Enzim

Apa itu Enzim

Enzim adalah biokatalisator organik yang dihasilkan organisme hidup di dalam protoplasma, yang terdiri atas protein atau suatu senyawa yang berikatan dengan protein.

Enzim mempunyai dua fungsi pokok sebagai berikut.

• Mempercepat atau memperlambat reaksi kimia.
• Mengatur sejumlah reaksi yang berbeda-beda dalam waktu yang sama

Enzim disintesis dalam bentuk calon enzim yang tidak aktif, kemudian diaktifkan dalam lingkungan pada kondisi yang tepat. Misalnya, tripsinogen yang disintesis dalam pankreas, diaktifkan dengan memecah salah satu peptidanya untuk membentuk enzim tripsin yang aktif. Bentuk enzim yang tidak aktif ini disebut zimogen.

Enzim tersusun atas dua bagian. Apabila enzim dipisahkan satu sama lainnya menyebabkan enzim tidak aktif. Namun keduanya dapat digabungkan menjadi satu, yang disebut holoenzim. Kedua bagian enzim tersebut yaitu apoenzim dan koenzim.

1. Apoenzim
   Apoenzim adalah bagian protein dari enzim, bersifat tidak tahan panas, dan berfungsi menentukan kekhususan dari enzim. Contoh, dari substrat yang sama dapat menjadi senyawa yang berlainan, tergantung dari enzimnya.
2. Koenzim
   Koenzim disebut gugus prostetik apabila terikat sangat erat pada apoenzim. Akan tetapi, koenzim tidak begitu erat dan mudah dipisahkan dari apoenzim. Koenzim bersifat termostabil (tahan panas), mengandung ribose dan fosfat.
   Fungsinya menentukan sifat dari reaksinya. Misalnya, Apabila koenzim NADP (Nicotiamida Adenin Denukleotid Phosfat) maka reaksi yang terjadi adalah dehidrogenase. Disini NADP berfungsi sebagai akseptor hidrogen.
   Koenzim dapat bertindak sebagai penerima/akseptor hidrogen, seperti NAD atau donor dari gugus kimia, seperti ATP (Adenosin Tri Phosfat).

Sifat-sifat Enzim

1. Biokatalisator
   Enzim hanya mengubah kecepatan reaksi, artinya enzim tidak mengubah produk akhir yang dibentuk atau mempengaruhi keseimbangan reaksi, hanya meningkatkan laju suatu reaksi. Senyawa yang mempercepat sebuah reaksi kimia tanpa ikut bereaksi disebut katalis. Karena enzim berasal dari organisme, maka disebut juga sebagai biokatalisator. Sebagai katalisator, enzim hanya diperlukan dalam jumlah yang sedikit.
2. Termolabil
   Enzim sangat dipengaruhi oleh suhu. Enzim memiliki suhu optimum untuk dapat menjalankan fungsinya, umumnya pada suhu 37ºC. Suhu ekstrim bisa merusak kerja enzim. Enzim inaktif pada suhu dibawah 10 ºC, sementara akan terjadi denaturasi pada suhu lebih 60 ºC.
   Terdapat beberapa pengecualian, seperti pada kelompok bakteri purba di daerah – daerah yang sangat ekstrim, seperti kelompok methanogen, mereka memiliki enzim yang bekerja pada suhu di 80 ºC.
3. Spesifik
   Enzim bekerja secara spesifik, artinya enzim hanya mempengaruhi substrat tertentu saja.  Enzim akan mengikat substrat yang mampu untuk berikatan dengan sisi aktif enzim. Sifat spesifik enzim tersebut dijadikan sebagai dasar penamaan, yaitu biasanya diambil dari jenis substrat yang diikat atau jenis reaksi yang berlangsung.
   Contoh: amylase yakni enzim yang berperan dalam memecah amilum yang merupakan polisakarida (gula kompleks) menjadi gula yang lebih sederhana.
4. Berupa protein
   Oleh karena itu, enzim memiliki sifat seperti protein. Antara lain bekerja pada suhu optimum, umumnya pada suhu kamar. Enzim akan kehilangan aktivitasnya karena pH yang terlalu asam atau basa kuat, dan pelarut organik. Selain itu, panas yang terlalu tinggi akan membuat enzim terdenaturasi sehingga tidak dapat berfungsi sebagai mana mestinya.
   Karena enzim tersusun atas komponen protein, maka sifat-sifat enzim tergolong koloid. Enzim memiliki permukaan antar partikel yang sangat besar sehingga bidang aktivitasnya juga besar.
5. Diperlukan dalam jumlah sedikit
   Sesuai dengan fungsinya sebagai katalisator, enzim diperlukan dalam jumlah yang sedikit. Satu molekul enzim dapat bekerja berkali-kali, selama molekul tersebut tidak rusak.
6. Bekerja secara bolak-balik
   Reaksi-reaksi yang dikendalikan enzim dapat berbalik, artinya enzim tidak menentukan arah reaksi tetapi hanya mempercepat laju reaksi sehingga tercapai keseimbangan. Enzim dapat menguraikan suatu senyawa menjadi senyawa-senyawa lain. Atau sebaliknya, menyusun senyawa-senyawa menjadi senyawa tertentu. 
7. Dipengaruhi lingkungan
   Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim adalah suhu, pH, aktivator (pengaktif), dan inhibitor (penghambat) serta konsentrasi substrat.

