UNIT. Selepas selesai mempelajar unit ini dengan sempurna, anda diharapkan dapat

Transcript

1 Biodata penulis (untuk Unit..) Nama penulis: Abu Bakar Salleh No telefon: samb 3635 Faks: (Pelajardigalakkan mengguna kaedah ini untuk berhubung dengan penulis) ASID NUKLEIK Pengenalan UNIT Satu kelas metabolit yang penting dalam sel. Biasanya ditemui sebagai RNA dan DNA. Nukleik sebagai DNA dikenali umum sebagai sebatian pembawa maklumat genetik. Adalah pentingkita memahami tentang asid nukleik. Kita sering mendengar atau membaca bagaimana corak DNA dapat mengenalpasti pertalian anak dan ibu bapa, atau mengenalpasti penjenayaha berasaskan corak DNA tisu yang tertinggal di tempat jenayah berlaku dan akhir-akhir ini kita dimaklumkan tentang kejayaan mengklonkan haiwan. Dismping itu bidang perubatan berkembang pesat dimana penyelidik kini menanganii masalah kesihatan melalui kaedah genetik. Disamping itu nukleik asid mempunyai banyak lagi peranan penting dalam sel hidupan. Saya harap anda akan dapt menghayatinya diakhir unit ini Tajuk-tajuk dalam Unit 1. Pengenalan asid nukleik dan fungsinya 2. Struktur asas asid nukleik 3. Struktur DNA 4. Struktur RNA Objektif Pembelajaran Unit Selepas selesai mempelajar unit ini dengan sempurna, anda diharapkan dapat 1. Mengenal molekul asid nukleik dan peranannya dalam alam biologi 2. Mengenali struktur dan nomenklatur nukleosida dan nukleotida 3. Mengenali struktur dan fungsi DNA 4. Mengenali struktur dan fungsi RNA 1

2 1.0 Pengenalan asid nukleik dan fungsinya Asid nukleik terkenal sebagai bahan genetik. Setiap sel hidup mengandungi asid nukleik samada asid deoksiribonukleik (DNA) atau asid ribonukleik (RNA). Bahan genetik ini berupa rantai panjang yang berasaskan monomer-monomer asid nukleik, yang mengkodkan maklumat untuk sel berfungsi. Maklumat ini diekspresikan melalui protein-protein khusus yang dapat menjalankan proses metabolisme sel. Melalui kaedah inilah, DNA dan RNA mencorakkan sesuatu organisme. Peranan DNA. dan RNA ini membuahkan 'Central dogma'. Konsep ini menggambarkan pengaliran maklumat genetik (DNA) yang ditranskripsi (salin) ke RNA dan seterusnya ditranslasi ke protein (Rajah 1) DNA RNA protein Rajah 1. Central Dogma Sementara itu harus dimaklumi bahawa asid nukleik mempunyai fungsi lain dalam sel. Fungsi-fungsi ini tidak kurang pentingnya dan menjadi keperluan untuk sesuatu sel berfungsi dengan sempurna. Di antara fungsi asid nukleik ialah Berperanan sebagai sebatian yang menyimpanan tenaga dalam tindak balas pemindahan fosfat. Biasa di dijalankan oleh molekul ATP. ATP berperanan sebagai sumber tenaga serta merta bagi memenuhi keperluan sel Sebagai pengantara dalam pelbagai proses sel penting. Terutama sebagai penyampai kedua seperti siklik-amp (camp), dalam proses penyampaian signal Menjadi sebahagian beberapa koenzim penting seperti NAD+, NADP+, FAD dan koenzim A. Pengawalan kadar tindak balas enzim melalui kesan timbal balik dan allosterik. Banyak nukelotida berupaya mengawal edaran metabolisme secara pantas melaui keadah ini. 2

