ENZIM SEBAGAI KATALIS REVIEW PEMBAHASAN LENGKAP

 

Enzim

Enzim adalah biomolekul yang berfungsi sebagai katalis (senyawa yang mempercepat proses reaksi tanpa habis bereaksi) dalam suatu reaksi kimia. Dalam mengkatalisis suatu reaksi enzim bersifat sangat spesifik, sehingga meskipun jumlah enzim dan substrat sangat banyak di dalam sel tidak akan terjadi kekeliruan. Hal ini disebabkan perbedaan struktur kimia tiap enzim yang bersifat tetap. Sebagai contoh, enzim α-amilase hanya dapat digunakan pada proses perombakan pati menjadi glukosa.

Nama enzim sering kali diturunkan dari nama substrat ataupun reaksi kimia yang dikataliskan dengan akhiran -ase. Contohnya adalah laktase, alkohol dehidrogenase (mengatalisis penghilangan hidrogen dari alkohol), dan DNA polimerase. International Union of Biochemistry and Molecular Biology telah mengembangkan suatu tatanama untuk enzim, yang disebut sebagai nomor EC, dimana tiap-tiap enzim memiliki empat digit nomor urut sesuai dengan ketentuan klasifikasi yang berlaku. Nomor pertama untuk klasifikasi teratas enzim didasarkan pada ketentuan berikut : EC1 (Oksidoreduktase), EC2 (Transferase), EC3 (Hidrolase), EC4 (Liase), EC5 (Isomerase), EC6 (Ligase).

A.      Bagian-bagian Enzim

1. Apoenzim adalah bagian enzim yang merupakan protein, mempunyai struktur 3 dimensi.
2. Kofaktor adalah bagian enzim yang bukan protein, bentuk tertentu dari kofaktor disebut koenzim. Kofaktor dapat dibagi menjadi 3 macam yaitu :

¶  Gugus prostetik, adalah senyawa organik yang mengikat dengan kuat pada poenzim. Contoh : peroksidase dan katalase, dimana hem adalah gugus prostetiknya yang terikat permanen pada tempat aktif.

¶  Koenzim, ialah senyawa organik yang berasosiasi dengan apoenzim dan bersifat sewaktu (tidak permanen) biasanya pada saat berlangsung katalisis. Koenzim yang sama dapat menjadi kofaktor pada enzim yang berbeda. Kebanyakan komponen kimia koenzim adalah vitamin.

¶  Ion metal, sejumlah enzim memerlukan ion metal untuk aktivitasnya. Ion metal tersebut membentuk suatu ikatan koordinasi (coordination bond) dengan rantai spesifik pada tempat aktif dan pada saat yang sama membentuk satu atau lebih ikatan koordinasi pula dengan substrat.

Kompleks apoenzim dengan koenzim disebut holoenzim. Struktur 3 dimensi pada enzim sangat penting untuk aktifitas katalisis, oleh karena itu perubahan konformasi yang sedikit saja pada struktur enzim akan mempengaruhi aktifitasnya.

B.      Kerja Enzim

Enzim dapat bekerja dengan beberapa cara, yaitu :

1.       Menurunkan energi aktivasi dengan menciptakan suatu lingkungan yang mana keadaan transisi terstabilisasi (contohnya mengubah bentuk substrat menjadi konformasi keadaan transisi ketika ia terikat dengan enzim.)

2.       Menurunkan energi keadaan transisi tanpa mengubah bentuk substrat dengan menciptakan lingkungan yang memiliki distribusi muatan yang berlawanan dengan keadaan transisi.

3.       Menyediakan lintasan reaksi alternatif. Contohnya bereaksi dengan substrat sementara waktu untuk membentuk kompleks Enzim-Substrat.

4.       Menurunkan perubahan entropi reaksi dengan menggiring substrat bersama pada orientasi yang tepat untuk bereaksi.

C.      Klasifikasi Enzim

International Union of Biochemistry (IUB) membagi enzim menjadi enam kelas, antara lain sbagai berikut.

1.       Oksidoreduktase, yaitu enzim yang mengkatalisis reaksi oksidasi-reduksi, dan biasanya menggunakan koenzim (NAD⁺, NADP⁺, FAD, Lipoat dan Koenzim Q).Yang termasuk enzim ini antara lain Dehidrogenase, Oksidase, Peroksidase, Reduktase, Hidroksilase, Oksigenase.

