LAPORAN PRAKTIKUM
UJI ENZIM KATALASE
A. Tujuan
Tujuan dari praktikum ini adalah mempelajari kerja enzim dan mengetahui faktor – faktor yang memengaruhi kerja enzim.
B. Landasan Teori
Metabolisme adalah merupakan suatau reaksi kimia yang selalu terjadi didalam tubuh makhluk hidup. Reaksi metabolisme tersebut dimaksudkan untuk memperoleh energi, menyimpan energi, menyusun bahan makanan, merombak bahan makanan, memasukkan atau mengeluarkn zat - zat, melakukan gerakan, menyusun struktur sel, merombak struktur – struktur sel yang tidak dapat digunakan lagi, dan menanggapi rangsang. Dalam reaksi kimia metabolisme yang terjadi di dalam sel, reaksi berjalan bukan merupakan reaksi bolak – balik, melainkan berjalan satu arah. Dalam metabolisme, diperlukan adanya suatu biokatalisator yang disebut enzim. (Kirana, 2012)
Metabolisme dibedakan menjadi 2, yaitu anabolisme dan katabolisme. Anabolisme adalah metabolisme yang menyusun beberapa senyawa organik sederhana menjadi senyawa kimia atau molekul kompleks. Proses ini membutuhkan energi dari luar. Energi yang digunakan dalam reaksi ini dapat berupa energi cahaya ataupun energi kimia. Energi tersebut, selanjutnya digunakan untuk mengikat senyawa-senyawa sederhana tersebut menjadi senyawa yang lebih kompleks. Jadi, dalam proses ini energi yang diperlukan tersebut tidak hilang, tetapi tersimpan dalam bentuk ikatan-ikatan kimia pada senyawa kompleks yang terbentuk. Anabolisme yang menggunakan energi cahaya dikenal dengan fotosintesis, sedangkan anabolisme yang menggunakan energi kimia dikenal dengan kemosintesis
4 Katabolisme adalah adalah reaksi penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana dengan bantuan enzim. Penguraian senyawa ini menghasilkan atau melepaskan energi berupa ATP yang biasa digunak4an organisme untuk beraktivitas. Katabolisme mempunyai dua fungsi, yaitu menyediakan bahan baku untuk sintesis molekul lain, dan menyediakan energi kimia yang dibutuhkan untuk melakukan aktivitas sel. Reaksi yang umum terjadi adalah reaksi oksidasi. Energi yang dilepaskan oleh reaksi katabolisme disimpan dalam bentuk fosfat, terutama dalam bentuk ATP (Adenosin trifosfat) dan berenergi elektron tinggi NADH2 (Nikotilamid adenin dinukleotida H2) serta FADH2 (Flavin adenin dinukleotida H2). (Rahcmadiarti, 2007)
4
5
5
Pengertian Enzim
Enzim adalah merupakan biokatalisator,yang artinya dapat mempercepat reaksi-reaksi biologi tanpa mengalami perubahan struktur kimia. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa enzim adalah suatu protein.
Kerja enzim tentunya dipengaruhi oleh faktor dalam dan luar enzim.Faktor dalam misalnya substansi – substansi genetik yang dibawa oleh masing – masing enzim, suhu, pH, konsentrasi enzim, dan activator.
Kebanyakan enzim berukuran lebih besar dari substratnya. Akan tetapi, hanya daerah tertentu dari molekul enzim tersebut yang berikatan dengan substart, yaitu di bagian yang disebut sisi aktif (activesite). Substrat adalah suatu bahan atau molekul yang dikatalis oleh enzim dan berupa karbohidrat, protein, maupun lemak.
Beberapa enzim memerlukan komponen nonprotein yang disebut gugus prostetik agar dapat bekerja dalam suatu reaksi. Enzim yang lengkap tersebut disebut holoezim. Secara kimia, enzim yang langkap (holoenzim) tersusun atas dua bagian, yaitu bagian protein dan bagian bukan protein.
Bagian protein disebut apoenzim, tersusun atas asam asam amino dan merupakan tempat melekatnya substrat sekaligus mereaksikan substrat. Bagian protein bersifat labil (mudah berubah), misalnya terpengaruh oleh suhu dan keasaman. Misal : NAD+.
Bagian yang bukan protein disebut gugus prostetik, yaitu gugusan yang aktif. Gugus prostetik yang berasal dari molekul anorganik disebut kofaktor, misalnya besi, tembaga, zink. Gugus prostetik bersifat stabil pada suhu relatif tinggi, dan tidak berubah pada akhir reaksi.
