Enzim
Enzim adalah biomolekul yang berfungsi sebagai katalis
(senyawa yang mempercepat proses reaksi tanpa habis bereaksi) dalam suatu
reaksi kimia. Dalam mengkatalisis suatu reaksi enzim bersifat sangat spesifik,
sehingga meskipun jumlah enzim dan substrat sangat banyak di dalam sel tidak
akan terjadi kekeliruan. Hal ini disebabkan
perbedaan struktur kimia tiap enzim yang bersifat tetap. Sebagai contoh, enzim α-amilase hanya dapat digunakan pada proses perombakan
pati menjadi glukosa.
Nama enzim sering kali diturunkan
dari nama substrat ataupun reaksi kimia yang dikataliskan dengan akhiran -ase.
Contohnya adalah laktase, alkohol dehidrogenase (mengatalisis penghilangan
hidrogen dari alkohol), dan DNA polimerase. International Union
of Biochemistry and Molecular Biology telah mengembangkan
suatu tatanama untuk enzim, yang disebut sebagai nomor EC, dimana tiap-tiap
enzim memiliki empat digit nomor urut sesuai dengan ketentuan klasifikasi yang
berlaku. Nomor pertama untuk klasifikasi teratas enzim didasarkan pada
ketentuan berikut : EC1 (Oksidoreduktase), EC2 (Transferase), EC3
(Hidrolase), EC4 (Liase), EC5 (Isomerase), EC6 (Ligase).
A. Bagian-bagian Enzim
1.
Apoenzim adalah bagian enzim
yang merupakan protein, mempunyai struktur 3 dimensi.
2.
Kofaktor adalah bagian enzim yang bukan
protein, bentuk tertentu dari kofaktor disebut koenzim. Kofaktor dapat dibagi
menjadi 3 macam yaitu :
¶ Gugus prostetik, adalah senyawa organik yang
mengikat dengan kuat pada poenzim. Contoh : peroksidase dan katalase, dimana
hem adalah gugus prostetiknya yang terikat permanen pada tempat aktif.
¶ Koenzim, ialah senyawa organik yang berasosiasi dengan
apoenzim dan bersifat sewaktu (tidak permanen) biasanya pada saat berlangsung
katalisis. Koenzim yang sama dapat menjadi kofaktor pada enzim yang berbeda.
Kebanyakan komponen kimia koenzim adalah vitamin.
¶ Ion metal, sejumlah enzim memerlukan ion metal untuk
aktivitasnya. Ion 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.
Kompleks apoenzim dengan koenzim
disebut holoenzim. Struktur 3 dimensi pada enzim sangat penting untuk aktifitas
katalisis, oleh karena itu perubahan konformasi yang sedikit saja pada struktur
enzim akan mempengaruhi aktifitasnya.
B. Kerja Enzim
Enzim dapat bekerja dengan beberapa cara, yaitu :
1. Menurunkan energi aktivasi dengan
menciptakan suatu lingkungan yang mana keadaan transisi terstabilisasi
(contohnya mengubah bentuk substrat menjadi konformasi keadaan transisi ketika
ia terikat dengan enzim.)
2. Menurunkan energi keadaan transisi tanpa
mengubah bentuk substrat dengan menciptakan lingkungan yang memiliki distribusi
muatan yang berlawanan dengan keadaan transisi.
3. Menyediakan lintasan reaksi alternatif.
Contohnya bereaksi dengan substrat sementara waktu untuk membentuk kompleks
Enzim-Substrat.
4. Menurunkan perubahan entropi reaksi
dengan menggiring substrat bersama pada orientasi yang tepat untuk bereaksi.
C. Klasifikasi Enzim
International Union of Biochemistry (IUB)
membagi enzim menjadi enam kelas, antara lain sbagai berikut.
1. Oksidoreduktase, yaitu enzim yang mengkatalisis reaksi
oksidasi-reduksi, dan biasanya menggunakan koenzim (NAD+, NADP+,
FAD, Lipoat dan Koenzim Q).Yang termasuk enzim ini antara lain Dehidrogenase, Oksidase,Peroksidase, Reduktase, Hidroksilase, Oksigenase.