2.       Transferase, yaitu enzim yang mengkatalisis pemindahan gugus tertentu (seperti : gugus 1-karbon, gugus aldehid dan keton, gugus asil, gugus glikosil, gugus fosfat, gugus mengandung S). Yang termasuk enzim ini adalah Amino transferase, asil karnitin transferase, transkarboksilase, transaldolase dan transketolase, glukokinase, dan piruvatkinase.

3.       Hidrolase, yaitu enzim yang meningkatkan pemecahan ikatan antara karbon dengan atom lainnya dengan penambahan air. Yang termasuk enzim ini adalah esterase, amidase, peptidase, fosfatase, dan glikosidase.

4.       Liase, adalah enzim yang mengkatalisis pemecahan karbon-karbon, karbon-sulfur, dan karbon-nitrogen. Yang termasuk enzim ini adalah dekarboksilase, aldolase, sintase, hidrase atau dehidratase, deaminase, nukleotida siklase.

5.       Isomerase, adalah enzim yang mengkatalisis penataan intramolekuler tanpa melibatkan perubahan neto kadar senyawa selain substrat. Terjadi untuk cis-trans, keto-enol, aldosa-ketosa. Yang termasuk enzim ini adalah Epimerase, rasemase, mutase, isomerase.

6.       Ligase, yaitu enzim yang mengkatalisis pembentukan ikatan antara karbon-karbon, karbon-sulfur, karbon-nitrogen dan karbon-oksigen. Untuk pembentukan ikatan tersebut diperlukan energi yang berasal dari ATP. Yang termasuk enzim ini adalah sintetase, karboksilase.

Dalam bidang farmasi, secara umum enzim dibagi menjadi golongan-golongan sebagai berikut.

1. Esterase, yaitu enzim hidrolisis yang memecah ester menjadi asam lemak dan alkohol dengan batuan air (H₂O). Contohnya adalah lipase, fosfolipase, dan asetilkolinesterase.
2. Carbohydrase atau amylolytic, yaitu enzim yang mengkonversi tepung/pati mernjadi gula diantaranya diastase, laktase, maltase, invertase, cellulose, hyaluronidase, glucuronidase, dan lisosim
3. Nuclease, contohnya ribonuclease, dan adenosine deaminase.
4. Amidase, contoh arginase dan urease.
5. Proteolytic enzim, contohnya pepsin, tripsin, chymotrypsin, papain, fibrinolysin, streptokinase, dan urokinase.

D.      Inhibitor Enzim

Senyawa kimia tertentu secara selektif menghambat (menginhibisi) kerja enzim spesifik. Beberapa inhibitor menyerupai molekul substrat yang normal dan bersaing untuk dapat menempati tempat aktif enzim. Senyawa yang mirip ini disebut inhibitor kompetitif, mengurangi produktivitas enzim dengan cara mencegah substrat memasuki tempat aktif. Sebagai contoh, metotreksat adalah inhibitor kompetitif bagi enzim dihidrofolat reduktase. Inhibitor nonkompetitif adalah senyawa yang tidak secara langsung bersaing dengan substrat pada tempat aktif, melainkan menghambat reaksi enzimatik dengan berikatan pada bagian lain enzim itu. Interaksi ini menyebabkan perubahan bentuk pada molekul enzim sehingga tempat aktif tidak reseptif lagi terhadap substrat.

Oleh karena inhibitor menghambat fungsi enzim, inhibitor sering digunakan sebagai obat. Contohnya adalah inhibitor yang digunakan sebagai obat aspirin. Aspirin menginhibisi enzim siklooksigenase (COX-1 dan COX-2) yang memproduksi pembawa pesan peradangan prostaglandin, sehingga dapat menekan peradangan dan rasa sakit. Namun, banyak pula inhibitor enzim lainnya yang beracun. Sebagai contohnya, sianida yang merupakan inhibitor enzim ireversibel, akan bergabung dengan tembaga dan besi pada tempat aktif enzim sitokrom c oksidase dan memblok pernafasan sel. Contoh lain adalah DDT dan paration yang merupakan inhibitor enzim-enzim utama dalam sistem saraf. Banyak antibiotik merupakan inhibitor enzim spesifik pada bakteri, misalnya penisilin yang membatasi tempat aktif suatu enzim yang digunakan oleh banyak bakteri untuk membuat dinding selnya.