Gugus prostetik yang terdiri dari senyawa organic kompleks disebut koenzim, misalnya NADH, FADH, koenzim A, tiamin (vitamin B1), riboflavin (vitamin B2), asam pantotenat (vitamin B5), niasin (asam nikotinat), piridoksin (vitamin B6), biotin, asam folat dan kobalamin (vitamin B12).
6Enzim tersusun atas protein dan molekul lainnya bekerja dengan menurunkan energi aktivasi, sehingga tidak diperlukan suhu dan energi tinggi untuk melakukan suatu reaksi kimia didalam tubuh.Jika tidak terdapat katalisator dalam metabolisme, maka suhu tubuh akan meningkat dan membahayakan bagi tubuh makhluk hidup. (Arif Priadi, 2009)
6
Sifat – Sifat Enzim
Secara umum, sifat – sifat enzim yaitu.
Merupakan protein, karena bahan penyusun utama enzim adalah protein.
Mudah dipengaruhi perubahan lingkungan seperti suhu, pH, dan inhibitor.
Sebagai katalisator reaksi.
Bekerja secara spesifik. Enzim hanya berperan membantu satu macam substrat dan tidak bekerja untuk macam – macam substrat, sehingga dikenal istilah satu enzim satu substrat.
Bekerja secara bolak – balik, enzim tidak menentukan arah reaksi, namun hanya bekerja mempercepat reaksi hingga mencapai kesetimbangan. Enzim dapat berfungsi dalam reaksi penyusunan atau penguraian zat.
Mekanisme Kerja Enzim
Secara umum, mekanisme kerja enzim dapat digambarkan sebagai berikut. Setiap enzim bertindak atas target tertentu yang disebut substrat, yang diubah menjadi produk yang dapat digunakan melalui aksi enzim. Dengan kata lain, enzim bereaksi dengan substrat membentuk kompleks enzim-substrat. Setelah reaksi selesai, enzim tetap sama, tapi substrat mengubah produk. Misalnya, sukrase tindakan enzim pada substrat sukrosa untuk membentuk produk - fruktosa dan glukosa
a) Teori lock and key: Ini adalah salah satu teori yang menjelaskan mekanisme kerja enzim. Sesuai teori ini, masing-masing enzim memiliki area spesifik (disebut situs aktif) yang dimaksudkan untuk substrat tertentu untuk mendapatkan terpasang. Situs aktif enzim ini melengkapi bagian tertentu dari substrat, sejauh bentuk yang bersangkutan. Substrat akan masuk ke dalam situs aktif dengan sempurna, dan reaksi antara mereka terjadi.
Gambar 1. Teori lock and key
Substrat yang tepat akan masuk ke dalam situs aktif enzim dan membentuk kompleks enzim-substrat. Ini adalah di situs ini aktif bahwa substrat ditransformasikan ke produk yang dapat digunakan. Setelah reaksi selesai, dan produk yang dirilis, situs aktif tetap sama dan siap untuk bereaksi dengan substrat baru. Teori ini didalilkan oleh Emil Fischer pada tahun 1894. Teori ini memberikan gambaran dasar tentang aksi enzim pada substrat. Namun, ada faktor-faktor tertentu yang tetap tidak dapat dijelaskan. Sesuai teori ini, asam amino (dalam keadaan terikat) di situs aktif bertanggung jawab untuk bentuk spesifik. Ada enzim tertentu yang tidak membentuk bentuk apapun dalam bentuk terikat. Kunci dan teori kunci gagal untuk menjelaskan aksi enzim tersebut.
b). Teori Induced-fit: Teori ini dirumuskan oleh Daniel E. Koshland, Jr pada tahun 1958. Teori ini juga mendukung hipotesis gembok dan kunci bahwa situs aktif dan substrat cocok dan bentuk mereka saling melengkapi. Menurut teori-induced fit, bentuk situs aktif tidak kaku. Hal ini fleksibel dan perubahan, sebagai substrat datang ke dalam kontak dengan enzim.
