Apa itu Enzim?

 Pengertian Enzim

Enzim merupakan senyawa organik berukuran besar yang berfungsi untuk mempercepat reaksi metabolisme di dalam tubuh tanpa mengganggu keseimbangan reaksi. Enzim berinteraksi dengan substrat dan mengarahkannya secara tepat untuk berreaksi. Substrat adalah zat yang mengalami perubahan kimia setelah berinteraksi dengan enzim, sementara produk adalah zat baru yang terbentuk setelah reaksi tersebut. Setiap enzim katalisis reaksi biokimia yang spesifik. Enzim hanya berinteraksi dengan satu jenis substrat dan mengubahnya menjadi produk. Secara umum, enzim memiliki peran penting dalam mengatur kecepatan, spesifisitas, dan regulasi reaksi yang terjadi di dalam tubuh. Hal ini disebabkan oleh urutan asam amino yang unik dalam struktur enzim, yang juga berfungsi untuk mengikat dan mengaktivasi substrat (Voet and Voet, 2004).

 

 Struktur Enzim

Sebagian besar enzim merupakan protein globular yang memiliki struktur tiga dimensi yang spesifik. Struktur ini terbentuk oleh struktur primer, sekunder, dan tersier. Selain itu, beberapa enzim juga memiliki struktur kuartener karena terdiri dari lebih dari satu rantai protein (McMurry and Marry, 1994). Struktur primer mengacu pada urutan linier asam amino yang dihubungkan oleh ikatan peptida. Struktur sekunder terbentuk ketika daerah dalam rantai peptida membentuk struktur reguler, berulang, dan lokal melalui ikatan hidrogen antara atom-atom dalam ikatan peptida. Ini berkaitan dengan pengaturan posisi spasial residu asam amino yang berdekatan dalam urutan linier, membentuk struktur seperti α-heliks, lembaran β, dan loop. Konformasi tersier protein melibatkan berbagai jenis ikatan, termasuk ikatan hidrogen antara gugus R residu asam amino berdekatan, ikatan ion antara gugus R yang bermuatan berlawanan, interaksi hidrofobik antara gugus R yang bersifat hidrofobik, dan ikatan kovalen seperti ikatan disulfida yang melibatkan residu sistein (Stryer, 2002).

 

Klasifikasi enzim

Enzim dapat diklasifikasikan berdasarkan jenis reaksi yang mereka katalisis. Secara umum, enzim dapat dibagi menjadi enam klasifikasi, yaitu oksidoredutase, transferase, hidrolase, liase, isomerase, dan ligase (McMurry dan Mary, 1994).

1. Oksidoreduktase

Enzim oksidoreduktase mengkatalisis reaksi oksidasi atau reduksi suatu bahan. Klasifikasi ini mencakup dua jenis enzim yang utama, yaitu oksidase dan dehidrogenase.

a. Oksidase adalah enzim yang mengkatalisis reaksi antara substrat dan molekul oksigen. Beberapa enzim oksidase meliputi katalase, peroksidase, tirosinase, dan asam askorbat oksidase.

b. Dehidrogenase adalah enzim yang aktif dalam mengambil atom hidrogen dari substrat. Contohnya termasuk suksinat dehidrogenase, glutamat dehidrogenase, dan laktat dehidrogenase.

2. Transferase

Enzim transferase berperan dalam pemindahan (transfer) radikal atau gugus dalam reaksi. Beberapa enzim yang termasuk dalam klasifikasi ini adalah transglikosidase, transfosforilase, transaminase, dan transasetilase.

3. Hidrolase

Enzim hidrolase sangat penting dalam proses pengolahan pangan. Mereka mengkatalisis reaksi hidrolisis substrat atau pemecahan substrat dengan bantuan molekul air.

4. Liase

Enzim liase berperan dalam pemecahan ikatan C-C dan ikatan C-O tanpa menggunakan molekul air. Contoh enzim dalam klasifikasi ini adalah dekarboksilase.