Struktur Enzim

Enzim berbentuk 3 Dimensi yang kompleks. Enzim memiliki bentuk khusus dalam untuk mengikat substrat. Bentuk enzim lengkap disebut dengan haloenzim. Enzim tersusun oleh 3 komponen utama

1. Komponen Utama Protein

Bagian enzim yang berupa protein disebut apoenzim. Apoenzim atau istilah lain apoprotein.

2. Gugus Prostetik 

Komponen enzim ini bukan protein yang terdiri dari 2 macam yaitu Koenzim dan kofaktor. Koenzim atau kofaktor yang terikat sangat kuat bahkan terikat dengan ikatan kovalen dengan enzim. 

Koenzim

Koenzim sering juga disebut Kosubstrat atau substrat kedua. Koenzim memiliki berat molekul rendah. Koenzim stabil terhadap pemanasan. Koenzim terikat enzim secara non kovalen. Koenzim berfungsi untuk mengangkut molekul-molekul kecil atau ion-ion (terutama H+) dari satu enzim ke enzim yang lain, misalnya : NAD. Enzim-enzim tertentu aktivitasnya perlu koenzim bahkan harus ada. Koenzim biasanya berupa vitamin B kompleks yang telah mengalami perubahan struktur. Beberapa contoh koenzim: tiamin pirophosfat, flavin adenine dinokleat, Nicotinamide adenine dinucleotode, Pyridoxal phosphate, dan koenzim A.

Kofaktor

Kofaktor berfungsi merubah struktur daerah aktif dan/atau dibutuhkan oleh substrat untuk berikatan dengan daerah aktif Contoh ko-faktor: yang dapat berupa molekul-molekul kecil atau ion-ion: Fe⁺⁺, Cu⁺⁺, Zn⁺⁺, Mg⁺⁺, Mn, K, Ni, Mo, dan Se. 

3. Situs Aktif Enzim (active site)

Sisi ini merupakan bagian enzim yang berikatan dengan substrat, daerah ini sangat spesifik karena hanya substrak yang cocok saja yang bisa melekat atau berikatan pada sisi ini. Enzim merupakan protein yang memiliki struktur globular. Struktur enzim yang berlekuk-lekuk menyebabkan terdapatnya area yang dikenal sebagai daerah aktif.

Cara Kerja Enzim

Enzim mengkatalis reaksi dengan cara meningkatkan laju reaksi. Enzim meningkatkan laju reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi (energi yang diperlukan untuk reaksi) dari EA1 menjadi EA2. Penurunan energi aktivasi dilakukan dengan membentuk kompleks dengan substrat. Setelah produk dihasilkan, kemudian enzim dilepaskan. Enzim bebas untuk membentuk kompleks baru dengan substrat yang lain.

