5.2 - Enzim

Definisi dan Keperluan Enzim

• Tindak balas biokimia perlu berlaku dengan cepat di dalam sel supaya proses hidup sentiasa terpelihara.
• Enzim mempercepatkan tindak balas biokimia tersebut.
• Enzim: Mangkin organik yang kebanyakannya dibina daripada protein dan dihasilkan oleh sel organisma hidup.
• Bukan semua enzim disintesis daripada protein.
• Substrat: Bahan tindak balas yang diperlukan untuk tindak balas enzim.
• Substrat bergabung dengan enzim pada tapak aktif yang spesifik untuk membentuk kompleks enzim-substrat.

Penamaan Enzim

• Pada tahun 1960-an, The International Union of Biochemistry and Molecular Biology (IUBMB) memperkenalkan sistem penamaan enzim berdasarkan substrat atau tindak balas yang dimangkinkan.
• Nama enzim diperoleh dengan menambahkan -ase pada nama substrat.
  • Contoh: Enzim laktase memangkinkan hidrolisis laktosa.
  • $\text{Laktosa}+\text{air}\stackrel{\text{Laktase}}{\to }\text{Glukosa}+\text{galaktosa}$
• Enzim yang ditemui sebelum penamaan sistematik mungkin mengekalkan nama konvensional, seperti tripsin, pepsin dan renin.

Sifat-sifat Umum Enzim

• Mangkin biologi yang mempercepatkan tindak balas biokimia.
• Bertindak dengan pantas.
• Diperlukan dalam kuantiti kecil dan boleh digunakan semula.
• Struktur kekal tidak berubah dan tidak dimusnahkan selepas tindak balas.
• Kebanyakan tindak balas yang dimangkinkan oleh enzim ialah tindak balas berbalik.
• Spesifik: Hanya substrat yang mempunyai bentuk saling berpelengkap dapat bergabung dengan tapak aktif.
• Sesetengah enzim memerlukan kofaktor, seperti vitamin B dan ion magnesium, untuk berfungsi dengan lebih berkesan.
• Perencat boleh memperlahankan atau menghentikan aktiviti enzim; contohnya plumbum dan merkuri.

Enzim Intrasel dan Enzim Ekstrasel

• Enzim intrasel: Disintesis di dalam sel untuk kegunaan sel itu sendiri.
  • Contoh: Enzim heksokinase digunakan dalam proses glikolisis semasa respirasi sel.
• Enzim ekstrasel: Dirembes keluar sel.
  • Contoh: Enzim tripsin dihasilkan oleh sel pankreas dan dirembeskan ke dalam duodenum untuk mencernakan polipeptida.

Penghasilan Enzim Ekstrasel

1. Ribosom merupakan tapak sintesis protein.
2. Protein yang disintesis di ribosom memasuki lumen jalinan endoplasma kasar dan diangkut menerusinya.
3. Di hujung jalinan endoplasma kasar, membran membentuk tunas yang menggenting untuk menghasilkan vesikel angkutan.
4. Vesikel angkutan yang mengandungi protein bergerak menuju ke jasad Golgi dan bercantum dengannya.
5. Jasad Golgi mengubah suai protein menjadi enzim dan merembeskannya dalam vesikel rembesan yang terbentuk daripada hujung jasad Golgi.
6. Vesikel rembesan bergerak menuju ke membran plasma dan bercantum dengannya, lalu merembeskan enzim ke luar sel.

Mekanisme Tindakan Enzim

Hipotesis ‘Mangga dan Kunci’

• Kebanyakan enzim ialah protein kompleks yang terdiri daripada rantai polipeptida yang berlipat-lipat menjadi bentuk tiga dimensi.
• Tapak aktif mempunyai konfigurasi spesifik yang saling berpelengkap dengan substrat spesifik.
• Enzim diwakili oleh mangga; substrat diwakili oleh kunci.
• Urutan:
  1. Substrat spesifik menghampiri enzim.
  2. Substrat bergabung dengan tapak aktif dan membentuk kompleks enzim-substrat.
  3. Tindak balas berlaku; produk terhasil dan meninggalkan tapak aktif.

Tenaga Pengaktifan

• Tenaga pengaktifan: Tenaga yang diperlukan untuk memecah ikatan dalam molekul substrat sebelum tindak balas boleh berlaku.
• Kebanyakan tindak balas di dalam sel memerlukan tenaga pengaktifan yang tinggi.
• Enzim mengurangkan tenaga pengaktifan dan mempercepatkan tindak balas biokimia di dalam sel.

Faktor yang Mempengaruhi Mekanisme Tindakan Enzim

• Suhu, pH, kepekatan substrat dan kepekatan enzim mempengaruhi tindakan enzim.