E.       Pemanfaatan Enzim di Bidang Pengobatan

Pemanfaatan enzim dalam pengobatan meliputi penggunaan enzim sebagai obat, pemberian senyawa kimia untuk memanipulasi kinerja suatu enzim dengan demikian suatu efek tertentu dapat dicapai (enzim sebagai sasaran pengobatan), serta manipulasi terhadap ikatan protein-ligan sebagai sasaran pengobatan.

1.       Penggunaan enzim sebagai obat

Biasanya mengacu kepada pemberian enzim untuk mengatasi defisiensi enzim yang seharusnya terdapat di dalam tubuh manusia untuk mengkatalis rekasi-reaksi tertentu. Berdasarkan lamanya pemberian enzim sebagai pengobatan, maka keadaan defisiensi enzim dapat diklasifikasikan menjadi dua yaitu keadaan defisiensi enzim yang bersifat sementara dan bersifat menetap. Contoh keadaan defisiensi enzim yang bersifat sementara adalah defisiensi enzim-enzim pencernaan. Adapun defisiensi enzim yang bersifat menetap menyebabkan banyak kelainan, yang biasanya juga disebut sebagai kelainan genetik mengingat enzim merupakan protein yang ditentukan oleh gen. Contoh kelainan akibat defisiensi enzim antara lain adalah hemofilia, yaitu keadaan dimana penderita mengalami kesulitan penggumpalan darah (cenderung untuk pendarahan) akibat defisiensi enzim-enzim terkait penggumpalan darah. Saat ini telah diketahui ada tiga belas faktor, sebagian besar adalah protease dalam bentuk proenzim, yang diperlukan dalam proses penggumpalan darah. Pada penderita hemofilia, terdapat defisiensi pada faktor VIII (Anti-Hemophilic Factor), faktor IX, dan faktor XI. Kelainan ini dapat diatasi dengan transfer gen yang mengkode faktor IX. Diharapkan gen tersebut dapat mengkode enzim-enzim protease yang diperlukan dalam proses penggumpalan darah.

2.       Enzim sebagai sasaran pengobatan

Merupakan terapi di mana senyawa tertentu digunakan untuk memodifikasi kerja enzim, sehingga dengan demikian efek yang merugikan dapat dihambat dan efek yang menguntungkan dapat dibuat. Berdasarkan sasaran pengobatan, dapat dibagi menjadi terapi di mana enzim sel individu menjadi sasaran dan terapi di mana enzim bakteri patogen yang menjadi sasaran.

a)      Pada terapi di mana enzim sel individu sebagai sasaran kerja terapi, digunakan senyawa-senyawa untuk mempengaruhi kerja suatu enzim sebagai penghambat bersaing. Contoh penyakit yang dapat diobati dengan terapi ini adalah :

¶  Diabetes Melitus. Pada penyakit diabetes melitus, senyawa yang diinduksikan adalah akarbosa (acarbose), di mana akarbosa akan bersaing dengan amilum makanan untuk mendapatkan situs katalitik enzim amilase (pankreatik α-amilase) yang akan mengubah amilum menjadi glukosa sederhana. Akibatnya reaksi tersebut akan terganggu, sehingga kenaikan gula darah setelah makan dapat dikendalikan.

¶  Dengan menggunakan prinsip pengaruh senyawa terhadap enzim, maka enzim yang berfungsi untuk memecah AMP siklik (cAMP) yaitu fosfodiesterase (PD) dapat dihambat oleh berbagai senyawa, antara lain kafein (trimetilxantin), teofilin, pentoksifilin, dan sildenafil. Teofilin digunakan untuk mengobati sesak nafas karena asma, pentoksifilin digunakan untuk menambah kelenturan membran sel darah merah sehingga dapat memasuki relung kapiler, sedangkan sildenafil menyebabkan relaksasi kapiler di daerah penis sehingga aliran darah yang masuk akan bertambah dan tertahan untuk beberapa saat.

