5.2 - Enzim

Apakah itu Enzim?

Enzim ialah mangkin organik yang kebanyakannya dibina daripada protein dan dihasilkan oleh sel organisma hidup untuk mempercepatkan tindak balas biokimia di dalam sel.

• Bahan tindak balas yang diperlukan untuk tindak balas enzim dikenali sebagai substrat.
• Substrat bergabung dengan enzim pada tapak spesifik yang dikenali sebagai tapak aktif untuk membentuk kompleks enzim-substrat.
• Bukan semua enzim disintesis daripada protein; terdapat enzim yang dibina daripada RNA (dikenali sebagai ribozim).

Penamaan Enzim

Sistem penamaan enzim telah diperkenalkan oleh Kesatuan Antarabangsa Biokimia dan Biologi Molekul (IUBMB) pada tahun 1960-an berdasarkan substrat atau tindak balas yang dimangkinkan:

• Nama enzim diperoleh dengan penambahan akhiran ‘-ase’ (atau ‘-as’ dalam Bahasa Malaysia) pada nama substrat yang dimangkinkan.

  • Laktosa dimangkinkan oleh enzim Laktase.
  • Sukrosa dimangkinkan oleh enzim Sukrase.
  • Maltosa dimangkinkan oleh enzim Maltase.
  • Selulosa dimangkinkan oleh enzim Selulase.
  • Lipid dimangkinkan oleh enzim Lipase.

• Namun, terdapat beberapa enzim yang ditemui sebelum sistem penamaan sistematik diperkenalkan mengekalkan nama asal mereka, terutamanya enzim pencernaan:

  • Contoh: Pepsin, Tripsin, dan Renin.

Sifat-sifat Umum Enzim

Enzim mempunyai ciri-ciri khusus yang penting bagi memastikan kelangsungan hidup sel:

1. Mangkin Biologi: Mempercepatkan kadar tindak balas biokimia di dalam sel.

2. Diperlukan dalam Kuantiti Kecil: Kuantiti enzim yang sedikit sudah memadai untuk memangkin sejumlah besar tindak balas kerana kecekapan yang tinggi.

3. Sangat Spesifik: Tindakan enzim adalah spesifik kerana setiap jenis enzim hanya mempunyai tapak aktif yang sepadan dengan substrat yang khusus.

4. Boleh Digunakan Semula: Enzim tidak musnah atau berubah secara kimia pada akhir tindak balas, maka ia boleh digunakan semula.

5. Tindak Balas Berbalik: Kebanyakan tindak balas yang dimangkinkan oleh enzim adalah tindak balas berbalik. Contohnya, enzim karbonik anhidrase memangkin pertukaran karbon dioksida dan air kepada asid karbonik, dan sebaliknya.

6. Peka terhadap Suhu: Enzim bertindak balas secara optimum pada suhu optimum (kira-kira $37^{\circ }\text{C}$ bagi manusia).

7. Peka terhadap pH: Setiap enzim mempunyai pH optimum yang spesifik untuk berfungsi dengan paling berkesan.

8. Memerlukan Kofaktor: Sesetengah enzim memerlukan bahan bukan protein pembantu yang dikenali sebagai kofaktor (contohnya, vitamin B atau ion magnesium) untuk berfungsi dengan cekap.

9. Dihalang oleh Perencat: Aktiviti enzim boleh dilambatkan atau dihentikan oleh perencat (contohnya, logam berat seperti plumbum, merkuri, dan sianida).

Enzim Intrasel dan Enzim Ekstrasel

Enzim diklasifikasikan berdasarkan tempat ia berfungsi:

• Enzim Intrasel: Enzim yang disintesis dan dikekalkan di dalam sel untuk kegunaan sel itu sendiri.

  • Lokasi: Sitoplasma, nukleus, mitokondria, kloroplas.
  • Contoh: Enzim heksokinase (digunakan dalam proses glikolisis semasa respirasi sel di dalam mitokondria).

• Enzim Ekstrasel: Enzim yang disintesis di dalam sel tetapi dirembeskan keluar sel untuk berfungsi secara luaran.

  • Lokasi: Di luar sel (seperti dalam lumen duodenum atau mulut).
  • Contoh: Amilase air liur, tripsin, dan lipase.

Penghasilan dan Rembesan Enzim Ekstrasel

Proses penghasilan enzim ekstrasel melibatkan koordinasi beberapa organel khusus di dalam sel:

1. Ribosom: Tapak sintesis protein dijalankan berdasarkan kod genetik yang dibawa oleh mRNA dari DNA.

2. Jalinan Endoplasma Kasar (JEK): Protein yang telah disintesis memasuki lumen JEK dan diangkut melaluinya. Pada hujung JEK, membran menggenting untuk membentuk vesikel pengangkutan.

3. Vesikel Pengangkutan: Membawa protein yang disintesis dari JEK ke Jasad Golgi.

4. Jasad Golgi: Mengubah suai, menyusun, dan membungkus protein tersebut menjadi enzim. Enzim ini kemudiannya dibungkus ke dalam vesikel rembesan yang terbentuk pada hujung Jasad Golgi.

5. Vesikel Rembesan: Bergerak ke arah membran plasma, bercantum dengannya, dan merembeskan enzim ke luar sel melalui proses eksositosis.