Untuk lebih tepatnya, sekali enzim mengidentifikasi substrat yang tepat, bentuk perubahan situs aktifnya sehingga muat kedua persis. Hal ini menyebabkan pembentukan kompleks enzim-substrat dan reaksi lebih lanjut. Seperti teori ini menjelaskan mekanisme kerja berbagai enzim, itu diterima secara luas daripada kunci dan hipotesis kunci. (Tanri Alim, 2013)
Gambar 2. Induced Fit Theory
Faktor – Faktor Yang Memengaruhi Kerja Enzim
Konsentrasi substrat dan enzim berdampak pada aktivitas enzim. Selain itu, kondisi lingkungan seperti suhu, pH, kehadiran inhibitor, dll juga mempengaruhi kegiatan mereka. Masing-masing faktor penting telah dibahas di bawah:
a). Perubahan Suhu
Semua enzim membutuhkan suhu yang cocok untuk bekerja dengan baik. Laju reaksi biokimia meningkat dengan kenaikan suhu. Hal ini karena panas meningkatkan energi kinetik dari molekul peserta yang menghasilkan lebih banyak jumlah tabrakan antara mereka. Di sisi lain, sebagian besar ditemukan bahwa dalam kondisi suhu rendah, reaksi menjadi lambat karena ada sedikit kontak antara substrat dan enzim. Namun, suhu yang ekstrim tidak baik untuk enzim. Di bawah pengaruh suhu sangat tinggi, molekul enzim cenderung untuk mengalami denaturasi, karena yang laju penurunan reaksi. Dengan kata lain, enzim terdenaturasi gagal untuk melaksanakan fungsi normal. Dalam tubuh manusia, suhu optimum di mana sebagian besar enzim menjadi sangat aktif terletak pada kisaran 95 ° F sampai 104 ° F (35 ° C hingga 40 ° C). Ada beberapa enzim yang lebih memilih suhu yang lebih rendah daripada ini.
b). Perubahan pH
Pada umumnya, pH optimum berada dikisaran 6 – 8. Namun beberapa pengecualian terjadi, contohnya pada lambung manusia, pepsin akan bekerja pada pH 2. Perubahan pH yang cukup tajam juga akan menyebabkan enzim terdenaturasi.
Gambar 3. Grafik Perubahan pH dan Aktivitas Enzim
c). Konsentrasi Substrat
Konsentrasi substrat memainkan peran utama dalam berbagai aktivitas enzim. Hal ini jelas karena konsentrasi yang lebih tinggi dari substrat berarti lebih banyak jumlah molekul substrat yang terlibat dengan aktivitas enzim. Sedangkan, konsentrasi rendah substrat berarti jumlah kurang dari molekul akan mendapatkan melekat pada enzim. Ini pada gilirannya mengurangi aktivitas enzim. Ketika laju reaksi enzimatik maksimum dan enzim berada di negara yang paling aktif, peningkatan konsentrasi substrat tidak akan membuat perbedaan dalam aktivitas enzim. Dalam kondisi ini, substrat terus diganti dengan yang baru pada situs aktif enzim dan tidak ada ruang lingkup untuk menambahkan molekul-molekul ekstra di sana.
Gambar 4. Grafik Konsentrasi Substrat dan Kecepatan Reaksi
d). Konsentrasi Enzim
Dalam reaksi enzimatik, jumlah molekul substrat yang terlibat lebih dibandingkan dengan jumlah enzim. Kenaikan konsentrasi enzim akan meningkatkan aktivitas enzim untuk alasan sederhana bahwa lebih enzim yang berpartisipasi dalam reaksi. Laju reaksi berbanding lurus dengan jumlah enzim yang tersedia untuk itu. Namun, itu tidak berarti bahwa kenaikan konstan dalam konsentrasi enzim akan menyebabkan kenaikan mantap dalam laju reaksi. Sebaliknya, konsentrasi yang sangat tinggi dari enzim dimana semua molekul substrat sudah habis tidak memiliki dampak apapun pada laju reaksi. Tepatnya, setelah laju reaksi telah mencapai stabilitas, peningkatan jumlah enzim tidak mempengaruhi laju reaksi lagi.
e). Inhibitor
Seperti namanya, inhibitor adalah substansi yang memiliki kecenderungan untuk mencegah aktivitas enzim. Inhibitor enzim mengganggu fungsi enzim dalam dua cara yang berbeda. Berdasarkan ini, mereka dibagi menjadi dua kategori: inhibitor kompetitif dan inhibitor kompetitif. Sebuah inhibitor kompetitif memiliki struktur yang sama dengan molekul substrat, dan sehingga akan melekat pada diaktifkan pusat enzim mudah dan membatasi pembentukan ikatan kompleks enzim-substrat. Sebuah inhibitor nonkompetitif adalah salah satu yang membawa perubahan (s) dalam bentuk enzim dengan bereaksi dengan situs aktif. Dalam kondisi ini, molekul substrat tidak dapat mengikat dirinya pada enzim dan dengan demikian, kegiatan selanjutnya diblokir.
