Enzime

Kata enzyme berarti “dalam ragi”. Bahkan tanpa mengetahui struktur dan fungsinya, manusia telah menggunakan enzyme sejak zaman prasejarah dalam memproduksi anggur, cuka, dan keju. Pasteur menyangka bahwa sel-sel ragi yang hidup diperlukan untuk proses peragian. Sekarang diketahui bahwa sel hidup tidaklah perluh; enzyme yang sesuai, ditambah dengan kondisi reaksi yang tidak menyebabkan denaturasi, cukup untuk reaksi enzimatik.

Suatu enzyme adalah suatu katalis biologis. Hewan tingkat tinggi mengandung ribuan enzyme. Hamper tiap reaksi biokimia dikatalis oleh enzyme. Bahkan kesetimbangan CO₂ + H₂O H₂CO₃ dikatalis oleh enzim karena laju penyetimbangan tanpa katalis tidak menghasilkan asam karbonat cukup cepat untuk keperluan hewan.

Enzim merupakan katalis yang lesih efisien daripada kebanyakan katalis laboratorium atau industry (seperti Pd dalam suatu reaksi hidrogenisasi). Reaksi biologis pada tubuh manusia berlangsung pada 37⁰C dan dalam medium besar. Temperature tinggi, tekanan tinggi, atau reagensia yang dapat reaktif (seperti NaOH atau LiAlH₄) tidak tersedia bagi suatu organism. Enzim juga memungkinkan suatu selektivitas pereksi-pereaksi dan suatu pengendalian laju reaksi yang tidak dimungkinkan oleh kelas katalis lain.

Semua enzim adalah protein. Beberapa mempunyai struktur yang agak sederhana; namun sebagian besar enzim mempunyai struktur yang rumit. Banyak enzim yang struktrunya belum diketahui. Untuk aktivitas biologis, beberapa enzim memerlukan gugus-gugus prostetik, atau kofaktor. Kofaktor ini merupakan bagian non- protein dari enzyme it. Suatu kofaktor dapat berupa ion logam sederhana; ion tembaga misalnya, merupakan kofaktor bagi enzyme asam askorbat oksidase. Enzyme lain mengandung molekul organic non-protein sebagai kofaktor. Gugus prostetik organic seringkali dirujuk sebagai suatu koenzime. (Misalnya koenzime A)

A. Menamai Enzime

Kebanyakan enzyme diberi nama menurut reaksi yang dikatalisnya. Biasanya akhiran untuk nama enzyme ialah –ase. Nama itu dapat bersifat umum dan merujuk ke suatu kelas enzyme yang mengkatalisis suatu tipe umum reaksi. Misalnya, suatu polymerase adalah enzyme sembarang yang mengkatalisis suatu reaksi polimerisasi, dan suatu reduktase adalah suatu enzyme sembarang yang mengkatalisis suatu reaksi resuksi. Suatu nama ensime dapat juga merujuk ke suatu enzyme spesifik: asam-askorbat oksidase adalah enzyme yang mengkatalisis oksidasi asam askorbat, sementara fosfoglukoisomerase mengkatalisis isomerisasi glukosa-6-fosfat menjadi fruktosa-6-fosfat.

B. Bagaimana Enzime Bekerja

Beberapa enzyme telah dipelajadi secara terinci, namun masih banyak yang harus dipelajari, bahkan mengenai enzyme yang telah dikenal baik. Diduga enzyme menyesuaikan diri di sekitar substrat (molekul yang akan dikerjakan) untuk membentuk suatu kompleks enzyme-substrat. Ikatan-ikatan substrat dapat menjadi tegang oleh gaya tarik antara substrat dan enzyme. Ikatan tegang memiliki energy tinggi dan lebih mudah terpatahkan; oleh karena itu, reaksi yang diinginkan berlangsung lebih mudah dan menghasilkan suatu kompleks enzyme-produk.

Dalam banyak hal, produk dan substrat itu tidak sama bentuknya; jadi kesesuaian antara produk dan enzyme tidak lagi sempurna. Bentuk yang diubah (dari) produk itu menyebabkan kompleks itu berdisosiasi, dan permukaan enzyme siap untuk menerima molekul substrat lain. Teori aktivitas enzyme ini disebut teori kesesuaian-terimbas (induced-fit theory).