Mekanisme Tindakan Enzim

Tindakan pemangkinan enzim secara amnya diterangkan melalui Hipotesis “Mangga dan Kunci”:

• Molekul enzim diwakili oleh mangga, manakala molekul substrat diwakili oleh kunci.
• Enzim mempunyai tapak aktif yang spesifik dan mempunyai bentuk yang saling berpelengkap dengan bentuk substrat yang khusus.
• Substrat bergabung pada tapak aktif enzim membentuk kompleks enzim-substrat yang tidak stabil.
• Tindak balas kimia berlaku, menukarkan substrat kepada hasil tindak balas, lalu membentuk kompleks enzim-produk.
• Hasil tindak balas (produk) meninggalkan tapak aktif, membebaskan molekul enzim dalam bentuk asal yang sedia untuk bergabung semula dengan molekul substrat yang baharu.

Tenaga Pengaktifan

• Tenaga pengaktifan ialah tenaga minimum yang diperlukan untuk memecah ikatan dalam molekul substrat sebelum sesuatu tindak balas kimia boleh berlaku.

• Enzim berfungsi dengan mengurangkan tenaga pengaktifan sesuatu tindak balas.

• Dengan mengurangkan halangan tenaga ini, tindak balas biokimia di dalam sel dapat berlaku dengan cepat pada suhu badan yang normal ($37^{\circ }\text{C}$).

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Mekanisme Tindakan Enzim

Kesan Suhu

• Pada suhu rendah: Tenaga kinetik molekul enzim dan substrat adalah rendah. Frekuensi pelanggaran berkesan antara molekul adalah rendah, menyebabkan kadar tindak balas rendah. Enzim berada dalam keadaan tidak aktif.

• Apabila suhu meningkat: Tenaga kinetik molekul meningkat, menyebabkan molekul bergerak lebih cepat. Frekuensi perlanggaran berkesan antara molekul meningkat, dan kadar tindak balas meningkat. Kadar tindak balas enzim meningkat dua kali ganda bagi setiap kenaikan suhu sebanyak $10^{\circ }\text{C}$ sehingga mencapai suhu optimum.

• Suhu optimum: Suhu di mana kadar tindak balas enzim adalah pada tahap maksimum. Bagi enzim manusia, suhu optimum adalah antara $37^{\circ }\text{C}$ hingga $40^{\circ }\text{C}$.

• Selepas suhu optimum (melebihi $40^{\circ }\text{C}$): Peningkatan suhu yang berlebihan menyebabkan getaran haba yang kuat yang memutuskan ikatan kimia lemah (seperti ikatan hidrogen) yang mengekalkan struktur enzim.

• Pada suhu $60^{\circ }\text{C}$ dan ke atas: Enzim mengalami penyahaslian (ternyahasli). Penyahaslian mengubah bentuk gumpalan tiga dimensi tapak aktif enzim. Substrat tidak lagi dapat bergabung dengan tapak aktif. Keadaan ini adalah tidak berbalik dan aktiviti enzim berhenti sepenuhnya.

Kesan pH

• Setiap enzim mempunyai pH optimum yang tersendiri untuk membolehkan aktiviti pemangkinan berlaku pada kadar maksimum.

• Kebanyakan enzim berfungsi paling baik pada medium neutral (sekitar pH 7), namun terdapat pengecualian:

  • Pepsin (di dalam perut): Berfungsi paling baik dalam medium berasid kuat (pH optimum 1.5 - 2.5).
  • Amilase air liur (di dalam mulut): Berfungsi paling baik dalam medium neutral (pH optimum 6.8 - 7.0).
  • Tripsin (di dalam duodenum): Berfungsi paling baik dalam medium beralkali (pH optimum 8.5).

• Perubahan kecil pada pH: Mengubah cas pada tapak aktif enzim dan substrat, mengurangkan keupayaan pengikatan antara keduanya.

• Perubahan pH yang ekstrem: Memutuskan ikatan kimia enzim, mengubah bentuk tiga dimensi tapak aktif. Enzim dinyahasli dan aktiviti tindak balas berhenti.

Kesan Kepekatan Substrat

• Pada kepekatan substrat yang rendah: Kadar tindak balas adalah rendah kerana banyak tapak aktif enzim masih kosong. Kepekatan substrat ialah faktor pengehad.

• Apabila kepekatan substrat meningkat: Lebih banyak tapak aktif diisi oleh substrat. Frekuensi perlanggaran berkesan meningkat, dan kadar tindak balas meningkat.

• Pada kadar tindak balas maksimum (tahap tepu): Semua tapak aktif enzim dipenuhi sepenuhnya oleh substrat (enzim telah tepu).

• Peningkatan kepekatan substrat seterusnya: Tidak akan meningkatkan kadar tindak balas kerana tiada lagi tapak aktif yang kosong. Pada peringkat ini, kepekatan enzim menjadi faktor pengehad.

Kesan Kepekatan Enzim

• Pada kepekatan enzim yang rendah: Kadar tindak balas adalah rendah kerana bilangan tapak aktif yang tersedia adalah terhad. Kepekatan enzim ialah faktor pengehad.

• Apabila kepekatan enzim meningkat: Lebih banyak tapak aktif tersedia untuk memangkin substrat, lalu meningkatkan kadar tindak balas enzim.

• Jika kepekatan substrat adalah tetap (malar): Kadar tindak balas akhirnya akan mencapai tahap maksimum dan menjadi malar (mendatar). Hal ini kerana kesemua molekul substrat telah selesai dimangkinkan. Penambahan enzim seterusnya tidak akan meningkatkan kadar tindak balas kerana tiada lagi molekul substrat untuk bergabung dengan tapak aktif yang berlebihan. Kepekatan substrat menjadi faktor pengehad.