan analog vitamin K yang meng- hambat pembekuan darah dengan menghambat y-karboksilasi protein koagulasi (Gbr. 9.37). FIBRINOLISIS Apabila bagian jaringan vaskular yang rusak telah diperbaiki, bekuan darah tidak lagi dibutuhkan dan dilisiskan oleh plasmin, suatu protease serin yang mampu memutus- k a n fibrin dalam bekuan darah (Gbr. 9.38). Plasmin dibentuk dari prekursor inaktif- nya, plasminogen, oleh aktivator plasminogen jaringan (TPA). Aktivator plasmi- nogen jaringan mengikat plasminogen dan fibrin, sehingga plasmin dibebaskan se- cara langsung pada bekuan. Bacaan Anjuran Dressler D . Pbttcr H. EHscovenng enzymes. Scicntific Amcncan Libraiy. New Yofk: W H Freemm, 1991. Fersht A . Enayme stnicturc and mcchanisms, ed2. New York: W H Freeman, 1985. Leracr RA. Catalytic antibodies: thc concept and the promise. Hosp Pract 1993:(Jul 15):53. Pflkis SJ, Webcr IT, Hanrison R W , B d l GI. Glucoldnase: stnictural analysis of a protein involvcd in suscepdbility to diabe- tes. J Biol Chem 1994^69:21925-21928. Sdiramm V L , Horenstein B A , Kline PC. Transition state analysis and inhibitor design for enzymatic reactions. J Biol Chcm 1994;269:18259-18262 Symons RH. Small catalytic RNAs. Annu Rev Biochem 1992;61:641 -671.

Jalur Intrinsik Jalur Ekstrinsik BAB 9 / ENZIM 1 2 3 TraumaPermukaan jaringan yang rusak Dalam beberapa langkah kunci Vila dalam jenjang pembekuan da- Kininogen Faktor jaringan Ml rah, protease terikat ke kom- Kaiikrein pleks yang melekat ke permukaan PL. Ca trombosit yang telah berkumpul di tempat cedera. Faktor VII, IX, X, dan protrombin memiliki s e b u a h ranah di m a n a 1 atau le- bih residu glutamat mengalami karboksi- lasi menjadi y-karboksiglutamat. Ca^* membentuk kompleks koordinasi dengan fosfolipid membran trombosit yang ber- muatan negatif dan y-karboksiiat faktor pembekuan darah. Kofaktor protein mi- salnya faktor jaringan. Faktor VIII, dan Faktor V t e r b e n a m s e b a g i a n di membran, dan berfungsi sebagai \"jaring\" untuk m e n y u s u n kompleks enzim-kofaktor di permukaan trombosit. Misalnya, Faktor VII la di membran membentuk kompleks dengan Faktor iXa, yang melekat ke mem- bran melalui khelasi Ca'\" (Gbr. 9.35). \" n. Protrombin Trombin Jalur I Ia akhir Fibrinogen Agregat-fibrinbersama XIII ^ Pengikatan silang bekuan fibrinGbr. 9.34. Jenjang pembekuan darah. Pengaktifan pembekuan darah terjadi melalui jenjang Trombinproenzim yang secara berurutan mengaktifkan satu sama lain melalui pemutusan proteolitik.Pengaktifan pembentukan bekuan berlangsung melalui dua jalur terpisah, yang disebut jalur in- vWf—VIII ^ • Vllla lXatrinsik dan ekstrinsik. Jalur intrinsik menjadi aktif apabila protein plasma bereaksi dengan sub-endotel yang terpajan akibat kerusakan pembuluh darah. Trombosit dan protein yang disebut Xafaktor von Willebrand berikatan dengan subendotel yang terpajan tersebut, dan trombosit ke-mudian mengikat fibrinogen. Jalur ekstrinsik diaktifkan oleh faktor jaringan ( T F atau Faktor TrombositIII) yang merupakan suatu protein terikat-membran yang terpajan pada permukaan sel setelahtrauma. Trauma juga mengaktifkan perubahan Faktor V