5. Isomerase

Enzim isomerase mengkatalisis reaksi perubahan konfigurasi molekul substrat, menghasilkan molekul baru yang merupakan isomer substrat atau dengan perubahan posisi isomer. Beberapa contoh enzim dalam klasifikasi ini adalah fosfoheksosa isomerise atau fosfomanosa isomerase.

6. Ligase

Enzim ligase mengatalisis pembentukan ikatan atau penggabungan dua molekul substrat dengan partisipasi ATP.

 

Mekanisme kerja enzim

Enzim bekerja secara spesifik dalam mengkatalisis reaksi. Hanya jenis reaksi tertentu yang dapat dikatalisis oleh enzim tertentu, dan hanya substrat tertentu yang dapat dikatalisis. Enzim memiliki sisi aktif yang berperan dalam pengarahan, pengikatan, dan katalisis, sisi ini tidak ada pada protein pada umumnya. Sisi aktif enzim biasanya berbentuk celah, terdiri dari sisa asam amino pada rantai polipeptida enzim. Sebelum diurai atau digandengkan, substrat harus masuk ke dalam celah. Substrat yang masuk ke dalam celah harus memenuhi beberapa syarat, yaitu harus komplementer dengan celah dan memiliki bagian yang labil agar dapat digandengkan atau diurai (Martoharsono, 2006).

Sifat komplementer antara enzim dan substrat dijelaskan melalui teori pemodelan "lock and key" dan "induced fit". Dalam pemodelan "lock and key", sisi aktif enzim hanya cocok dengan satu jenis substrat saja, seperti kunci yang tepat masuk ke dalam gembok.

Namun, melalui penjelasan pemodelan "induced-fit", kinerja enzim yang spesifik dapat dijelaskan dengan lebih luas. Pada induced fit, beberapa enzim memiliki fleksibilitas untuk mengubah bentuk dan ukuran sisi aktif mereka agar sesuai dengan ruang yang dibutuhkan oleh berbagai jenis substrat. Dengan demikian, enzim dan substrat dapat bergabung dan interaksi mereka menghasilkan kesesuaian yang tepat (McMurry dan Marry, 1994).

 
Faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim

1. Konsentrasi Substrat

Konsentrasi substrat mempengaruhi kecepatan reaksi enzim. Konsentrasi yang tinggi dapat meningkatkan laju reaksi. Namun, setelah mencapai titik jenuh, peningkatan konsentrasi substrat tidak akan lagi meningkatkan laju reaksi (Stryer, 2002). Michealis-Menten menjelaskan bahwa terbentuknya kompleks enzim-substrat terjadi melalui kontak antara enzim dan substrat. Pada konsentrasi substrat rendah, bagian aktif enzim hanya dapat menampung sedikit substrat. Ketika konsentrasi substrat ditingkatkan, lebih banyak substrat berinteraksi dengan enzim di bagian aktif tersebut. Hal ini meningkatkan konsentrasi kompleks enzim-substrat dan mengakibatkan peningkatan kecepatan reaksi. Namun, pada suatu titik tertentu, semua bagian aktif telah terisi oleh substrat atau mencapai kejenuhan substrat. Pada titik ini, peningkatan konsentrasi substrat tidak akan meningkatkan konsentrasi kompleks enzim-substrat, sehingga laju reaksi tidak akan meningkat.

2. Suhu

Suhu mempengaruhi kecepatan reaksi enzim. Pada suhu rendah, reaksi berlangsung lambat, sedangkan pada suhu tinggi, reaksi berlangsung lebih cepat. Namun, karena enzim adalah protein, peningkatan suhu yang berlebihan dapat menyebabkan denaturasi enzim. Denaturasi akan mengganggu bagian aktif enzim, mengurangi konsentrasi efektif enzim, dan menurunkan kecepatan reaksi.

3. pH

pH lingkungan mempengaruhi struktur ion enzim. Enzim dapat berbentuk ion positif, ion negatif, atau ion bermuatan ganda (zwitterion). Perubahan pH lingkungan akan mempengaruhi efektivitas bagian aktif enzim dalam membentuk kompleks enzim-substrat. Selain itu, pH rendah atau pH tinggi dapat menyebabkan denaturasi enzim dan mengurangi aktivitas enzim.

