SATUAN ACARA PERKULIAHAN
Mata kuliah
:
Biokimia
Waktu pertemuan
:
200 menit
Pertemuan ke
:
1
A. KOMPETENSI UMUM Setelah mengikuti perkuliahan 1 semester diharapkan mahasiswa bidan mampu menjelaskan aspek kimia dalam tubuh dan aspek biokimia yang berpengaruh dalam proses reproduksi kesehatan ibu, janin, bayi bayi dan anak. B. KOMPETENSI KHUSUS Mahasiswa mampu menjelaskan senyawa kimia dalam jasad kehidupan, sintesis dan degradasi, konsep enzim dan ko-enzim serta regulasi dan aktivasi enzim dengan benar tanpa melihat catatan. C. POKOK BAHASAN Aspek kimia dalam tubuh dan aspek biokimia yang berpengaruh dalam proses reproduksi kesehatan ibu, janin, bayi dan anak. D. SUB POKOK BAHASAN 1. Senyawa kimia dalam jasad kehidupan 2. Sintesis dan degradasi 3. Pengertian enzim dan ko-enzim 4. Macam-macam enzym 5. Cara kerja enzym 6. Sifat kinetik enzym 7. Regulasi dan aktivitas enzym E. KEGIATAN BELAJAR MENGAJAR Tahap
Pendahuluan 5 menit
Kegiatan pengajar
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Mengucapkan salam pembuka Memeriksa daftar hadir Kontrak waktu Menyampaikan kompetensi Menyampaikan ruang lingkup bahasan Menyampaikan tujuan kompetensi Memberikan motivasi Mengajukan pertanyaan apersepsi
Kegiatan peserta didik
Menjawab Menjawab Menyimak Menyimak Menyimak Menyimak Menyimak Berpartisipasi
Media dan alat pengajaran
Penyajian 180 menit
Penutup 5 menit
9. Menjelaskan materi tentang : a. Senyawa kimia dalam jasad kehidupan b. Sintesis dan degradasi c. Pengertian enzim dan koenzim d. Macam-macam enzyme e. Cara kerja enzyme f. Sifat kinetik enzyme g. Regulasi dan aktivitas enzym 10. Mengajukan pertanyaan kepada peserta didik 11. Memberikan reward atas kemampuan peserta didik 12. Mengevaluasi kemampuan peserta didik 13. Menyimpulkan materi bersama pesrta 14. Merumuskan rencana tindak lanjut 15. Menyepakati kontrak yang akan datang 16. Menutup pembelajaran
Menyimak & Berpartisipasi
LCD, laptop.
Menjawab Menyimak Menjawab Berpartisipasi Menyimak Menyepakati Menyimak
F. MATERI AJAR Materi ajar terlampir. G. EVALUASI 1. Jenis evaluasi : Lisan 2. Jumlah evaluasi : 3 soal 3. Pertanyaan : a. Jelaskan proses sintesis dan degradasi secara singka ! b. Bagaimana cara kerja enzim ? c. Sebutkan dan jelaskan secara singkat mengenai sifat enzim ? H. SUMBER 1. Murray, RK. 1996. Biokimia. Jakarta : EGC. 2. Davis, SP. 1985. Prinsip-prinsip biokimia, edisi 2. Jakarta. 3. Lekninger. 1993. Dasar-dasar biokimia. Jakarta. 4. Gernida. 1996. Biokimia I. Jakarta : Gramedia.