I I menjadi Vlla, dan faktor jaringan Agregat.serta Faktor V i l a membentuk suatu kompleks yang memutuskan Faktor X menjadi FaRtor X a .Jalur intrinsik dan ekstrinsik bertemu pada pengaktifan proteolitik Faktor X menjadi X a . Faktor Gbr. 9.35. Faktor V I I I , yang diperlihatkan ber-XII, X I , I X ,V I I , X , dan trombin adalah protease serin. Akhirnya trombin memutuskan fibrino- warna abu-abu, adalah suatu kofaktor protein,gen menjadi fibrin. dan terbentuk bekuan \"lunak\" awal. Faktor XIIIa adalah suatu transgluta- atau protein modulator, dan bukan suatu en-minidase. Faktor VIII dan V adalah kofaktor yang masing-masing membentuk kompleks zim. D idalam darah faktor VIII bersirkulasidengan permukaan endotel dan Faktor I X a dan Xa. Reaksi yang diberi tanda \" P L , C a ' berlang- dalam bentuk berikatan dengan faktor von Wil-sung melalui kofaktor yang terikat k efosfolipid ( P L ) di permukaan sel dalam suatu kompleks lebrand (vWf). Sewaktu trombin memutuskankoordinasi-Ca^^. dan mengaktifkan faktor VIII, faktor von Wil- lebrand terlepas dan berikatan dengan permu- kaan endotel yang robek tempat faktor ini mengaktifkan agregasi trombosit. Faktor V l l l a membentuk suatu kompleks dengan Faktor IXa dan Ca^^-fosfolipid(PL,Ca),yang menem- pati tempat pembentukan bekuan ke pembuluh yang cedera. Hemofilia A , atau hemofilia kla- sik, adalah defisiensi Faktor VIII.

1 2 4 BAGIAN II/ DASAR-DASAR KIMIAWI D A N BIOLOGIS BIOKIMIAV Prozimogen Prozimogen yang telah V mengalami karboksilasi CH2 CH2 ' CO2 : karboksilase CH2 tergantung-vitamin K -cocT !cocr COO\" Residu Y-karboksIglutamat Residu glutamat Epoksida vitamin K Vitamin KH^ (hidrokuinon) O Vitamin K O Epoksida reduktase vitamin K Vitamin K reduktase (Kuinon)Gbr. 9.36. Pembentukan residu y-karboksiglutamat yang dependen v i - Karboksilase yang dependen vitamin K ,yang menambahkan gugustamin K. Trombin (II), Faktor VII, Faktor I X ,dan Faktor X terikatke karboksil ekstra, menggunakan bentuk vitamin K tereduksi (KH2) se-tempat pengaktifan fosfolipid mereka di membran sel oleh Ca^^. Untuk bagai donor elektron dan mengubah vitamin K menjadi suatu epoksida.mengikat kalsium, harus diubah 10 atau lebih residu asam glutamat diujung terminal-amino faktor pembekuan menjadi y-karboksiglutamat Vitamin K direduksi kembali menjadi bentuk aktifnya oleh dua enzim,residu asam amino yang memiliki afinitas tinggi terhadap kalsium. epoksida vitamin K reduktase dan vitamin K reduktase. SOAL OH OH 1 . E f e k s e j u m l a h m u t a s i missense t u n g g a l p a d a s i f a t k i n e t i k g l u k o k i n a s e s e l B p a n - kreas telah berhasil ditentukan. Beberapa di antaranya diringkaskan dalam Tabel 9.5. Dikumarol Tiga yang pertama diperlihatkan dalam tabel adalah pada glukokinase yang disintesis o l e h m u t a g e n e s i s y a n g d i p e n g a r u h i o l e h t e m p a t (site-directed mutagenesis) u n t u k t u -Gbr. 9.37. D i k u m a r o ladalah analog vitamin K juan memeriksa peran asam amino fungsional di tempat aktif Mutasi 4-6 (dan sejum-yang menghambat epoksida vitamin K reduk- l a h b e s a r m u t a s i l a i n n y a ) d i j u m p a i p a d a i n d i v i d u d e n g a n maturity-onset diabetes oftase dan vitamin K reduktase sehingga theyoung ( M O D Y ) . P e r t a n y a a n 1 a - 1 c m e n g a c u k e p a d a G a m b a r 9 . 