Enzyme mempunyai bobot melekul melai dari 12000-120000 dan lebih tinggi. Sebagian besar dari substrat (misalnya, suatu asam amino atau suatu glukosa) merupakan molekul yang jauh lebih kecil. Lokasi spesifik pada struktur enzyme besar dimana reaksi terjadi, disebut letak aktif. Pada letak ini terdapat gugus prostetik (jika ada). Gugus prostetik logam diduga berfungsi sebagai zat elektrofilik dan, dengan jalan ini, mengkatalis reaksi yang diinginkan. Dalam NAD⁺, letak aktif adalah ujung nikotinamida dari kafaktor itu. NAD⁺ mudah direduksi dank arena itu mengkatalisis reaksi oksidasi.

Sisa dari molekul enzyme bukanlah sekedar bobot molekul berlebih yang tak berfungsi! Diduga bagian enzyme ini mengenali substratnya dan menahannya agar tidak bergerak. Pada tahun 1890 Emil Fischer mengajukan pendapat bahwa enzyme merupakan molekul kiral dan bahwa pereaksi harus komplementer terhadap kiralitas ini agar dapat bereaksi. Fischer membandingkan kesesuaian dari struktur substrat dan struktur enzyme dengan kesesuaian anak kunci pada induknya.

Pengenalan itu dapat terjadi dalam sederet antaraksi dipole-dipol, dengan ikatan hydrogen, atau dengan ikatan kovalen, dalam mana stereokimianya harus benar-benar tepat. Dalam beberap hal, sisa molekul enzyme terlipat untuk membentuk suatu kantong hidrofobik yang memegangi bagian non-polar dari substrat. Struktur macam ini disebut untuk hemoglobin. Jika ujung non-polar dari suatu calon substrat tidak pas besar dalam kantong ini, katalis enzyme tersebut berkurang atau tak ada. Oleh karena itu gugus fungsional yang akan dikerjakan harus sesuai pada letak aktif pada enzyme itu, dan sisa molekul substrat harus cocok dengan bagian-bagian lain molekul enzyme itu agar reaksi berlangsung. Pengenalan tipe rangkap ini merupakan dasar kekhususan yang tidak ada duanya bagi kebanyakan enzyme.

Baik letak aktif maupun sisa enzyme itu bersifat penting dalam aktifitas enzyme. Berikut ini satu reaksi dimana letak aktif tampaknya merupakan factor penting dalam pengenalan substrat. Enzyme suksinat dehidrogenase mengkatalis dehidrogenasi asam suksinat menjadi asam fumarat trans dwiasam. (Isomer-cis, asam maleat, tidak dihasilkan dalm reaksi ini). Zat pengoksidasi dalam reaksi ini ialah flavin adenine dinukleotida (FAD), yang direduksi oleh suatu adisi-1,4 dari dua atom hydrogen (plus dua electron; disini hanya ditunjukan bagian yang fungsional dari FAD itu).

Dwiasam lain, seperti asam oksalat, asam malonat, dan asam glutarat, menghambat dehidrogenase asam suksinat.

Penghambatan suksinat dehidrogenase:

HO₂C-CO₂H HO₂CCH₂CO₂H HO₂CCH₂CH₂CH₂CO₂H

Dari dwiasam ini, asam malonat memiliki efek hambatan yang terbesar. Struktur asam malonat sangat mirip dengan struksur asam suksinat, tetapi secara structural tidak dapat di dehidrogenasikan. Jika asam suksinat hanya mengandung 2% asam malonat, laju dehidrogenasi enzimatik asam akan menurun menjadi setengahnya! Probabilitas asam malonat dalam bersaing dengan asam suksinat untuk memperebutkan letak aktif sangatlah baik dan asam lebih ditarik dan ditahan oleh enzyme itu. Jadi jka terdapat asam malonat pada letak aktif tersebut, maka ia memblokade mendekatnya asam suksinat.