Jakarta, .................................... Dosen Pengajar,
(Ns. Shinta Maharani, S.Kep)
A. Enzym dan koenzym 2. Pengertian enzym dan koenzym a) Enzim Asal kata enzim = En-zyme yang berarti ragi (yeast) = kerja/satuan kerja (ergon), mulai dikenal Tahun 1877. Enzim adalah protein yang khusus disintesis sel untuk biokatalisator reaksi-reaksi dalam sel/tubuh makhluk hidup. Enzim disintesis dalam sel, tetapi komponen penyusunannya diperoleh dari luar (makanan/minuman bervitamin). Enzim yang dikeluarkan dari dalam sel disebut ekso-enzim. Enzim yang tetap tersimpan dalam sel disebut endo-enzim. Enzim dalam melaksanakan fungsinya sering butuh ko-faktor. Ko-faktor berikatan dengan enzim. Ikatan ko-faktor dengan enzim yang bersifat tidak tetap disebut gugus prostetik. Ikatan ko-faktor dengan enzim yang bersifat tetap disebut ko-enzim. Enzim tersusun atas dua komponen yaitu bagian yang termolabil disebut apo-enzim dan bagian yang aktif disebut prostetik/ko-enzim. b) Koenzim Ko-enzim identik dengan vitamin. Sebagai Ko-faktor ada unsur yang dapat diperoleh/disusun dari dalam tubuh, tetapi tak sedikit yang tidak dapat disusun tubuh hewan/manusia sehingga perlu memasukkan dari luar berupa vitamin. No. 1.
VITAMIN Asam Nikotinat (NIASIN) Asam Nikotinat (NIASIN) Riboflavin
FUNGSI Redoks
4. 5.
KO-ENZIM Nikotinamida Adenin Dinukleotida (NAD) Nikotinamida Adenin Dinukleotida Phosphat (NADP) Flavin Adenin Dinukleotida (FAD) Flavin Mononukleotida (FMN) Tiamin Pirofosfat (TPP)
Riboflavin Tiamin
6.
Piridoksal fosfat
Piridoksin (vit.B6)
7. 8. 9.
Koenzim A Biotin Koenzim B12
Asam Pantotenat Biotin Kobalamin (vit.B12)
Redoks Oksidatif dekarboksilasi Transaminasi dan rasemase Transfer gugus asil Transfer CO2 Transfer gugus fungsional
2. 3.
3. Macam-macam enzym
Redoks Redoks
Klasifikasi (tatanama) jenis enzim didasarkan pada nama substrat yang dikatalisis (contoh: sakarase, proteinase, dan lain-lain) atau nama jasad hidup penghasil enzim (contoh: papain, fisin, dan lain-lain), atau jenis reaksi pada proses katalisisnya. Klasifikasi yang standart adalah berdasar jenis reaksinya. Ada 6 jenis enzim: 1.
OKSIDOREDUKTASE
2.
TRANSFERASE
3.
HIDROLASE
4.
LIASE
5.
ISOMERASE
6.
LIGASE
No. 1.
Untuk reaksi-reaksi oksidasi dan reduksi : Dehidrogenase, Oksidase Untuk pemindahan gugus fungsional: Transaminase, Kinase Untuk reaksi hidrolisis : Esterase, Peptidase, Fosfatase Untuk penambahan ikatan rangkap: Fumarase Untuk reaksi isomerasi (pembuatan senyawaan padanan): Alanin rasemase Untuk penempelan ikatan/senyawaan: Alanin sintetase
JENIS ENZIM OKSIDOREDUKTASE (Reaksi reduksi-oksidasi)
FUNGSI / PERAN a. Bekerja pada ∣
→→→→→
—
CH
a. Bekerja pada
∣
—
C
c. Bekerja pada
∣
—
CH
d. Bekerja pada
∣
—
CH
e. Bekerja pada
∣
TRANSFERASE (Pemindahan fungsional)
3.
HIDROLASE (Reaksi Hidrolisis)
4.
LIASE
gugus
a. b. c. d. e.
OH
=
O
=
CH
—
NH2
—
CH — NH — f. Bekerja pada NADH, NADPH a. Gugus satu – karbon b. Gugus aldehida atau keton c. Gugus asil d. Gugus glikosil e. Gugus fosfat f. Gugus yang mengandung Sulfur (S) Ester Ikatan glikosida Ikatan peptide Ikatan C-N lain Anhidrida asam a.
— 2.
—
(Penambahan ikatan rangkat atau kebalikan reaksi tersebut)
∣
— C b.
=
O
=
N —
∣
— C 5. 6.
C —
∣
— C c.