Gambar 5. Inhibitor Enzim
Enzim Katalase
Katalase adalah enzim antioksidan yang ditemukan pada hampir semua organisme hidup yang mengkatalisis proses dekomposisi hidrogen peroksida menjadi air dan oksigen. Katalase adalah salah satu enzim yang paling efisien, satu molekul katalase dapat mengkonversi jutaan molekul hidrogen peroksida menjadi air dan oksigen. Fungsi enzim Katalase Hidrogen peroksida (H2O2) merupakan hasil dari respirasi dan dibuat dalam seluruh sel hidup. H2O2 berbahaya dan harus dibuang secepatnya. Enzim katalase diproduksi sel untuk mengkatalis H2O2. Katalase berperan sebagai enzim peroksidasi khusus dalam reaksi dekomposisi hydrogen peroksida menjadi oksigen dan air. Enzi mini mampu mengoksidasi 1 molekul hydrogen peroksida menjadi oksigen. Kemudian secara simultan juga dapat mereduksi molekul hydrogen peroksida kedua menjadi air. Reaksi dapat berjalan bila terdapat senyawa pemberi ion hydrogen (H2) seperti methanol, etanol dan format. Peran katalase dalam mengkatalis H2O2 relatif lebih kecil dibandiingkan dengan kecepatan pembentukannya. Sel-sel yang mengandung katalase dalam jumlah sedikit sangat rentan terhadap peroksida. Oleh karena itu katalase berperan penting dalam mekanisme pertahanan sel darah merah terhadap serangan oksidaror hydrogen peroksida.
Hidrogen Peroksida (H2O2), Natrium Hidroksida (NaOH), Asam Sulfat (H2SO4), dan KMnO4
Larutan – larutan Hidrogen Peroksida (H2O2), Natrium Hidroksida (NaOH), Asam Sulfat (H2SO4), dan KMnO4 digunakan sebagai bahan percobaan untuk mengamati kerja enzim katalase pada hati ayam.
Hidrogen peroksida dengan rumus kimia bila H2O2 ditemukan oleh Louis Jacquea Thenard pada tahun 1818. Senyawa ini merupakan bahan kimia organik yang memiliki sifat oksidator kuat dan bersifat racun dalam tubuh. Senyawa peroksida harus segera diuraikan menjadi air (H2O) dan oksigen (O2) yang tidak berbahaya. Enzim katalase mempercepat reaksi penguraian peroksida (H2O2) menjadi air (H2O) dan Oksigen (O2). Penguraian peroksia ditandai dengan timbulnya gelembung.
Natrium Hidroksida, Asam Sulfat, dan KMnO4 digunakan sebagai indikator keadaan asam dan basa.
C. Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum ini yaitu:
Ekstrak Hati Ayam
H2O2
H2SO4
NaOH
KMnO4
Tabung Reaksi
Pipet
Pembakar Spiritus
Penjepit
Bara api dari Dupa
D. Cara Kerja
Menyelidiki aktivitas enzim katalase :
Tabung reaksi diisi dengan 7 – 10 tetes ekstrak hati ayam, lalu dimasukkan H2O2 kedalam tabung reaksi setinggi 1cm,lalu diamati perubahan gelembung yang terjadi dan dicatat dalam tabel pengamatan.
Pengukuran Aktivitas Enzim Katalase
Percobaan nomor 1 diulangi, namun dengan menambahkan H2SO4 sebanyak 3 tetes, diamati yang terjadi dan dicatat dalam tabel pengamatan.
Percobaan ekstrak hati dengan H2SO4, namun dengan ditambahkan KMnO4sebanyak 3 tetes. Amati dan catat perubahannya.
Percobaan nomor 1, dan ditambahkan NaOH sebanyak 3 tetes, amati dan catat perubahannya.
Percobaan nomor 1 diulangi, namun tabung reaksi dipanaskan secukupnya. Amati dan catat perubahannya.
Percobaan nomor 1di ulangi, kemudian dimasukkan bara api dari dupa ke dalam tabung reaksi. Saat memasukkan bara api, jangan sampai terlalu ke dalam.
E. Tabel Pengamatan dan Pembahasan
Tabung Reaksi
Ekstrak Hati
H2O2
Gelembung
Nyala Api
A
Segar
B
+ H2SO4
C
+ H2SO4 + KMnO4
D
+ NaOH
E
Dipanaskan
F
Dimasukkan bara api