2. Transferase, yaitu enzim yang mengkatalisis pemindahan gugus
tertentu (seperti : gugus 1-karbon, gugus aldehid dan keton, gugus asil, gugus
glikosil, gugus fosfat, gugus mengandung S). Yang termasuk enzim ini adalah Amino
transferase, asil karnitin transferase, transkarboksilase, transaldolase dan
transketolase, glukokinase, dan piruvatkinase.
3. Hidrolase, yaitu enzim yang meningkatkan pemecahan ikatan
antara karbon dengan atom lainnya dengan penambahan air. Yang termasuk enzim ini adalah
esterase, amidase, peptidase, fosfatase, dan glikosidase.
4. Liase, adalah enzim yang mengkatalisis
pemecahan karbon-karbon, karbon-sulfur, dan karbon-nitrogen. Yang termasuk
enzim ini adalahdekarboksilase, aldolase, sintase, hidrase atau dehidratase,
deaminase, nukleotida siklase.
5. Isomerase, adalah enzim yang mengkatalisis penataan
intramolekuler tanpa melibatkan perubahan neto kadar senyawa selain substrat.
Terjadi untuk cis-trans, keto-enol, aldosa-ketosa. Yang termasuk enzim ini
adalahEpimerase, rasemase, mutase, isomerase.
6. Ligase, yaitu enzim yang mengkatalisis pembentukan ikatan
antara karbon-karbon, karbon-sulfur, karbon-nitrogen dan karbon-oksigen. Untuk pembentukan
ikatan tersebut diperlukan energi yang berasal dari ATP. Yang termasuk enzim
ini adalah sintetase, karboksilase.
Dalam bidang farmasi, secara umum
enzim dibagi menjadi golongan-golongan sebagai berikut.
1.
Esterase,
yaitu enzim hidrolisis yang memecah ester menjadi asam lemak dan alkohol dengan batuan air (H2O).
Contohnya adalah lipase, fosfolipase, dan asetilkolinesterase.
2.
Carbohydrase atau amylolytic, yaitu enzim yang
mengkonversi tepung/pati mernjadi gula diantaranya diastase, laktase,
maltase, invertase, cellulose, hyaluronidase, glucuronidase, dan lisosim
3.
Nuclease, contohnya ribonuclease, dan adenosine deaminase.
4.
Amidase, contoh arginase dan urease.
5.
Proteolytic enzim, contohnya pepsin, tripsin,
chymotrypsin, papain, fibrinolysin, streptokinase, dan urokinase.
D. Inhibitor Enzim
Senyawa kimia tertentu secara
selektif menghambat (menginhibisi) kerja enzim spesifik. Beberapa inhibitor
menyerupai molekul substrat yang normal dan bersaing untuk dapat menempati
tempat aktif enzim. Senyawa yang mirip ini disebut inhibitor kompetitif, mengurangi
produktivitas enzim dengan cara mencegah substrat memasuki tempat aktif.
Sebagai contoh, metotreksat adalah inhibitor kompetitif bagi enzim dihidrofolat
reduktase. Inhibitor nonkompetitifadalah senyawa yang tidak secara
langsung bersaing dengan substrat pada tempat aktif, melainkan menghambat
reaksi enzimatik dengan berikatan pada bagian lain enzim itu. Interaksi ini
menyebabkan perubahan bentuk pada molekul enzim sehingga tempat aktif tidak
reseptif lagi terhadap substrat.
Oleh karena inhibitor menghambat
fungsi enzim, inhibitor sering digunakan sebagai obat. Contohnya adalah
inhibitor yang digunakan sebagai obat aspirin.Aspirin menginhibisi enzim
siklooksigenase (COX-1 dan COX-2) yang memproduksi pembawa pesan peradangan
prostaglandin, sehingga dapat menekan peradangan dan rasa sakit. Namun, banyak
pula inhibitor enzim lainnya yang beracun. Sebagai contohnya, sianida yang merupakan
inhibitor enzim ireversibel, akan bergabung dengan tembaga dan besi pada tempat
aktif enzim sitokrom c oksidase dan memblok pernafasan sel. Contoh lain adalah DDT dan paration yang merupakan
inhibitor enzim-enzim utama dalam sistem saraf. Banyak antibiotik merupakan
inhibitor enzim spesifik pada bakteri, misalnya penisilin yang membatasi
tempat aktif suatu enzim yang digunakan oleh banyak bakteri untuk membuat
dinding selnya.
