BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Latar belakan belakang g
Kimia bioanorganik merupakan disiplin ilmu yang merupakan interface atau antarmuka antara kimia dan biologi. Area studi bioanorganik menjelaskan banyak dan luasny luasnyaa unsurunsur-uns unsur ur dan perseny persenyawa awaan an kimia kimia anorga anorganik nik dan aktivit aktivitasny asnyaa dalam dalam kehidupan (proses biologis). Kelompok senyawa organik yang telah diketahui secara luas luas perann perannya, ya, karena karena menyed menyediak iakan an senyawa senyawa esensial esensial seperti seperti protei protein, n, nuklot nuklotida ida,, karbohidarat, vitamin dan sebagainya. enyawa!senyawa anorganik , khususnya ionion logam dan kompleks, merupakan kofaktor dalam berbagai en"im dan protein. #nsur-unsur kimia pada sel hidup mengalami berbagai proses dan reaksi. $ada setiap reaksi kimia organik dibutuhkan katalisator untuk mempercepat reaksi kimia. %n"im memiliki fungsi sebagai biokatalisator yaitu mempercepat proses suatu reaksi kimia tanpa ikut terlibat dalam reaksi tersebut. &aksudnya, en"im tidak ikut berubah menjad menjadii produk produk melain melainkan kan akan akan kembali kembali ke bentuk bentuk asalny asalnyaa setelah setelah reaksi reaksi kimia kimia selesai. selesai. %n"im %n"im mengub mengubah ah moleku molekull awal awal "at, substra substrat, t, menjadi menjadi hasil hasil reaksi reaksi yang yang molekulnya berbeda dari molekul awal (produk). %n"im merupakan "at yang paling menarik dan penting di alam. $ertama, sangat penting untuk menyadari bahwa en"im bukanlah benda hidup. &ereka benda mati, sama seperti mineral. 'api juga tidak seperti mineral, mereka dibuat oleh sel hidup. %n"im adalah benda tak hidup yang diproduksi oleh sel hidup ogam mempunyai peran penting dalam sekitar sepertiga dari en"im yang dikenal. ogam dapat berupa kofaktor atau bisa digabungkan ke dalam molekul, dan ini dikenal sebagai metalloen"im. &etaloen"im adalah protein yang berfungsi sebagai en"im dan mengandung logam yang terikat erat dan selalu terisolasi dengan protein. 1.2 Tu Tujuan juan #ntuk mengetahui fungsi dan peranan kofaktor n dan *u pada metaloen"im 1.3 Rumusan Rumusan masala masalah h a. Apa yang dimaksud dengan en"im, kofaktor, koen"im dan metaloen"im b. Apa saja en"im yang mengandung ion logam cu dan "n c. Apa manfaat dari en"im yang mengandung ion logam *u dan n
BAB 2 PEBAHA!AN
2.1 Pengert"an En#"m
#nsur-unsur kimia pada sel hidup mengalami berbagai proses dan reaksi. $ada setiap reaksi kimia organik dibutuhkan katalisator untuk mempercepat reaksi kimia. %n"im memiliki fungsi sebagai biokatalisator yaitu mempercepat proses suatu reaksi kimia tanpa ikut terlibat dalam reaksi tersebut. &aksudnya, en"im tidak ikut berubah menjadi produk melainkan akan kembali ke bentuk asalnya setelah reaksi kimia selesai. %n"im mengubah molekul awal "at substrat menjadi hasil reaksi yang molekulnya berbeda dari molekul awal (produk). %n"im merupakan "at yang paling menarik dan penting di alam. $ertama, sangat penting untuk menyadari bahwa en"im bukanlah benda hidup. &ereka benda mati, sama seperti mineral. 'api juga tidak seperti mineral, mereka dibuat oleh sel hidup. %n"im adalah benda tak hidup yang diproduksi oleh sel hidup.