4. Inhibitor

Hambatan atau inhibisi dapat terjadi dalam reaksi yang menggunakan enzim sebagai katalis ketika penggabungan substrat pada bagian aktif enzim terhambat. Molekul atau ion yang dapat menyebabkan hambatan ini disebut sebagai inhibitor. Inhibisi dapat bersifat tidak reversibel atau reversibel. Hambatan tidak reversibel umumnya disebabkan oleh modifikasi gugus fungsi atau lebih yang ada pada molekul enzim. Hambatan reversibel dapat berupa hambatan bersaing atau hambatan tidak bersaing.

5. Ko-enzim dan aktivator

Enzim sering kali membutuhkan substansi lain yang disebut ko-enzim untuk berfungsi secara efektif. Ko-enzim adalah substansi non-protein yang membantu mengaktivasi enzim.

Pemurnian Enzim

Tujuan dari pemurnian enzim adalah untuk mengisolasi enzim yang spesifik dari senyawa lain yang tidak diinginkan. Tahapan pemurnian bergantung pada tujuan akhir, apakah untuk keperluan industri enzim atau penelitian. Pada keperluan penelitian, enzim perlu melewati beberapa tahapan pemurnian dengan risiko kehilangan yang signifikan (hingga 90%). Sedangkan pada keperluan industri, upaya pemurnian harus minimal untuk menghilangkan senyawa yang mengganggu proses, sehingga risiko kehilangan harus dihindari sebisa mungkin. Pemurnian protein dilakukan berdasarkan sifat kelarutan, ukuran, muatan, dan afinitas pengikatan protein itu sendiri. Oleh karena itu, campuran protein dipisahkan menggunakan serangkaian metode pemisahan.

Salah satu tantangan dalam pemurnian protein atau enzim adalah memisahkan enzim yang diinginkan dari ratusan protein lain yang memiliki struktur kimia dan fisika yang serupa. Setiap tahapan pemurnian menggunakan larutan penyangga dengan pH tertentu. Pilihan larutan penyangga tersebut akan mempengaruhi sifat biofisika protein. Jumlah protein enzim pada akhir proses pemurnian tidak hanya bergantung pada bahan awal, tetapi juga pada proses pemurnian itu sendiri. Adanya kehilangan protein pada setiap tahapan pemurnian perlu diperhatikan, sehingga langkah-langkah pemurnian harus dioptimalkan untuk mendapatkan enzim yang optimal (Harris dan Angal, 1989).

Harris (1989) menekankan tiga faktor yang harus diperhatikan dalam pemurnian enzim, yaitu faktor kualitas, kuantitas, dan ekonomi. Faktor kualitas mencakup tindakan untuk menjaga aktivitas protein dengan mengurangi proteolisis dan denaturasi. Faktor kuantitas terkait dengan penggunaan akhir protein murni yang akan menentukan kualitas enzim yang dibutuhkan. Faktor ekonomi penting jika enzim akan digunakan dalam industri atau dalam skala laboratorium.

Pemurnian enzim dapat dilakukan dengan beberapa metode, antara lain pengendapan menggunakan garam ammonium sulfat (salting out) atau pelarut organik seperti aseton, serta melalui membran ultrafiltrasi. Penggunaan ammonium sulfat untuk salting out memiliki keuntungan, seperti harga yang relatif murah, kelarutan yang tinggi, pH larutan yang tidak mengalami perubahan ekstrem, dan tidak bersifat toksik. Namun, kerugian dari metode ini adalah tingginya konsentrasi garam yang tertinggal dalam produk akhir, sehingga kurang efisien dalam menghilangkan pengotor. Pengendapan protein menggunakan pelarut organik seperti aseton lebih mudah dilakukan karena sisa aseton dapat dihilangkan melalui sentrifugasi dan penguapan.

Berbagi :