2 3 d a n m u t a s i y a n gmenghambat pengubahan epoksida vitamin K dijelaskan dalam Tabel 9.5.dan vitamin K menjadi bentuk koenzim tere-duksi. Obat turunan dikumarol, misalnya war- la. Mengapa perubahan pada Asn-204 menjadi glutamin meningkatkan lebih be-farin, mampu menghambat pembekuan darah sar daripada perubahan menjadi serin?sehingga diberikan kepada penderita untukmencegah terbentuknya bekuan. Ib. Perubahan Glu-256 menjadi A l a (mutagenesis yang dipengaruhi oleh tempat [site-directed mutagenesis]) a t a u L y s ( m u t a s i a l a m i ) m e m p e n g a r u h i b a i k A^m m a u p u n Defisiensi vitamin K dapat me- Fmax e n z i m d a l a m c a r a y a n g b e r b e d a . M u t a s i m a n a y a n g p a l i n g m e n u r u n k a n a k t i v i t a s nyebabkan perdarahan y a n g ti- glukokinase pada konsentrasi glukosa 6 m M ? (persamaan Michaelis-Menten mem- dak terkontrol (hemoragia). De- beri perkiraan yang cocok ke data untuk konsentrasi glukosa di atas 5 m M , dan dapatfisiensi akibat makanan pada orang digunakan dalam perhitungan).d e w a s a j a r a n g terjadi k a r e n a bakteri di d a -lam usus menghasilkan sekitar separuh Ic. Mutasi Leu-309-^Pro terjadi d i suatu heliks permukaan yang terletak jauh daridari kebutuhan vitamin K. Namun, saluran t e m p a t a k t i f N a m u n m u t a s i i n i m e n u r u n k a n e n z i m d a n m e n u r u n k a n Vmax- D a p a t -cerna bayi baru lahir steril dan memiliki kah anda membuat postulat untuk menjelaskan hal ini?simpanan vitamin K yang sangat kecil.Bayi biasanya diberi suntikan vitamin K s e - 2. Sampai seberapa rendah konsentrasi glukosa darah harus turun untuk menurunkangera setelah lahir. k e c e p a t a n f o s f o r i l a s i g l u k o s a d i d a l a m e r i t r o s i t s a m p a i 9 0 % F„,ax? ( A n g g a p l a h b a h w a persamaan Michaelis-Menten dapat diterapkan).

BAB 9 / ENZIM 125 PlasminogenTabel 9.5. Mutasi pada Glukokinase' (mM) TPA 6Enzim (unlt/mg) Plasmin 8 93Glukokinase sel B asli 57 Bekuan Produk 456 38 fibrin degradasi fibrinMutasi yang dipengamhi tempat 6(site-directed mutations): 92 2 yang larut1) Asn-204 -> S e r 2,22) Asn-204 Gin 0,2 Gbr. 9.38. P l a s m i n , e n z i m y a n g berperan u n -3) Glu-256 -> Ala 110 0,9 tuk melarutkan bekuan, dibentuk melalui pe- 46 mutusan plasminogen oleh enzim aktivatorMutasi yang berkaitan dengan plasminogen jaringan (TPA). T P A memutus-penurunan pelepasan insulin: kan plasminogen menjadi plasmin dan tetap4) Glu-256 -> Lys terikat erat ke plasmin. T P A juga memiliki afi-5) L e u - 3 0 9 - ^ Pro nitas tinggi terhadap fibrin, sehingga mengi-6) S e r - 1 3 1 ^ P r o katkan plasmin ke bekuan fibrin. Sementara terikat k e bekuan, plasmin terlindung dari in-Data dari Pilkis S J , Weber IT, Harrison R W , Bell G L . Glucokinase: structural analysis ofa protein involved in susceptibility to dia- hibitor protease. Apabila bekuan luluh, plas-betes. J Biol