Kesan Suhu

1. Suhu rendah:
   • Kadar tindak balas yang dimangkinkan oleh enzim adalah rendah.
2. Suhu meningkat:
   • Tenaga kinetik molekul enzim dan substrat meningkat.
   • Frekuensi perlanggaran berkesan meningkat.
   • Kadar tindak balas meningkat dua kali ganda bagi setiap kenaikan $10^{\circ }\text{C}$ sehingga suhu optimum.
3. Suhu optimum:
   • Kadar tindak balas berada pada tahap maksimum.
   • Suhu optimum untuk tindakan enzim dalam badan manusia ialah kira-kira $37^{\circ }\text{C}$.
4. Melebihi suhu optimum:
   • Aktiviti enzim berkurang dengan cepat dan berhenti pada $60^{\circ }\text{C}$.
   • Suhu tinggi memutuskan ikatan kimia dalam enzim; enzim ternyahasli.
   • Bentuk tiga dimensi dan tapak aktif berubah, maka substrat tidak lagi saling berpelengkap dengan tapak aktif.

Kesan pH

• Enzim bertindak paling berkesan pada pH optimum.
• Kebanyakan enzim paling aktif dalam julat pH 6 hingga 8.
  • Amilase air liur: pH 6.8.
  • Pepsin di dalam perut: pH 1.5–2.5.
  • Tripsin di dalam duodenum: Kira-kira pH 8.5.
• Perubahan pH mengubah cas tapak aktif dan permukaan substrat; kompleks enzim-substrat tidak dapat dibentuk.
• Apabila pH kembali ke tahap optimum, cas tapak aktif dipulihkan dan enzim berfungsi seperti normal.
• Perubahan pH yang ekstrem memutuskan ikatan kimia struktur, mengubah tapak aktif dan menyebabkan enzim ternyahasli.

Kesan Kepekatan Substrat

• Keadaan: Kepekatan enzim ditetapkan; kepekatan substrat ditambah.
• Penambahan substrat meningkatkan perlanggaran berkesan dan penghasilan produk.
• Kadar tindak balas meningkat sehingga tahap maksimum, kemudian menjadi malar.
• Pada tahap maksimum:
  • semua tapak aktif enzim tepu dengan substrat;
  • kepekatan enzim menjadi faktor pengehad;
  • penambahan enzim meningkatkan kadar tindak balas.

Kesan Kepekatan Enzim

• Penambahan enzim menyediakan lebih banyak tapak aktif dan meningkatkan kadar tindak balas.
• Penggandaan kepekatan enzim menggandakan jumlah substrat yang ditukar kepada produk per unit masa jika substrat berlebihan.
• Pada tahap maksimum:
  • kepekatan substrat menjadi faktor pengehad;
  • penambahan substrat meningkatkan kadar tindak balas.

Eksperimen Aktiviti Enzim

Kesan Suhu terhadap Aktiviti Enzim Amilase

• Pernyataan masalah: Apakah kesan suhu terhadap kadar tindak balas enzim amilase?
• Hipotesis: Kadar tindak balas meningkat dengan suhu sehingga suhu optimum, kemudian menurun.
• Pemboleh ubah:
  • Dimanipulasikan: Suhu.
  • Bergerak balas: Kadar tindak balas enzim amilase.
  • Dimalarkan: Kepekatan amilase dan ampaian kanji; pH medium tindak balas.
• Kaedah:
  1. Eramkan ampaian kanji 1% dan larutan enzim amilase 0.5% secara berasingan selama 5 minit dalam kukus air bersuhu $20^{\circ }\text{C}$, $30^{\circ }\text{C}$, $40^{\circ }\text{C}$, $50^{\circ }\text{C}$ dan $60^{\circ }\text{C}$.
  2. Campurkan setiap pasangan pada suhu yang sama dan mulakan jam randik dengan serta-merta.
  3. Uji sampel dengan larutan iodin pada selang masa tetap sambil mengekalkan campuran dalam kukus air masing-masing.
  4. Catat masa hidrolisis kanji selesai: Campuran iodin kekal perang kekuningan.
  5. Hitung $\text{kadar tindak balas}=1÷\text{masa}$ dan plot kadar tindak balas melawan suhu.

Kesan pH terhadap Aktiviti Enzim Pepsin

• Pernyataan masalah: Apakah pH optimum bagi tindak balas enzim pepsin?
• Hipotesis: pH 2 ialah pH optimum bagi tindak balas enzim pepsin.
• Pemboleh ubah:
  • Dimanipulasikan: pH medium tindak balas.
  • Bergerak balas: Kejernihan atau kekeruhan campuran tindak balas.
  • Dimalarkan: Kepekatan ampaian albumen dan larutan pepsin; suhu medium tindak balas.
• Kaedah:
  1. Sediakan tiga tabung uji yang mengandungi 5 ml ampaian albumen.
  2. Tambahkan 1 ml larutan pepsin 1% dan, masing-masing, 1 ml asid hidroklorik 0.1 M, air suling atau larutan natrium hidroksida 0.1 M.
  3. Ukur dan catat pH setiap campuran.
  4. Eramkan semua tabung uji pada $37^{\circ }\text{C}$ selama 20 minit.
  5. Catat kejernihan atau kekeruhan pada minit ke-0 dan selepas 20 minit.