Enzim memiliki sisi aktif, yaitu bagian enzim yang berfungsi sebagai katalis. Pada sisi ini, terdapat gugus prostetik yang diduga berfungsi sebagai zat elektrofilik sehingga dapat mengkatalis reaksi yang diinginkan. Bentuk sisi aktif sangat spesifik sehingga diperlukan enzim yang spesifik pula. Hanya molekul dengan bentuk tertentu yang dapat menjadi substrat bagi enzim. Agar dapat bereaksi, enzim dan substrat harus saling komplementer.

Enzim memiliki sisi aktif, yaitu bagian enzim yang berfungsi sebagai katalis. Pada sisi ini, terdapat gugus prostetik yang diduga berfungsi sebagai zat elektrofilik sehingga dapat mengkatalis reaksi yang diinginkan. Bentuk sisi aktif sangat spesifik sehingga diperlukan enzim yang spesifik pula. Hanya molekul dengan bentuk tertentu yang dapat menjadi substrat bagi enzim. Agar dapat bereaksi, enzim dan substrat harus saling komplementer.

Cara kerja enzim dapat dijelaskan dengan dua teori, yaitu teori gembok dan anak kunci, dan teori kecocokan yang terinduksi.

1. Teori gembok dan anak kunci (Lock and key theory)
   Enzim dan substrat bergabung bersama membentuk kompleks, seperti kunci yang masuk dalam gembok. Di dalam kompleks, substrat dapat bereaksi dengan energi aktivasi yang rendah. Setelah bereaksi, kompleks lepas dan melepaskan produk serta membebaskan enzim.
2. Teori kecocokan yang terinduksi (Induced fit theory)
   Menurut teori kecocokan yang terinduksi, sisi aktif enzim merupakan bentuk yang fleksibel. Ketika substrat memasuki sisi aktif enzim, bentuk sisi aktif termodifikasi melingkupi substrat membentuk kompleks. Ketika produk sudah terlepas dari kompleks, enzim tidak aktif menjadi bentuk yang lepas. Sehingga, substrat yang lain kembali bereaksi dengan enzim tersebut.

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kerja Enzim

Karena enzim tidak dikonsumsi dalam reaksi yang dikatalisasi dan dapat digunakan berulang-ulang, hanya diperlukan sedikit sekali enzim sebagai katalis suatu reaksi. 

Molekul enzim khas dapat mengkonversi 1.000 molekul substrat per detik. Laju reaksi enzimatik meningkat dengan meningkatnya konsentrasi substrat, mencapai kecepatan maksimum ketika semua lokasi aktif molekul enzim terlibat. 

Enzim kemudian dikatakan jenuh, laju reaksi ditentukan oleh kecepatan di mana situs aktif dapat mengubah substrat menjadi produk.

Penghambat/Inhibitor

Aktivitas enzim dapat dihambat dengan berbagai cara:

Penghambatan kompetitif terjadi ketika molekul yang sangat mirip dengan molekul substrat berikatan dengan situs aktif dan mencegah pengikatan substrat yang sebenarnya.
Penisilin, misalnya, adalah penghambat kompetitif yang menghambat situs aktif enzim dari bakteri yang digunakan untuk membangun dinding sel mereka.

Penghambatan nonkompetitif terjadi ketika penghambat berikatan dengan enzim di lokasi selain situs aktif. Dalam beberapa kasus penghambatan nonkompetitif, penghambat dianggap mengikat enzim sedemikian rupa sehingga secara fisik memblokir situs aktif normal. 

Dalam kasus lain, penghambat pengikatan diyakini mengubah bentuk molekul enzim, sehingga merusak situs aktifnya dan mencegahnya bereaksi dengan substratnya. Jenis penghambatan nonkompetitif ini disebut penghambatan alosterik; tempat di mana penghambat berikatan dengan enzim disebut situs alosterik. 