=
ISOMERASE Reaksi isomerasi LIGASE a. Pembentukan ikatan C-O (Pembentukan ikatan b. Pembentukan ikatan C-S dengan pembelahan ATP) c. Pembentukan ikatan C-N d. Pembentukan ikatan C-C
4. Cara kerja enzym Keberadaan enzim dalam tubuh memiliki peranan yang sangat besar. Tak hanya itu, cara kerja enzim pun dinilai sebagai sebuah proses yang luar biasa bermanfaat. Tanpa bantuan enzim, makanan yang dimakan membutuhkan waktu yang sangat lama agar sari-sari makanan tersebut bisa diserap oleh tubuh. Proses dan cara kerja enzim di dalam tubuh akan menghasilkan senyawa intermediet dalam reaksi organik dengan energi rendah. Di awal proses reaksi, beberapa enzim mengubah diri, namun kembali ke bentuk semula begitu proses berakhir. Enzim merangsang laju reaksi kimia dengan cara membentuk kompleks dengan substrat sehingga menekan energi aktivasi yang diperlukan tubuh dalam reaksi kimia. Mekanisme cara kerja enzim adalah sebagai berikut : a) Cara kerja enzim : menciptakan lingkungan dengan transisi terstabilisasi untuk menurunkan energi aktivasi. Misalnya, dengan cara mengubah substrat. b) Cara kerja enzim : menurunkan energi transisi dengan menciptakan lingkungan yang terditribusi muatan berlawanan dan tanpa mengubah bentuk substrat sedikitpun. c) Cara kerja enzim : membentuk lintasan reaksi alternatif. d) Cara kerja enzim : menggiring substrat pada orientasi yang tepat untuk bereaksi, dengan cara menurunkan perubahan entropi reaksi.
Ada dua cara kerja enzim, yaitu model kunci gembok dan induksi pas.
Model kunci gembok (block and key)
Enzim dimisalkan sebagai gembok karena memiliki sebuah bagian keci yang dapat berikatan dengan substrat. Bagian tersebut disebut sisi aktif. Substrat dimisalkan sebagai kunci karena dapat berikatan secara pas dengan sisi aktif enzim (gembok). Gembok memiliki susunan mekanika khusus yang tersembunyi di dalam badan gembok. Untuk dapat bergerak membuka dan mengunci, formasi mekanika tersebut harus digerakkan dengan anak gembok yang bentuknya spesifik, sesuai dengan gemboknya. Satu anak gembok hanya bisa digunakan untuk menggerakkan satu jenis gembok. Prinsip kerja gembok-anak gembok ini sangat sesuai dengan gambaran cara kerja enzim beserta substratnya di dalam tubuh. Induksi pas (model induced fit) Pada model ini sisi aktif enzim dapat berubah bentuk sesuai dengan bentuk substratnya. Teori ini memandang bahwa sisi aktif enzim berbentuk fleksibel. Bentuk tersebut kemudian mengalami modifikasi saat substrat memasukinya. Setelah proses modifikasi selesai, substrat membentuk kompleks untuk memulai reaksi kimia yang lebih cepat. Setelah proses tersebut menghasilkan produk yang diinginkan, enzim tersebut melepaskan diri dan kembali ke bentuk semula.
Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim, diantaranya : Temperatur Karena enzim tersusun dari protein, maka enzim sangat peka terhadap temperature. Temperature yang terlalu tinggi dapat menyebabkan denaturasi protein. Temperature yang terlalu rendah dapat menghambat reaksi.
Prubahan pH Enzim juga sangat terpengaruh oleh pH. Perubahan pH dapat mempengaruhi perubahan asam amino kunci pada sisi aktif enzim sehingga menghalangi sisi aktif berkombinasi dengan substratnya. Konsentrasi enzim dan substrat Agar reaksi berjalan optimum, maka perbandingan jumlah antara enzim dan zubstrat harus sesuai.
Seringkali enzim dihambat leh suatu zat yang disebut inhibitor, ada dua jenis inhibitor yaitu sebagai berikut : Inhibitor kompetitif. Pada penghambatan ini zat – zat penghambat mempunyai struktur yang mirip dengan struktur substrat. Dengan demikian baik substrat maupun zat penghambat berkompetisi atau bersaing untuk bersatu dengan sisi aktif enzim.