%n"im bekerja dengan cara bereaksi dengan molekul substrat untuk menghasilkan
senyawa intermediat melalui suatu
reaksi
kimia organik yang
membutuhkan energi aktivasi lebih rendah, sehingga percepatan reaksi kimia terjadi karena reaksi kimia dengan energi aktivasi lebih tinggi membutuhkan waktu lebih lama. ebagai contoh+ C C (/) 0 C 0C (1) 0C C (2) C
C (3)
&eskipun senyawa katalis dapat berubah pada reaksi awal, pada reaksi akhir molekul katalis akan kembali ke bentuk semula.ebagian besar en"im bekerja secara khas,
yang
artinya
setiap
jenis
en"im
hanya
dapat
bekerja
pada
satu
macam senyawa atau reaksi kimia. 4al ini disebabkan perbedaan struktur kimia tiap en"im yang bersifat tetap. ebagai contoh, en"im 5-amilase hanya dapat digunakan pada proses perombakan pati menjadi glukosa. 2.2 $%m&%nen Pen'usun En#"m emua en"im pada hakekatnya adalah protein. %n"im biasanya merupakan
protein bulat (globular) dengan ukuran cukup besar. 6amun kebanyak en"im baru berfungsi sebagai katalis apabila disertain "at lain yang bukan protein yang disebut kofaktor. Kofaktor dapat dibagi 2 macam yaitu gugus prostetik, koen"im dan ion metal (logam). a. 7ugus prostetik enyawa organik yang mengikat dengan kuat pada apoen"im. *ontoh + peroksidase dan katalase, dimana hem adalah gugus prostetiknya yang terikat permanen pada tempat aktif. b. Koen"im enyawa organik yang berasosiasi dengan apoen"im dan bersifat sewaktu (tidak permanen) biasanya pada saat berlangsung katalisis. Koen"im yang sama dapat menjadi kofaktor pada en"im yang berbeda. Kebanyakan komponen kimia koen"im adalah vitamin. c. 8on metal (logam) ejumlah en"im memerlukan ion metal untuk aktivitasnya. 8on 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.
%n"im yang memerlukan ion logam sebagai kofaktornya dinamakan metal%en#"m. 8on logam ini berfungsi untuk menjadi pusat katalis primer, menjadi
tempat untuk mengikat substrat dan sebagai stabilisator supaya en"im tetap aktif. 1.2 Pengert"an etal%en#"m. ogam mempunyai peran penting dalam sekitar sepertiga dari en"im yang
dikenal. ogam dapat berupa kofaktor atau bisa digabungkan ke dalam molekul, dan ini dikenal sebagai metalloen"im. &etaloen"im adalah protein yang berfungsi sebagai en"im dan mengandung logam yang terikat erat dan selalu terisolasi dengan protein. Asam amino dalam peptida linkage memiliki gugus yang dapat membentuk ikatan kovalen koordinat dengan atom logam. Kelompok karboksi dan amino bebas mengikat logam mempengaruhi struktur en"im yang mengakibatkan konformasi aktif.