E. Pemanfaatan Enzim di Bidang Pengobatan
Pemanfaatan enzim dalam
pengobatan meliputi penggunaan enzim sebagai obat, pemberian senyawa kimia
untuk memanipulasi kinerja suatu enzim dengan demikian suatu efek tertentu
dapat dicapai (enzim sebagai sasaran pengobatan), serta manipulasi terhadap
ikatan protein-ligan sebagai sasaran pengobatan.
1. Penggunaan enzim sebagai obat
Biasanya mengacu kepada pemberian
enzim untuk mengatasi defisiensi enzim yang seharusnya terdapat di dalam tubuh
manusia untuk mengkatalis rekasi-reaksi tertentu. Berdasarkan lamanya pemberian
enzim sebagai pengobatan, maka keadaan defisiensi enzim dapat diklasifikasikan
menjadi dua yaitu keadaan defisiensi enzim yang bersifat sementara dan bersifat
menetap. Contoh keadaan defisiensi enzim yang bersifat sementara adalah
defisiensi enzim-enzim pencernaan. Adapun defisiensi enzim yang bersifat
menetap menyebabkan banyak kelainan, yang biasanya juga disebut sebagai
kelainan genetik mengingat enzim merupakan protein yang ditentukan oleh gen.
Contoh kelainan akibat defisiensi enzim antara lain adalah hemofilia, yaitu keadaan
dimana penderita mengalami kesulitan penggumpalan darah (cenderung untuk
pendarahan) akibat defisiensi enzim-enzim terkait penggumpalan darah. Saat ini
telah diketahui ada tiga belas faktor, sebagian besar adalah protease dalam
bentuk proenzim, yang diperlukan dalam proses penggumpalan darah. Pada
penderita hemofilia, terdapat defisiensi pada faktor VIII (Anti-Hemophilic
Factor), faktor IX, dan faktor XI. Kelainan ini dapat diatasi dengan
transfer gen yang mengkode faktor IX. Diharapkan gen tersebut dapat mengkode
enzim-enzim protease yang diperlukan dalam proses penggumpalan darah.
2. Enzim sebagai sasaran pengobatan
Merupakan terapi di mana senyawa
tertentu digunakan untuk memodifikasi kerja enzim, sehingga dengan demikian
efek yang merugikan dapat dihambat dan efek yang menguntungkan dapat dibuat.
Berdasarkan sasaran pengobatan, dapat dibagi menjadi terapi di mana enzim sel
individu menjadi sasaran dan terapi di mana enzim bakteri patogen yang menjadi
sasaran.
a) Pada terapi di mana enzim sel individu
sebagai sasaran kerja terapi, digunakan senyawa-senyawa untuk mempengaruhi kerja suatu
enzim sebagai penghambat bersaing. Contoh penyakit yang dapat diobati dengan
terapi ini adalah :
¶ Diabetes Melitus. Pada penyakit diabetes melitus,
senyawa yang diinduksikan adalah akarbosa (acarbose), di mana akarbosa
akan bersaing dengan amilum makanan untuk mendapatkan situs katalitik enzim
amilase (pankreatik α-amilase) yang akan mengubah amilum menjadi glukosa
sederhana. Akibatnya reaksi tersebut akan terganggu, sehingga kenaikan gula
darah setelah makan dapat dikendalikan.
¶ Dengan menggunakan prinsip pengaruh senyawa terhadap
enzim, maka enzim yang berfungsi untuk memecah AMP siklik (cAMP) yaitu
fosfodiesterase (PD) dapat dihambat oleh berbagai senyawa, antara lain kafein
(trimetilxantin), teofilin, pentoksifilin, dan sildenafil. Teofilin digunakan untuk
mengobati sesak nafas karena asma, pentoksifilin digunakan untuk
menambah kelenturan membran sel darah merah sehingga dapat memasuki relung
kapiler, sedangkan sildenafil menyebabkan
relaksasi kapiler di daerah penis sehingga aliran darah yang masuk akan
bertambah dan tertahan untuk beberapa saat.