Inhibitor nonkompetitif Pada penghambatan ini, substrat sudah tidak dapat berikatan dengan kompleks enziminhibitor, karena sisi aktif enzim berubah.
5. Sifat enzym Secara ringkas sifat-sifat enzim dijelaskan sebagai berikut. a) Enzim merupakan biokatalisator.
b)
c)
d)
e)
f)
Enzim dalam jumlah sedikit saja dapat mempercepat reaksi beribu-ribu kali lipat, tetapi ia sendiri tidak ikut bereaksi. Enzim bekerja secara spesifik. Enzim tidak dapat bekerja pada semua substrat, tetapi hanya bekerja pada substrat tertentu saja. Misalnya, enzim katalase O 2 menjadi H2O dan O2. hanya mampu menghidrolisis H2 Enzim berupa koloid. Enzim merupakan suatu protein sehingga dalam larutan enzim membentuk suatu koloid. Hal ini menambah luas bidang permukaan enzim sehingga aktivitasnya lebih besar. Enzim dapat bereaksi dengan substrat asam maupun basa. Sisi aktif enzim mempunyai gugus R residu asam amino spesifik yang merupakan pemberi atau penerima protein yang sesuai. Enzim bersifat termolabil. Aktivitas enzim dipengaruhi oleh suhu. Jika suhu rendah, kerja enzim akan lambat. Semakin tinggi suhu, reaksi kimia yang dipengaruhi enzim semakin cepat, tetapi jika suhu terlalu tinggi, enzim akan mengalami denaturasi. Kerja enzim bersifat bolak-balik (reversibel). Enzim tidak dapat menentukan arah reaksi, tetapi hanya mempercepat laju reaksi mencapai kesetimbangan. Misalnya enzim lipase dapat mengubah lemak menjadi asam lemak dan gliserol. Sebaliknya, lipase juga mampu menyatukan gliserol dan asam lemak menjadi lemak.
Enzim tidak hanya menguraikan molekul kompleks, tetapi juga dapat membentuk molekul kompleks dari molekul-molekul sederhana penyusunnya (reaksi bolak-balik). Perhatikanlah skema pada Gambar 2.5 berikut agar Anda dapat memahami sifat enzi m dengan lebih jelas.
Seperti halnya reaksi kimia, reaksi enzimatis juga dipengaruhi oleh faktor-faktor tertentu, contoh enzim laktase. Enzim ini terdapat pada organ hati. Laktase berfungsi mengubah hidrogen peroksida (H2O2) menjadi H2O dan O 2 6. Regulasi dan aktivitas enzym Ilmu pengetahuan mengidentifikasi aktivitas enzim dalam tubuh makhluk hidup sebagai senyawa organik dengan fungsi katalis yang dihasilkan sel dalam suatu reaksi kimia. Enzim bekerja atau aktivitas enzim berlangsung di dalam sel dan hanya sebagian kecil yang bekerja di luar sel.