9ungsi utama logam adalah bertugas dalam transfer elektron. :anyak en"im dapat berfungsi sebagai elektrofil dan beberapa dapat berfungsi sebagai kelompok nukleofilik. 9leksibilitas ini menjelaskan sering terjadinya logam dalam en"im. :eberapa metaloen"im meliputi hemoglobin, sitokrom, phosphotransferases, alkohol dehidrogenase, arginase, ferredo;in, dan sitokrom oksidase. a. En#"m (engan "%n l%gam )u 'embaga merupakan unsur esensial yang bila kekurangan dapat menghambat pertumbuhan dan pembentukan hemoglobin. 'embaga sangat dibutuhkan dalam proses metabolisme, pembentukan hemoglobin, dan proses fisiologis dalam tubuh
(=? Ahmed et al. 1@@1). 'embaga
ditemukan dalam protein plasma, seperti seruloplasmin yang berperan dalam pembebasan besi dari sel ke plasma. 'embaga juga merupakan komponen dari protein darah, antara lain eritrokuprin, yang ditemukan dalam eritrosit (sel darah merah) yang berperan dalam metabolism oksigen (armono /==B? 1@@/). elain ikut berperan dalam sintesis hemoglobin, tembaga merupakan bagian dari en"im-en"im dalam sel jaringan. 'embaga berperan dalam aktivitas en"im pernapasan, sebagai kofaktor bagi en"im tirosinase dan sitokrom oksidase. 'irosinase mengkristalisasi reaksi oksidasi tirosin menjadi pigmen melanin (pigmen gelap pada kulit dan rambut). itokrom oksidase, suatu en"im dari gugus heme dan atom-atom tembaga, dapat mereduksi oksigen (avis dan &ert" /=>C? &ills /=>C? harma et al. 1@@2). 6ama en"im dengan ion logam *u, antara lain +
/. $lastocyanin
$lastocyanin merupakan en"im tembaga tipe 8 (merupakan pusat tembaga yang bertanggung jawab untuk warna biru dari oksidase biru dan transfer elektron pada protein) yang terdiri dari rantai polipetida tunggal. itemukan dalam kloroplas dan berfungsi sebagai pembawa elektron esensial antara fotosistem 88 dan 8 untuk semua tanaman dan beberapa alga. $lastocyanin dihasilkan dalam sitoplasma sebagai prekursor dengan berat molekul yang lebih tinggi, dengan polipeptida tambahan yang sangat penting untuk transportasi dari protein ke dalam kloroplas (Dilkinson, /=>C) 1. Askorbat oksidase
Askorbat oksidase adalah en"im muti-tembaga yang mengkatalisis oksidasi asam askorbat asam dehidroakskorbat. 'embaga (n) ini mengandung en"im biru ditemukan pada tanaman cucurbitaceous seperti labu, mentimun dan melon. %n"im asam askorbat oksidase akan mengkatalisis rekasi oksidasi asam
askorbat
menjadi
dehidroaskorbat.
%n"im
tersebut
akan
mengkatalisis
askorbat
secara
reversible
(dapat
balik)
sehingga
dehidroaskorbat dapat diubah kembali menjadi asam askorbat.
2 L-askorbat + O2
2 askorbat dehidrogenase + 2 H2O
Karena asam askorbat oksidase adalah protein, maka "at tersebut dapat dirusak dengan pemanasan. &emasak bahan makanan sebelum dimakan akan mengurasi dampat negatif dari "at tersebut. Dalaupun bahan makanan dari family cucurbitaceae umunya dikonsumsi dalam bentuk segar (kecuali labu dan pare), namun apabila konsumsinya tidak berlebihan tidak akan menimbulkan dampak negatif bagi tubuh. 2. 7alaktosa okidase
7alaktosa
oksidase (7AE)
adalah en"im sekretorik jamur
yang