¶ Penyakit kanker merupakan penyakit sel ganas yang
dapat dicegah penyebarannya dengan menghambat mitosis sel ganas. Reduksi asam
folat yang diperlukan dalam mitosis dapat dihambat oleh senyawa ametopterinsehingga sintesis
DNA menjadi tidak berlangsung. Selain itu penggunaanazaserin dapat menghambat
biosintesis purin yang membutuhkan asam glutamate. Penambahan 6-aminomerkaptopurin juga dapat
menghambat adenilosuksinase sehingga menghambat pembentukan AMP (salah satu
bahan DNA) sehingga perkembangan sel kanker bisa dihambat.
b) Pada terapi di mana enzim
mikroorganisme yang menjadi sasaran kerja terapi, digunakan prinsip bahwa enzim
yang dibidik tidak boleh mengkatalisis reaksi yang sama atau menjadi bagian
dari proses yang sama dengan yang terdapat pada sel individu. Hal ini bertujuan
untuk melindungi sel individu, sekaligus meningkatkan spesifikasi terapi ini.
Karena yang dibidik adalah enzim mikroorganisme, maka penyakit yang dihadapi
kebanyakan adalah penyakit-penyakit infeksi. Contoh terapi dengan menjadikan
enzim mikroorganisme sebagai sasaran kerja antara lain :
¶ Pada penyakit tumor, sel tumor dapat dikendalikan
perkembangannya dengan menghambat mitosisnya. Mitosis sel tumor membutuhkan DNA
baru (purin dan pirimidin baru). Proses ini membutuhkan asam folat sebagai
donor metil yang dapat dibuat oleh mikroorganisme sendiri dengan memanfaatkan
bahan baku asam p-aminobenzoat (PABA), pteridin, dan asam glutamat. Suatu
analog dari PABA, yaitu sulfonamida dan turunannya
dapat dimanfaatkan untuk menghambat pemakaian PABA untuk membentuk asam folat.
¶ Penggunaan antibiotika, seperti penisilin, suatu antibiotika
yang menghambat enzim transpeptidase yang mengkatalisis dipeptida D-alanil
D-alanin sehingga peptidoglikan di dinding sel bakteri tidak terbentuk dengan
sempurna. Bakteri akan rentan terhadap perbedaan tekanan osmotik sehingga
gampang pecah.
¶ Penggunaan antibiotika tertentu dapat menghambat
sintesis protein pada mikroorganisme. Contohnya antara lain:
J Tetrasiklin yang menghambat
pengikatan asam amino-tRNA pada situs inisiator subunit 30S dari ribosom
sehingga asam amino tidak dibawa oleh tRNA.
J Streptomisin yang berikatan
langsung dengan subunit 50S dari ribosom sehingga laju sintesis protein
berkurang dan terbentuk protein yang tidak semestinya akibat kesalahan baca
kodon mRNA.
J Kloramfenikol yang menyaingi mRNA
untuk duduk di ribosom
J Neomisin B yang mengubah
pengikatan asam amino-tRNA ke kompleks mRNA ribosom.
3. Interaksi protein-ligan sebagai sasaran pengobatan
Pengobatan dengan sasaran
interaksi protein-ligan mengacu kepada prinsip interaksi sistem
mediator-reseptor, apabila mediator disaingi oleh molekul analognya sehingga
tidak dapat berikatan dengan reseptor, sehingga efek dari mediator tersebut
tidak terjadi. Contoh pengobatan dengan menjadikan interaksi protein-ligan
sebagai sasarannya antara lain:
¶ Pengendalian tekanan darah yang diatur oleh hormon
adrenalin. Reseptor yang terdapat pada hormon adrenalin, yaitu α-reseptor dan
β-reseptor dapat dihambat oleh senyawa-senyawa yang berbeda. Penghambatan pada
β-reseptor dapat menimbulkan efek pelemasan otot polos dan penurunan detak
jantung. Obat-obatan yang bekerja dengan cara tersebut dikenal sebagai β-blocker.
¶ Penggunaan antihistamin untuk tujuan tertentu. Histamin merupakan turunan asam amino histidin
yang berperan sangat luas, mulai dari neuromediator, mediator radang pada
kapiler, meningkatkan pembentukan dan pengeluaran asam lambung HCl, kontraksi
otot polos di bronkus, dan lain-lain. Tidak jarang ketika misalnya terjadi
peradangan yang memicu pengeluaran histamin, terjadi efek-efek lain seperti
sakit perut. Untuk itu dikembangkan senyawa spesifik yang mampu bekerja sebagai
pesaing histamin, yaitu antihistamin yang dapat menekan respon yang timbul
akibat kerja histamin.
0 komentar:
Posting Komentar