Enzim menekan energi aktivasi dengan mengatalisasi reaksi dan meningkatkan kecepatan proses metabolisme. Bayangkan, reaksi fosfat dekarboksilase, jika tidak dikatalisasi oleh enzim orotidina 5, memerlukan waktu 78 juta tahun untuk mengubah 50% substrat menjadi produk. Namun, dengan adanya enzim tersebut, proses hanya berlangsung 25 milidetik. Enzim yang bekerja di dalam sel disebut enzim intraseluler, misalnya enzim katalase yang berfungsi memecah senyawa-senyawa berbahaya. Sementara enzim yang bekerja di luar sel, disebut enzim ekstraseluler. Enzim-enzim tersebut mengendalikan reaksi biokimia, seperti respirasi, pertumbuhan, perkecambahan, fotosintesis, pencernaan, dan lain-lain. Jenis Enzim dan Aktivitas Enzim Ada beberapa jenis enzim yang dikenal, di antaranya sebagai berikut. 1) Aktivitas Enzim - Hidrolase Hidrolase adalah enzim yang memerlukan bantuan air dalam proses menguraikan zat. Enzim ini bisa dikelompokkan menjadi beberapa jenis. a) Karbohidrase adalah enzim yang menguraikan karbohidrat, misalnya:
enzim amilase yang menguraikan amilum menjadi maltose,
enzim maltase yang menguraikan maltosa menjadi glukosa,
enzim ukrase yang mengubah sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa,
enzim laktase yang mengubah laktase menjadi glukosa dan galaktosa,
enzim selulase yang menguraikan selulosa menjadi selobiosa, dan
enzim pektinase yang menguraikan pektin menjadi asam-pektin. b) Esterase adalah golongan enzim yang berfungsi memecah ester:
enzim lipase yang menguraikan lemak menjadi asam lemak, dan
enzim fosfatase yang menguraikan ester menjadi asam fosfat. c) Protease adalah enzim yang berfungsi menguraikan protein, misalnya:
enzim peptidase yang menguraikan peptida menjadi asam amino,
enzim gelatinase yang berfungsi menguraikan gelatin, dan
enzim renin yang berfungsi menguraikan kasein susu. 2) Aktivitas Enzim - Oksidase dan Reduktase Oksidase dan reduktase adalah enzim yang berperan aktif membantuproses oksidasi dan reduksi. Enzim ini bisa dikelompokkan menjadi dua. Dehidrogenase adalah enzim yang mengubah zat-zat organikmenjadi hasil-hasil oksidasi.
Katalase adalah enzim yang menguraikan hidrogen peroksida menjadi air dan oksigen. 3) Aktivitas Enzim - Desmolase Desmolase adalah enzim yang memutuskan ikatan C-C, C-N, dan dapat dikelompokkan menjadi dua. Karboksilase, adalah enzim yang mengubah asam piruyat menjadi asetaldehida.
Transaminase adalah enzim yang mengubah amine menjadi asam amino. Kontrol Aktivitas Enzim Untuk mencapai keadaan transisi dan berubah menjadi produk, substrat memerlukan tenaga yang sangat besar. Tanpa campur tangan enzim, proses tersebut memakan waktu yang
sangat lama. Enzim menangkap substrat dan menekan energi aktivasi sehingga mempercepat reaksikimia dalam sel. Dalam aktivitas enzim, enzim menciptakan lingkungan dengan transisi terstabilisasi, terdistribusi muatan berlawanan, membentuk lintasanalternatif, dan menggiring substrat pada orientasi yang tepat untuk bereaksi. Untuk mencapai aktivitas enzim yang optimal, beberapa enzim bekerja sendiri dan sebagian lagi memerlukan komponen tambahan berupa molekul nonprotein yang disebut kofaktor. Bentuknya bisa berupa gugus prostetik yang mengikat kuat atau berupa koenzim melepaskan diri saat reaksi kimia terjadi. Dalam satu detik, melakukan reaksi hingga jutaan kali supaya bisa menjalankan fungsinya dengan baik. Reaksi tersebut dipengaruhi oleh temperatur, asam basa, kadar garam, dan inhibitor, yaitu senyawa kompetitif yang menghalangi pengikatan substrat oleh enzim. Aktivitas enzim di dalam tubuh makhluk hidup dikontrol sel dengan cara sebagai berikut. 1) Aktivitas enzim berupa produksi enzim dikontrol berkaitan dengan respon sel terhadap lingkungan, dengan cara transkripsi dan translasi gen enzim, dan bentuk regulasinya disebut induksi atau inhibisi. Pada kasus penggunaan penisilin sebagai antibiotik, enzim beta-laktamase menginduksi hidrolis cincin beta-laktam pada penisilin dan membuat bakteri resistan terhadap penisilin. 