3 Bertindak sebagai bahantara teraktif dalam banyak tindak balas biosintetik, termasuk S-adenosilmethionin yang terlibat dalam pemindahan metil, dan juga pengikatan gula pada nukleotida dalam proses biosintesis glikogen dan glikoprotein. Aktiviti 1.0 Soalan: Objektif Apakah peranan asid nukleik. Tanda kenyataan yang PALSU Subjektif: A. sebagai bahan bakar untuk mendapat tenaga B. sebagai perantara dalam pelbagai proses penting dalam sel C. sebagai sebahagian komponen koenzim D. penyimpan maklumat genetik E. pengesan (modulator) allosterik kadar tindak balas enzim Bincang apa yang dimaksudkan sebagai 'Central dogma' 2.0 Komponen asid nukleik 2.1 Bes nitrogen Nukleotida yang terdapat dalam sel adalah terbitan sebatian heterosiklik yang amat basik, iaitu purin dan pirimidin (Rajah 2a,b). Kedua sebatian ini merupakan sebatian yang turut mengandungi nitrogen dalam sel hidupan. Rajah 2a: Purin 3

4 Rajah 2b:Pirimidin Ciri basik nukleotida telah memberi nama bes kepada nukleotida yang didapati dalam DNA dan RNA. Terdapat 5 jenis bes utama dalam sel iaitu terbitan purin dipanggil adenin dan guanin dan terbitan pirimidin dikenali sebagai taimin, sitosin dan urasil. Singkatan umum yang dipakai kepada 5 bes ini ialah A, G, T, C dan U (Rajah 3) purin pirimidin adenin sitosin Guanin Taimin Rajah 3: Bes purin dan pirimidin bagi asid nukleik Perhatian! Terdapat beberapa bes terbitan dalam sel selain daripada yang lima ini. Bes terbitan ini ditemui dalam DNA dan RNA tertentu. Bestambahan ini dimodifikasi selepas replikasi atau transkripsi akan datang 2.2 Nukelosida dan nukleotida Jika bes purin dan pirimidin digabung kepada karbohidrat, bentuk ini dipanggil nucleosida.. Nukleosida diikat kepada gula D-ribosa atau 2'-deoksi-D-ribosa melalui ikatan α,β-n-glikosidik antara karbon anomerik (C1) ribosa dan N9 purin atau N1 pirimidin 4

5 Rajah 4: Nukleosida. Gabungan pentosa dan bes melalui ikatan N-glikosidik Bes boleh berada dalam 2 orientasi nyata pada ikatan N-glikosidik. Konfomasi ini dikenalai sebagai syn dan anti. Konformasi anti didapati dengan banyak dalam nukleotidas semula jadi (Rajah 5) syn-adenosin anti-adenosin Rajah 5: Orientasi ikatan N-glikosidik. Teliti kedudukan bes yang terikat pada C1 deoksiribosa Nukleosida biasanya didapati dalam sel dalam bentuk berfosforilasi dan dipanggil nukleotida. Bahagian nukleotida dalam sel yang paling biasa difosforilasikan ialah kumpulan hidroksil yang terlekat pada 5'-karbon ribosa. Atom karbon ribosa dalam nukleotida di tanda dengan prime ( ' ) untuk membeza dengan atom tulang belakang bes. Nukleotida boleh berada dalam bentuk mono-, di-, atau tri-fosforilasi (Rajah 6 dan 7). 5

6 Ikatan glikosidik Rajah 6: Nukleotida (Adenosin mononukelotida). Sila kaji Rajah 6, dan ambil perhatian perkara berikut Penomboran atom bagi bes (1 hingga 9 bagi purin, 1 hingga 6 bagi primidin) Penomboran atom bagi gula pentosa Ikatan glikosidik Rajah ini mempamerkan struktur adenosin monofosfat Gula pentosa ialah gula deoksiribosa. Perhatikan C2 dimana kumpulan OH telah dinyahkan Nukleotida diberi singkatan nyata untuk memudahkan pengenalan struktur dan keadaan fosforilasi. Bentuk monofosforilasi adenosin yang difosforilasi mono misalnya adenosin-5'-monofosfat ditulis sebagai AMP. Bentuk di- dan tri-fosforilasi ditulis sebagai ADP danatp, Penggunaan singkatan nukleotida adalah dalam bentuk fosforilasi 5'. Di- dan tri-fosfat nukleotida digabung oleh ikatan asid anhidrid. Ikatan ini mempunyai G 0' hidrolisis melebih 30KJ per mol, dengan itu mempunyai potensi tinggi untuk memindah fosfat kepada molekul lain. Ciri nukleotida ini menyebabkan penglibatan mereka dalam tindak balas pemindahan kumpulan atau tindak balas sintesis dalam sel. 6