¶  Penyakit kanker merupakan penyakit sel ganas yang dapat dicegah penyebarannya dengan menghambat mitosis sel ganas. Reduksi asam folat yang diperlukan dalam mitosis dapat dihambat oleh senyawa ametopterin sehingga sintesis DNA menjadi tidak berlangsung. Selain itu penggunaan azaserin dapat menghambat biosintesis purin yang membutuhkan asam glutamate. Penambahan 6-aminomerkaptopurin juga dapat menghambat adenilosuksinase sehingga menghambat pembentukan AMP (salah satu bahan DNA) sehingga perkembangan sel kanker bisa dihambat.

b)      Pada terapi di mana enzim mikroorganisme yang menjadi sasaran kerja terapi, digunakan prinsip bahwa enzim yang dibidik tidak boleh mengkatalisis reaksi yang sama atau menjadi bagian dari proses yang sama dengan yang terdapat pada sel individu. Hal ini bertujuan untuk melindungi sel individu, sekaligus meningkatkan spesifikasi terapi ini. Karena yang dibidik adalah enzim mikroorganisme, maka penyakit yang dihadapi kebanyakan adalah penyakit-penyakit infeksi. Contoh terapi dengan menjadikan enzim mikroorganisme sebagai sasaran kerja antara lain :

¶  Pada penyakit tumor, sel tumor dapat dikendalikan perkembangannya dengan menghambat mitosisnya. Mitosis sel tumor membutuhkan DNA baru (purin dan pirimidin baru). Proses ini membutuhkan asam folat sebagai donor metil yang dapat dibuat oleh mikroorganisme sendiri dengan memanfaatkan bahan baku asam p-aminobenzoat (PABA), pteridin, dan asam glutamat. Suatu analog dari PABA, yaitu sulfonamida dan turunannya dapat dimanfaatkan untuk menghambat pemakaian PABA untuk membentuk asam folat.

¶  Penggunaan antibiotika, seperti penisilin, suatu antibiotika yang menghambat enzim transpeptidase yang mengkatalisis dipeptida D-alanil D-alanin sehingga peptidoglikan di dinding sel bakteri tidak terbentuk dengan sempurna. Bakteri akan rentan terhadap perbedaan tekanan osmotik sehingga gampang pecah.

¶  Penggunaan antibiotika tertentu dapat menghambat sintesis protein pada mikroorganisme. Contohnya antara lain:

J  Tetrasiklin yang menghambat pengikatan asam amino-tRNA pada situs inisiator subunit 30S dari ribosom sehingga asam amino tidak dibawa oleh tRNA.

J  Streptomisin yang berikatan langsung dengan subunit 50S dari ribosom sehingga laju sintesis protein berkurang dan terbentuk protein yang tidak semestinya akibat kesalahan baca kodon mRNA.

J  Kloramfenikol yang menyaingi mRNA untuk duduk di ribosom

J  Neomisin B yang mengubah pengikatan asam amino-tRNA ke kompleks mRNA ribosom.

3.       Interaksi protein-ligan sebagai sasaran pengobatan

Pengobatan dengan sasaran interaksi protein-ligan mengacu kepada prinsip interaksi sistem mediator-reseptor, apabila mediator disaingi oleh molekul analognya sehingga tidak dapat berikatan dengan reseptor, sehingga efek dari mediator tersebut tidak terjadi. Contoh pengobatan dengan menjadikan interaksi protein-ligan sebagai sasarannya antara lain:

¶  Pengendalian tekanan darah yang diatur oleh hormon adrenalin. Reseptor yang terdapat pada hormon adrenalin, yaitu α-reseptor dan β-reseptor dapat dihambat oleh senyawa-senyawa yang berbeda. Penghambatan pada β-reseptor dapat menimbulkan efek pelemasan otot polos dan penurunan detak jantung. Obat-obatan yang bekerja dengan cara tersebut dikenal sebagai β-blocker.

¶  Penggunaan antihistamin untuk tujuan tertentu. Histamin merupakan turunan asam amino histidin yang berperan sangat luas, mulai dari neuromediator, mediator radang pada kapiler, meningkatkan pembentukan dan pengeluaran asam lambung HCl, kontraksi otot polos di bronkus, dan lain-lain. Tidak jarang ketika misalnya terjadi peradangan yang memicu pengeluaran histamin, terjadi efek-efek lain seperti sakit perut. Untuk itu dikembangkan senyawa spesifik yang mampu bekerja sebagai pesaing histamin, yaitu antihistamin yang dapat menekan respon yang timbul akibat kerja histamin.