2) Membuat lintasan metabolisme beragan dalam kompartemen sel yang berbeda bisa mengkompartemenkan enzim. Misalnya, lintasan majemuk pada sitosol, retikulum endoplasma, dan aparat golgi, sekelompok enzim lainnya dalam mensintesis asam lemak. 3) Inhibitor dan aktivator meregulasi enzim dengan mekanisme umpan balik untuk efisiensi dalam alokasi zat dan energi dan menghindari pembuaran produk secara berlebihan. 4) Aktivitas enzim berupa regulasi enzim juga dapat dilakukan melalui modifikasi pascatranslasional, meliputi fosforilasi, miristoilasi, dan glikosilasi. Contohnya, polipeptida yang melakukan pembelahan rantai. 5) Regulasi juga dipengaruhi oleh beberapa enzim yang teraktivasi saat beradap di lingkungan lain. Kontrol aktivitas enzim tersebut diperlukan untuk menjaga homeostasis dan malfungsi enzim yang bisa menimbulkan penyakit dan penyimpangan genetika. Faktor yang Mempengaruhi Aktivitas Enzim Seperti kita ketahui, aktivitas enzim tertentu dapat berlangsung secara maksimal dalam kondisi tertentu juga. Lalu, apa saja yang mempengaruhi aktivitas enzim? Beriklut faktorfaktor yang dapat mempengaruhi aktivitas enzim atau kerja enzim. Suhu Mempengaruhi Aktivitas Enzim Faktor pertama yang dapat mempengaruhi aktivitas enzim adalah suhu. Pada umumnya, enzim memiliki suhu optimal sama dengan suhu normal sel organisme tersebut. Biasanya, suhu optimal enzim padahewan poikilotermik di daerah dingin lebih rendah dibandingkan enzim pada hewan homeotermik. Misalnya suhu optimal enzim pada manusia yaitu 37 Derajat Celcius dan katak suhu optimalnya adalah 25 Derajat Celcius. Adanya kenaikan suhu optimal tersebut dapat menyebabkan peningkatan dan penurunan aktivitas enzim. Setiap kenaikan suhu 10 Derajat Celcius, maka kecepatan reaksinya menjadi
dua kali lipat dengan batas suhu yang wajar sehingga mempengaruhi aktivitas enzim. Hal ini juga berlaku pada anzim dan aktivitas enzim. Panas yang dihasilkan karena adanya kenaikan suhu mampu mempercepat reaksi dan menyebabkan kecepatan molekul meningkat. Hasilnya yaitu frekuensi serta daya tumbukan molekuler pun ikut meningkat sehingga mempengaruhi aktivitas enzim. Kenaikan suhu dalam batas yang tidak normal mengakibatkan terjadinya perubahan struktur enzim (denaturasi). Enzim yang talah mengalami perubahan struktur akan kehilangan kemampuan katalisnya dan secara tidak langsung akan mempengaruhi aktivitas enzim itu sendiri. Biasanya enzim yang sudah rusak secara fisik tidak dapat lagi diperbaiki. Inilah alasan mengapa enzim lebih baik dikonsumsi pada makanan yang telah dimasak, terutama daging dan telur daripada makanan yang mentah. Pengawasan panas pada susu dan makanan dengan bahan susu yang lain, secara signifikan dapat mengurangi penyebaran penyakit, misalnyaTBC. Saat keadaan suhu kurang dari suhu optimal, aktivitas enzim akan mengalami penurunan. Aktivitas enzim masih berlangsung pada suhu kurang dari nol dan aktivitas enzim hampir berhenti pada suhu 196 Derajat Celcius. Keasaman Mempengaruhi Aktivitas Enzim Semua enzim dan aktivitas enzim cukup peka terhadap perubahan derajat keasaman (pH). Aktivitas enzim menjadi terhenti jika diperlakukan pada asam basa yang bersifat kuat sekali. Pada umunya, aktivitas enzim efketif di kisaran pH lingkungan yang sempit. Di luar zona pH maksimal tersebut, kenaikan maupun penurunan pH mengakibatkan aktivitas enzim menurun secara cepat. Contohnya, enzim pencerna pada lambung memiliki pH optimal 2 sehingga aktivitas enzim hanya mampu bekerja saat kondisi sangat asam. Pengaruh pH terhadap aktivitas enzim dapat termonitor karena enzim terdiri atasprotein. Jumlah muatan positif dan negatif yang ada dalam molekul protein dan bentuk dari permukaan protein sebagiannya ditentukan oleh pH. Selain suhu dan keasaman, aktivitas enzim juga dipengaruhi oleh konsentrasi enzim, substrat, kofaktor, dan inhibator enzim.
