Advertisement

Mekanisme Kerja Enzim, Telah diketahui bahwa kerja enzim meliputi pembentukan dan kemudian penguraian suatu kompleks enzim-substrat, mungkin tepat jika dikatakan bahwa tidak ada sebuah reaksi enzim pun yang mekanisme sesungguhnya benar-benar dipahami. Namun, ciri-ciri umum tertentunya sudah jelas. Enzim-enzim ini adalah protein, dan karena itu memiliki molekul yang besar, sedangkan substrat yang dikatalisis oleh enzim ini bermolekul relatif kecil. Misalnya enzim invertase mempunyai berat molekul 270 000, sedangkan sukrosa substratnya mempunyai berat molekul hanya 342. Perbedaan ukuran molekul yang sangat mencolok ini memberi kesan bahwa sebagian kecil dari molekul enzim ini langsung terlibat dalam pembentukan kompleks enzim-substrat. Bagian yang kritis ini disebut tempat aktif, sebab diduga di sinilah substrat menempel pada enzim dan reaksi kimia terjadi. Karena enzim sangat selektif akan substrat yang digarapny a, lebih lanjut disarankan bahwa tempat aktif ini terdiri atas pola molekul yang sangat khas, yang dalam beberapa hal saling melengkapi dengan pola molekul substratnya.

Enzim adalah protein yang bulat, yaitu molekul-molekulnya berpilin dan berlipat-lipat membentuk susunan kompleks dan hampir berbentuk bola. Dirumuskan bahwa pada nilai pH tertentu, konfigurasi rantai polipeptida dan konfigurasi muatan listrik yang dimiliki oleh asam aminonya bersusun sedemikian rupa sehingga di suatu tempat tertentu pada permukaan molekul enzim ada sebuah ruang yang komplementer bentuknya dengan bentuk molekul substrat tertentu. Ruang ini adalah ‘tempat aktif’ itu. karena kontak langsung antara enzim dan substrat diperlukan agar terjadi pembentukan gabungan enzim-substrat, maka molekul substrat diperkirakan tertarik oleh tenaga kimia (seperti muatan elektrostatik) masuk ke dalam ruangan ini, dan substrat ini diaktifkan sebelum terbentuknya hasil-hasil reaksi. Hasil reaksi yang pola molekulnya tidak sesuai dengan pola tempat aktif akan terlempar ke larutan sekitarnya, membebaskan tempat aktif untuk ‘menangkap’ molekul substrat lain (  12.12). Interpretasi mengenai kerja enzim sehubungan dengan tempat aktif ini sesuai dengan tingkah laku enzim sebagai protein. Kemampuan protein berfungsi sebagai suatu enzim ditentukan oleh bentuk tertEntu molekulnya, jadi oleh ikatan-ikatan yang memegang molekul pada struktur tiga dimensinya. Oleh karena itu, struktur tersier sebuah molekul protein yang sangat kompleks tetapi amat tepat itu dengan sendirinya telah memberi penjelasan mengapa enzim begitu selektif memilih jenis reaksi dalam kedudukannya sebagai katalisator. Mereka selektif karena tempat aktifnya hanya dapat bergabung dengan satu macam molekul substrat (kekhususan mutlak) atau paling-paling dengan satu kelompok substrat yang secara kimia berkerabat (kekhususan kelompok). Kehadiran sinambung temp at aktif secara tidak langsung membentuk struktur tiga dimensi molekul enzim tersebut. Karena itu, faktor apa pun yang menyebabkan denaturasi protein (misalnya suhu tinggi atau pH yang ekstrem) seharusnya membuat enzim menjadi tidak aktif, dan memang demikianlah yang terjadi. Model tempat aktif ini juga menunjukkan bahwa bagian lain dari molekul yang secara tidak langsung terlibat dalam penggabungan enzim dengan substrat itu dapat berperan juga dalam kegiatan enzim dengan cara menjaga agar bentuk tempat aktif berada pada bentuk yang tepat. Kenyataan bahwa enzim itu selalu bermolekul besar, walaupun tempat aktifnya hanya menempati bagian pendek saja dari seluruh rantai polipeptidanya (mungkin hanya terdiri atas 12 unit asam amino), tidak merupakan hal yang bertentangan seperti tampak semula.

Advertisement

Karena sifat-sifat lain kegiatan enzim (misalnya sifat hambatan) dapat juga diinterpretasikan dalam hal pembentukan gabungan enzim-substrat pada temp at aktif itu, tampaknya tidak disangsikan lagi bahwa model ini juga berlaku. Kemajuan cepat sedang terjadi ke arah pemahaman sifat kimia, juga mekanisme kerja tempat aktif beberapa enzim, dan mungkin tidak berapa lama lagi proses kimia yang sesungguhnya berbagai tipe cara kerja enzim akan terungkapkan. Misalnya kegiatan enzim kimotripsin yang menjadi katalisator untuk menghidrolisis ikatan peptida yang diketahui bergantung pada ‘ampas’ histidin dan serin pada posisi 57 dan 195 pada rantai polipeptida. Struktur tiga dimensi enzim juga diketahui secara terperinci lagi, dan biokimiawan sekarang sedang mencoba menyusun mekanisme reaksinya.