mengkatalisis oksidasi berbagai alkohol primer untuk yang sesuai aldehida, dengan pengurangan oksigen ke hidrogen peroksida. 7AE berisi satu *u (88) atom belum mengkatalisis reaksi transfer dua-elektron (&c$herson et al. /==1). tembaga terikat oleh dua tyrosines, dan dua histidine ('yr1C1, 'yr3=B, 4is3=F, dan 4isB>/). alam modifikasi kovalen pasca-translasi baru, 'yr1C1 dihubungkan oleh ikatan tioeter untuk sistein (*ys11>), menunjukkan keterlibatan tirosin radikal dalam mekanisme katalitik. tabilisasi radikal terjadi karena 'yr1C1 dari ikatan tioeter yang liganded untuk tembaga, menciptakan interaksi susun dengan 'rp1=@ (Dhittaker et al. /=>=, 8to et al. /==/, dan Dhittaker et al. 1@@B). truktur en"im telah mengungkapkan beta-sheet struktur sekunder luas, konsisten dengan stabilitas tinggi dari en"im (Kosman et al. /=C3). b. En#"m (engan "%n l%gam *n
eng telah dikenal sebagai unsur esensial sejak lebih dari seratus tahun yang lalu. eng oleh tubuh manusia dibutuhkan untuk membentuk en"im dan hormon penting. elain itu "inc juga berfungsi sebagai pemelihara beberapa jenis en"im, hormon dan aktifitas indera pengecap atau lidah kita, "inc juga berperan dalam fungsi kekebalan tubuh, yaitu dalam fungsi sel ' dan dalam pembentukan antibodi oleh sel :. Karena "inc berperan dalam reaksi-raksi yang luas, kekurangan "eng akan berpengaruh banyak terhadap jaringan tubuh terutama pada saat pertumbuhan. inc juga berperan didalam sintesa inukleosida Adenosin (6A) dan =? Ahmed et al. 1@@1). 6ama en"im dengan ion logam n antara lain + /. Alkohol ehidrogenase
Alkohol dehidrogenase (A4) termasuk kedalam kelas en"im oksidoreduktase dengan sub- kelas dehidrogenase, dengan kode %* /./././ (6ie, u, &u, Dang, 0ang, G iao, 1@@C). Alkohol dehidrogenase mengkatalisis reaksi oksidasi alkohol primer dan sekunder menjadi aldehid atau keton.
dan beberapa
hewan, en"im ini
berfungsi untuk
mendegradasi alkohol yang bersifat toksik. Alkohol dikonversi menjadi asetaldehid, molekul yang lebih toksik lagi. 6amun asetaldehid dengan cepat diubah menjaid asetat dan molekul lain yang dapat dimanfaatkan oleh tubuh kita. $ada manusia dan hewan, A4 paling banyak dihasilkan di hati dan lambung. $ada ragi, tanaman, dan bakteri, alkohol dehidrogenase mengkatalisis reaksi kebalikannya, yaitu mensintesis alkohol sebagai bagian dari proses fermentasi. %n"im A4 yang paling aktif adalah yang berasal dari ragi. Alkohol dehidrogenase mamalia
juga memiliki situs
seng
struktural. ion n ini memainkan peran struktural dan sangat penting untuk stabilitas protein. truktur dari situs katalitik dan struktural seng dalam alkohol dehidrogenase hati kuda (4A4) sebagaimana terungkap dalam struktur kristalografi, yang telah dipelajari komputasi dengan kimia kuantum serta dengan metode dinamika molekul klasik. itus seng struktural terdiri dari empat ligan sistein berjarak dekat (*ys =C, *ys /@@, *ys /@2, dan *ys/// dalam urutan asam amino) diposisikan dalam tetrahedron hampir simetris di sekitar ion n. ebuah penelitian baru menunjukkan bahwa interaksi antara seng dan sistein diatur oleh terutama kontribusi elektrostatik dengan kontribusi kovalen tambahan untuk mengikat. 1. Karboksipeptidase
Karboksipeptidase (nomor %* 2.3./F - 2.3./>) adalah en"im protease yang menghidrolisis (memotong) ikatan peptida di karboksiterminal (*-terminal) akhir protein atau peptida. (Kontras dengan aminopeptidase, yang membelah ikatan peptida di ujung lain dari protein.) &anusia,
hewan,
dan
tumbuhan
mengandung
beberapa
jenis