Seringkali, produk akhir dari jalur metabolisme berfungsi sebagai penghambat alosterik pada enzim jalur sebelumnya. Penghambatan enzim oleh produk dari jalurnya adalah bentuk umpan balik negatif.

Kontrol alosterik dapat melibatkan stimulasi aksi enzim serta penghambatan. Molekul aktivator dapat terikat ke situs alosterik dan menginduksi reaksi di situs aktif dengan mengubah bentuknya agar sesuai dengan substrat yang tidak dapat menginduksi perubahan dengan sendirinya.

Aktivator umum termasuk hormon dan produk dari reaksi enzimatik sebelumnya. Stimulasi dan penghambatan alosterik memungkinkan produksi energi dan bahan oleh sel ketika mereka dibutuhkan dan menghambat produksi ketika pasokan sudah memadai.

Enzim-enzim Pencernaan

Enzim pencernaan diproduksi secara alami oleh sistem pencernaan di dalam tubuh. Mereka bertugas memecah komponen makanan seperti lemak, karbohidrat, dan protein. Tujuannya adalah agar nutrisi yang berasal dari makanan dapat diserap ke dalam aliran darah untuk menunjang fungsi sel-sel tubuh.

Tubuh memproduksi berbagai macam enzim pencernaan untuk memecah nutrisi di dalam makanan yang Anda konsumsi agar dapat diserap. Berbeda jenis nutrisi, berbeda juga enzim pencernaannya. Berikut beberapa macam enzim pencernaan yang ada di tubuh:

Amilase

Enzim amilase diproduksi di kelenjar liur, pankreas, dan usus halus. Enzim ini bertugas memecah zat pati atau karbohidrat menjadi gula (glukosa). Saat makanan yang mengandung karbohidrat dikunyah, kelenjar liur di dalam mulut akan menghasilkan amilase.

Setelah tertelan, makanan tersebut akan dicerna lebih lanjut di usus halus oleh enzim amilase yang dihasilkan oleh pankreas. Di dalam usus, amilase terus memecah molekul zat pati hingga menjadi glukosa, yang nantinya akan diserap ke dalam sirkulasi darah melalui dinding usus halus.

Renin

Fungsi enzim renin adalah untuk mengentalkan atau menggumpalkan susu dan memisahkannya menjadi gumpalan semi padat dan whey (laksoterum) cair. Gumpalan susu diperlukan karena susu yang telah masuk ke lambung harus disimpan dalam jangka waktu yang cukup lama. Hal ini bertujuan agar protein susu nantinya dapat dicerna dengan baik.

Jika susu yang masuk ke dalam lambung tidak melewati pencernaan yang sempurna atau terlalu cepat, maka manfaat dari protein susu tidak akan didapatkan. Pembekuan susu oleh renin inilah yang memungkinkannya bertahan lebih lama di lambung.

Susu mengandung protein kaseinogen. Kaseinogen memiliki empat jenis molekul utama. Tiga diantaranya yaitu, kasein alfa-s1, kasein alfa-s2 dan kasein beta yang dapat diendapkan dengan adanya kalsium dalam susu.

Kappa kasein (K-kasein), yang merupakan molekul keempat dalam enzim kaseinogen, tidak dapat diendapkan oleh kalsium. Hal ini karena kappa kasein dapat mencegah pengendapan pada kasein alfa dan beta, dan dengan demikian mencegah koagulasi susu dalam keadaan normal. Hal ini membuat enzim rennin bereaksi dengan menginaktivasi (menon-aktifkan) kappa kasein.

Pada tahap inilah maka susu dapat dikentalkan atau digumpalkan, untuk kemudian dicerna dengan baik, dan semua manfaatnya pun akan didapat. Jika lambung tidak menghasilkan cukup renin, susu tidak dapat dicerna dengan baik dan kalsiumnya pun tidak akan diserap oleh tulang dan tubuh secara keseluruhan.