 

Aktivitas suatu enzim bergantung pada keserasian yang akrab antara molekul substrat dan tempat aktif. Oleh karena itu, apa pun yang mengganggu arsitektur molekul tempat aktif itu akan menghalangi pembentukan atau pemecahan gabungan enzim-substrat, jadi mengurangi kecepatan reaksi yang dikatalisis enzim. Berbagai senyawa yang mengurangi kecepatan reaksi enzim dengan cara mengganggu struktur tempat aktif disebut penghambat. Penghambat dap at digolongkan menjadi dua kelompok besar, yaitu penghambat bersaing dan penghambat tale bersaing.

Pada penghambat bersaing struktur molekulnya mirip dengan substrat normal sehingga memungkinkan penghambat bersaing dengan substrat normal untuk menduduki tempat aktif pada suatu enzim. Namun segera setelah berada pada tempat itu, penghambat tidak membentuk enzim bebas dan juga tidak membentuk hasil reaksi. Oleh karena itu, menghalangi tempat aktif itu untuk ditempati substrat normal. Salah satu contoh penghambat bersaing ialah hambatan pada suksinat dehidrogenase oleh asam malonat atau asam glutamat, yaitu zat homolog yang berada di bawah dan di atas asam suksinat pada deret asam berbasa dua. Suksinat dehidrogenase mengkatalisis pengeluaran hidrogen (dehidrogenasi) dari asam suksinat menjadi asam fumarat sebagai berikut:

COOH CH2 CH2

COOH

(asam suksinat)                dikatalisis oleh

suksinat dehidrogenase                                COOH CH

II

CH

COOH

(asam fumarat)

dihambat oleh

COOH    COOH

CH2        atau       CH2

COOH    CH2

(asam malonat)

CH2

COOH

(asam glutarat)

 

Efek hambatan, baik oleh asam malonat maupun oleh asam glutamat, dapat dikurangi dengan meningkatkan konsentrasi asam suksinat, sebab dengan demikian akan lebih besar lagi bagian molekul enzim yang akan bereaksi dengan substrat normal daripada dengan penghambat. Berbagai kasus tentang penghambat bersaing telah diketahui dan penelitian tentang itu telah banyak memberi sumbangan dalam pemahaman mekanisme kerja enzim.

Walaupun substrat bergabung dengan enzim di tempat aktif, berfungsinya tempat aktif ini masih bergantung kepada keutuhan bagian lain dari molekul enzim. Pada tipe penghambat tak bersaing, zat penghambat mungkin bertindak dengan jalan menempelkan diri pada suatu tempat di permukaan enzim yang agak jauh dari tempat aktif sedemikian rupa sehingga struktur tempat aktif itu berubah, karena itu menghalangi terlaksananya peran katalisator normalnya. Enzim-enzim yang struktur integralnya, jadi juga sifat katalisatornya, bergantung pada gugus sulfihidril (—SH) akan dihambat oleh penghambat tak bersaing seperti ion-ion logam berat air raksa (Hg”) dan perak (Ag”), sebab ion-ion ini bergabung dengan gugus. — SH dari enzim. Demikian pula halnya dengan enzim-enzim yang memerlukan ion-ion logam (misalnya Mg’) untuk keaktifannya akan menjadi tidak berfungsi lagi jika ditambah reagen yang mampu mengikat ion dasarnya. Karena penghambat tak bersaing berinteraksi bukan hanya dengan enzim bebas, tetapi juga dengan gabungan enzim-substrat, maka efeknya tak dapat diubah dengan menaikkan konsentrasi substrat. Ternyata pengamatan efek konsentrasi baku (standar) penghambat pada kecepatan reaksi enzimatik pada berbagai konsentrasi substrat menjadi alat untuk membedakan antara penghambat bersaing dan penghambat tak bersaing.

Zat penghambat telah digunakan secara luas untuk merintangi sebuah reaksi pada jalur metabolisme, sehingga menyebabkan terkumpulnya hasil antara yang dapat diidenti-fikasi, karena itu dapat membantu menjelaskan langkahlangkah yang terlibat dalam seluruh proses. Hasil eksperimen “rintangan” seperti itu harus diinterpretasikan secara hati-hati, sebab hanya sedikit sekali penghambat yang khusus untuk satu enzim saja. Namun, ada dukungan sangat kuat melalui eksperimen untuk menegaskan bahwa banyak obat-obatan yang berfungsi baik karena menggunakan efek hambatan khusus pada beberapa enzim yang kritis dalam jaringan. Penisilin, misalnya, berfungsi sebagai obat dengan cara menghambat salah satu enzim yang berperan dalam sintesis dinding sel bakteri.

 

Advertisement