karboksipeptidase yang memiliki beragam fungsi mulai dari katabolisme untuk pematangan protein. n adalah kofaktor ikatan koordinasi sengan rantai peptide melalui 1 molekul histidin dan / molekul asam glutamat pada tempat aktif. 8katan keempat dibentuk antara inc dengan gugus karboksil alfa dari asam amino substrat dan disinilah terjadi pemecahan peptide. Karboksipeptidase pertama yang diteliti adalah mereka yang terlibat dalam pencernaan makanan (Karboksipeptidase pankreas A/, A1, dan :). 6amun, sebagian besar Karboksipeptidase dikenal tidak terlibat dalam katabolisme? mereka membantu untuk dewasa protein (mis, modifikasi $ost-translasi) atau mengatur proses biologis. &isalnya, biosintesis
peptida
neuroendokrin
seperti
insulin
membutuhkan
Karboksipeptidase A. Karboksipeptidase juga berfungsi dalam pembekuan darah, produksi faktor pertumbuhan, penyembuhan luka, reproduksi, dan proses lainnya. 2. Adenosin eaminase
Adenosine deaminase (juga dikenal sebagai aminohydrolase adenosin, atau AA) adalah en"im (%* 2.B.3.3) yang terlibat dalam metabolisme purin. 4al ini diperlukan untuk pemecahan adenosin dari makanan dan untuk omset asam nukleat dalam jaringan. 9ungsi utamanya pada manusia adalah pengembangan dan pemeliharaan sistem kekebalan tubuh. 6amun, peran fisiologis penuh AA belum sepenuhnya dipahami. AA ada baik dalam bentuk kecil (seperti monomer) dan bentuk yang besar (sebagai dimer-kompleks). alam bentuk monomer, en"im merupakan rantai polipeptida, dilipat menjadi delapan helai paralel 5 I barel J , yang mengelilingi saku pusat yang adalah situs aktif /L elain delapan pusat J-barel dan delapan perifer 5-heliks, AA juga berisi lima heliks tambahan+. residu /=-CF kali lipat menjadi tiga heliks, terletak antara J/ dan 5/ lipatan? dan dua heliks karboksi-terminal antiparalel terletak di seberang amino-terminal dari J-barel. AA situs aktif mengandung ion seng, yang terletak di reses terdalam dari situs aktif dan dikoordinasikan oleh lima atom dari 4is/B, 4is/C, 4is1/3, Asp1=B, dan substrat. inc adalah satu-satunya kofaktor yang diperlukan untuk kegiatan. ubstrat, adenosin, stabil dan terikat pada situs aktif dengan sembilan ikatan hidrogen. Kelompok karboksil dari 7lu1/C, kira-kira coplanar dengan cincin substrat purin, berada dalam posisi untuk membentuk ikatan hidrogen dengan 6/ substrat. 7ugus karboksil dari Asp 1=F, juga coplanar dengan cincin purin substrat, membentuk ikatan
hidrogen dengan 6C substrat. 64 kelompok 7ly/>3 berada dalam posisi untuk
membentuk
ikatan hidrogen dengan 62 substrat. Asp1=F
membentuk ikatan baik dengan n1 ion serta dengan F-E4 substrat. 4is12> juga ikatan hidrogen untuk substrat F-E4. 2M-E4 dari ribosa substrat membentuk ikatan hidrogen dengan Asp/=, sedangkan BM-E4 membentuk ikatan hidrogen dengan 4is/C. ua ikatan hidrogen lanjut terbentuk dengan molekul air, pada pembukaan situs aktif, dengan 1M-E4 dan 2M-E4 substrat. AA dianggap salah satu en"im kunci dari metabolisme purin. %n"im telah ditemukan pada bakteri, tanaman, invertebrata, vertebrata, dan mamalia, dengan konservasi tinggi dari urutan asam amino. 'ingginya tingkat urutan asam amino konservasi menunjukkan sifat penting dari AA di jalur purin penyelamatan. 'erutama, AA pada manusia adalah terlibat dalam pengembangan dan pemeliharaan sistem kekebalan tubuh. 6amun, AA asosiasi juga telah
diamati
dengan diferensiasi epitel sel, neurotransmisi,
dan
pemeliharaan kehamilan. 4al ini juga telah diusulkan bahwa AA, selain kerusakan adenosine, merangsang pelepasan asam amino rangsang dan diperlukan untuk
kopling A/
reseptor
adenosin dan
protein 7
heterotrimeric. efisiensi deaminase adenosine mengarah ke fibrosis paru.