Pepsin

Enzim yang berfungsi untuk memecah struktur protein menjadi pepton, proteosa, polipeptida dan asam amino. Tubuh melakukan proses ini guna mempermudah penyerapan nutrisi di dalam usus. Proses pemecahan protein ini baru terjadi jika kadar asam atau pH di lambung berada di kisaran 1,5 hingga 2. Enzim pepsin tidak akan bekerja jika pH lambung berada di atas 4.

Pemecahan protein: Proteina ⇒ proteosa ⇒ pepton ⇒ polipeptida ⇒ dipeptida ⇒ asam amino. 

Kekurangan enzim pepsin tentu akan mengganggu proses tersebut dan akhirnya menghambat penyerapan nutrisi dari makanan yang mengandung protein. Lama kelamaan hal ini dapat menimbulkan malnutrisi. Gejala malnutrisi bisa berupa diare kronis, berat badan yang terus menurun, rambut rontok, bengkak-bengkak di tubuh, sering terkena infeksi, mudah berdarah, dan luka yang sulit sembuh.

Tripsin

Di dalam tubuh, enzim tripsin diproduksi oleh pankreas dalam bentuk tidak aktif yang disebut tripsinogen. Zat tripsinogen ini kemudian akan dibawa ke usus kecil melalui saluran empedu. Di usus inilah tripsinogen berubah menjadi enzim tripsin untuk mencerna makanan bersamaan dengan enzim pencernaan lainnya, seperti pepsin dan chymotrypsin.

Fungsi utama enzim-enzim ini adalah untuk memecah protein pada makanan menjadi asam amino yang lebih mudah diserap tubuh. Di dalam tubuh, asam amino digunakan untuk memperbaiki jaringan tubuh, menunjang proses pertumbuhan, membantu mencerna makanan, dan diolah sebagai sumber energi.

Protease

Enzim protease, yang juga dikenal dengan nama peptidase, proteinase, ataupun proteolitik adalah enzim pencernaan yang bertugas untuk memecah protein dalam makanan menjadi asam amino. Enzim ini diproduksi di lambung, pankreas, dan usus halus. Terdapat beberapa jenis enzim protease, yaitu pepsin (enzim pencernaan utama di lambung), tripsin, dan kimotripsin.

Enzim protease diproduksi di dalam pankreas dan lambung. Terkadang, enzim protease juga ditemukan di dalam buah seperti pepaya dan nanas. Selain memecah protein menjadi asam amino, enzim protease juga bertanggung jawab dalam pembelahan sel tubuh, pembekuan darah, menjaga sistem imun tubuh, hingga daur ulang protein.

Karbohidrase

Golongan Enzim Karbohidrase adalah golongan enzim yang berperan untuk menguraikan karbohidrat. Golongan enzim ini terdiri atas beberapa jenis enzim antara lain amilase, pektinase, maltase, sukrase dan laktase.

Lipase

Lipase adalah enzim yang memiliki tugas memecah lemak menjadi asam lemak dan gliserol (zat gula yang mengandung alkohol). Organ tubuh yang berperan dalam menghasilkan enzim ini adalah pankreas dan lambung. Enzim lipase juga ditemukan di dalam ASI, fungsinya untuk membantu bayi mencerna molekul lemak saat menyusu.

Maltase

Enzim ini diproduksi oleh usus halus dan memiliki fungsi untuk menghancurkan maltosa. Zat gula maltosa ini banyak ditemukan pada tumbuhan, seperti biji-bijian, gandum dan ubi.

Laktase

Laktase adalah jenis enzim pencernaan yang memecah gula laktosa. Gula ini  ditemukan dalam susu dan makanan atau minuman yang terbuat dari susu. Orang dengan intoleransi laktosa sering kali disarankan untuk mengonsumsi enzim laktase tambahan saat mengonsumsi susu.

Entrokinase

Enzim yang memiliki fungsi untuk mengaktifkan peptidase, yaitu tripsinogen yang dihasilkan pankreas menjadi tripsin, dan mengaktifkan erepsinogen menjadi erepsin

Sukrase

Sukrase adalah enzim yang diproduksi oleh usus halus. Fungsi enzim ini adalah memecah sukrosa menjadi gula sederhana, seperti fruktosa dan glukosa. Gula sukrosa banyak ditemukan pada tanaman, seperti tebu, sorgum, dan bit gula. Sukrosa juga ditemukan pada madu, namun dalam jumlah sedikit.