Chem 1994:269:21925-21928. min diinaktifkan oleh dua protein lain, a2- antiplasmin dan a2-makroglobulin. In vivo,'Nilai dan U^, diperoleh dengan mencocokkan kurva kecepatan versus konsentrasi substrat yang diukur dengan keberadaan 5 stres, hipoksia, dan sejumlah besar senyawa or-mM ATP ke persamaan Michaelis-Menten. ganik berberat molekul rendah mendorong sin- tesis dan pelepasan T P A dari jaringan ke dalamJAWABAN darah.la. Asn-204 terikat melalui ikatan hidrogen kedua gugus — O H pada molekul glu-kosa. Serin, yang memiliki sebuah rantai sisi — C H 2 O H dibandingkan dengan— C H 2 — C O N H 2 untuk asparagin, m u n g k i n masih m a m p u membentuk ikatan hidro-gen yang sama. Rantai sisi glutamin (CH2CH2CONH2) lebih panjang daripada aspara-gin, sehingga menurunkan kecocokan glukosa k etempat pengikatan glukosa melaluirintangan sterik. Perubahan ini akan mengubah kecepatan pengikatan glukosa d a nm e n i n g k a t k a n k e c e p a t a n d i s o s i a s i n y a , s e h i n g g a m e n i n g k a t k a n ^„i-Ib. U n t u k m e n g h i t u n g Vi u n t u k m a s i n g - m a s i n g e n z i m m u t a n , gantilah nilai S = 6 m M •d a n , Kmax d a n dari tabel k e d a l a m p e r s a m a a n M i c h a e l i s - M e n t e n . Vi u n t u k m u t a n Penderita dengan maturity-Glu-256->Ala adalah 0,0259 unit/mg; vi untuk mutan Glu-256->Lys adalah 0,0122. onset diabetes of tlie youngMutasi Glu-256—>Lys adalah yang terburuk. (MODY) menderita suatu bentuk genetik diabetes melitus y a n g jarang di1 c. K a t a l i s i s o l e h g l u k o k i n a s e m e m e r l u k a n p e r u b a h a n k o n f o r m a s i besar u n t u k m e n u - mana jumlah insulin yang disekresikantup tempat aktif agar air dapat disingkirkan. Perubahan sebuah leusin menjadi prolindapat mempengaruhi konformasi enzim dalam suatu cara yang menyebabkan enzim dari pankreas sangat rendah, yanglebih kuat mengikat glukosa, tetapi menyebabkan perubahan konformasi lebih sulitmenciptakan stabilisasi stadium transisi. Mutasi ini menggambarkan prinsip bahwa menyebabkan hiperglikemia. Penyakitpengikatan substrat yang lebih kuat dapat meningkatkan sawar energi antara k o m -pleks enzim-substrat d a nkompleks stadium transisi. disebabkan oleh mutasi pada gen glukoki- nase pankreas, suatu isozim dekat de- ngan glukokinase hati. Glukokinase ada- lah bagian dari mekanisme yang mengon- trol pelepasan insulin dari pankreas. Penurunan aktivitas glukokinase menye-2 . K o n s e n t r a s i s u b s t r a t p a d a 9 0 % Fmax d a p a t d i p e r o l e h d e n g a n m e n g g a n t i Vi / V m a x = babkan penurunan sekresi insulin untuk0 , 9 0 d a n Km = 0 , 0 4 m M k e d a l a m p e r s a m a a n M i c h a e l i s - M e n t e n , d a n c a r i l a h n i l a i [ S ] .Jawabannya adalah [S] = 0,36 m M . Heksokinase mengkatalisis langkah pertama gli- kadar glukosa darah yang sama.kolisis, jalur metabolisme satu-satunya d i dalam eritrosit yang menghasilkan A T P .Perhitungan ini memperlihatkan kita bahwa kadar glukosa darah harus^turun sampaikurang dari 1 0 % kadar puasa agar terjadi penurunan bermakna kecepatan sintesisA T P d idalam eritrosit.