Ringkasan

Akibat Kekurangan Enzim

Enzim berperan penting dalam proses metabolisme. Metabolisme meliputi reaksi-reaksi kimia yang terjadi dalam tubuh untuk menghasilkan energi, termasuk di antaranya pemecahan lemak, karbohidrat, dan protein. Ketika produksi atau fungsi enzim terganggu, maka proses metabolisme di dalam tubuh pun terganggu.

Gangguan metabolisme akibat kekurangan enzim jenisnya beragam, salah satunya adalah gangguan metabolisme yang bersifat keturunan. Penderita gangguan ini umumnya mengalami gejala berupa penurunan nafsu makan, muntah, sakit kuning (jaundice), berat badan berkurang, sakit perut, kelelahan, pertumbuhan terlambat, kejang, hingga koma.

Gejala-gejala gangguan metabolisme akibat kekurangan enzim, dapat muncul secara bertahap ataupun tiba-tiba, yang dipicu oleh berbagai faktor. Misalnya, karena pengaruh obat dan makanan. Berikut ini beberapa jenis penyakit metabolik karena kekurangan enzim yang bersifat keturunan (genetik), beserta dengan gangguan dan penyakit yang mungkin terjadi:

Penyakit Fabry

Kondisi ini disebabkan oleh kurangnya enzim ceramide trihexosidase atau alpha-galactosidase-A. Efeknya bias menyebabkan gangguan jantung dan ginjal.

Maple syrup urine disease

Kekurangan enzim jenis ini  memicu terjadinya penumpukan asam amino dan menyebabkan kerusakan saraf dan air urine yang menyerupai aroma sirop.

Fenilketonuria

Kondisi ini terjadi akibat kekurangan enzim PAH, yang menyebabkan tingginya kadar fenilalanin dalam darah. Fenilketonuria dapat mengakibatkan penderitanya mengalami keterbelakangan mental.

Penyakit Nimann-Pick

Penyakit ini disebabkan oleh gangguan penyimpanan lisosom (sebuah ruangan di dalam sel yang berfungsi membuang sisa metabolisme). Efeknya berupa kerusakan saraf, susah makan dan pembesaran organ hati pada bayi.

Sindrom Hurler

Sama seperti penyakit Nimann-Pick, sindrom Hurler juga disebabkan oleh kekurangan enzim di dalam lisosom. Kondisi ini bisa menyebabkan keterlambatan pertumbuhan dan struktur tulang yang tidak normal.

Penyakit Tay-Sachs

Serupa dengan dua penyakit sebelumnya, kondisi ini dipicu oleh kekurangan enzim dalam lisosom. Penyakit Tay-Sachs menyebabkan kerusakan saraf pada bayi, dan biasanya hanya dapat bertahan hidup hingga usia 4-5 tahun.

Mengatasi Penyakit Akibat Kekurangan Enzim

Pada dasarnya penyakit akibat kekurangan enzim yang bersifat keturunan tidak dapat disembuhkan. Upaya penanganan yang dilakukan lebih bertujuan untuk mengatasi gangguan metabolisme yang terjadi, yaitu dengan:

• Mengganti enzim yang tidak aktif atau hilang untuk membantu menormalkan metabolisme.
• Mengurangi konsumsi makanan dan obat-obatan yang tidak dapat dicerna dengan baik.
• Detoksifikasi darah untuk menghilangkan penumpukan bahan beracun akibat gangguan metabolisme.

Mengingat pentingnya enzim bagi tubuh manusia, maka penerapan Konsep Karnus akan mengembalikan tubuh ke keadaan sehat dan menjaga tetap sehat dengan menjaga kestabilan produk hormon dan enzim yang diperlukan oleh tubuh.