7 Rajah 7: Struktur ATP Sila kaji Rajah 8 dan ambil perhatian perkara berikut Ini ialah contoh struktur nukleotida trifosfat Pentosa kali ini ialah gula ribosa Hidrolisis kumpulan yang dihujung dan yang tengah sahaja dapat mengeluarkan tenaga tinggi Lihat Jadual 1 bagi mendapat penjelasan lajut tentang penamaan dan jenis nukleotida Jadual 1: Bes, nukleosida dan nukleotida Bes gula fosfat Nama Bes (X=H) A, G, T, C dan U. Bes (X=H) X=ribosa atau Nucleosida Bes (X=H) deoksiribosa X=ribosa atau X=ribosa fosfat Nukleotida C U deoksiribosa Sitosin Sitidin monofosfat (CMP) Uracil Uridin Uridin Monofosfat 7

8 T A G (UMP) Taimin Taimidin Taimidin Monofosfat (TMP) Adenin Adenosin Adenosin Monofosfat (AMP) Guanin Guanosin Guanosin Monofosfat GMP Nukleotida yang terdapat dalam DNA adalah unik daripada nukleotida RNA dimana ribosa berada dalam bentuk 2'-deoksi dan singkatan nukleotida mengadungi tanda 'd'. Bentuk monofosforilat adenosin dalam DNA (deoksiadenosin-5'-monofosfat) ditulis sebagai damp. Sementara itu nukleotida uridin tidak dijumpai dalam DNA dan hanya ditemui dalam RNA. Tiamin ditemui dalam trnas tetapi tidak dalam rrna atau mrnas. Ada beberapa bes yang luar biasa yang ditemui dalam DNA dan RNA. Bes termodifikasi primer DNA ialah 5-metilsitosin. Pelbagai bes termodifikasi dijumpai dalam jenis-jenis trna. Banyak nukleotida termdofikasi ditemui diluar polimer DNA dan RNA yang memain peranan biologi yang penting. Aktiviti 1.1 Soalan: Objektif Subjektif: Perbezaan antara nukleosida dan nukleotida ialah A. bes yang berbeza B. ada atau tiada fosfat C. ketiadaan pentosa D. perbezaan ribosa atau deoksiribosa E. purin atau pirimidin 8

9 Rajahkan ikatan fosfodiester antara 2 nukleotida 3.0 DNA Gula Gula Gula Gula bes bes bes bes bes bes bes bes Gula Gula Gula Gula Rajah 8: Model struktur dua benang DNA. Perhatikan komposisi tulang belakang setiap benang yang dianggotai oleh gula dan fosfat ( ), sementara bes berada disebelah dalam. Mari kita mengenali molekul DNA. DNA ialah satu polimer yang amat besar. Subunit monomernya dipanggil deoksibonukccleotida. Maklumat yang banyak adalah diperlukan untuk mengkod sesuatu organisme. Contohnya 3 juta bes diperlukan untuk bakterium yang agak mudah dan 3 ribu juta bes diperlui bagi manusia Ini ini bukan perkara mudah kerana setiap sel manusia mengandungi 2 meter DNA. DNA berada dalam bentuk 2 benang nyahselari (antiparallel) yang berpasangan. Setiap satu benang berputar pada arah kekanan dan distabilkan oleh ikatan antara bes dengan benang bersebelahan. Watson-Crick mengutarakan model DNA yang merupakan heliksdua benang dengan bes berada di bahagian dalam heliks terletak pada sudut hampir 90 darjah kepada paksi heliks. Model ini menjadi asas kepada kefahaman dan kajian pesat keatas molekul ini dan peranannya dalam sel hidupan. 3.1 Komposisi bes DNA Empat bes yang menjadi komponen DNA disenaraikan dalam Jadual 2. Komposisi bes merupakan satu ciri sesuatu organsime, tak terikat pada tisu, umur atau status pemakanan, atau faktor sekitraran lain. Seperti yang kita sudah maklum, bes purin daripada satu benang akan berinteraksi dengan bes pirimidin benang bersebelahan. 9

10 Jadual 2. Bes purin dan primidin bagi DNA. Sila ambil perhatian tentang abjad singkatan bagi setiap bes. Purin Adenin A Guanin G Pirimidin Taimin T Sitosil C Nota: Jangan lupa, bes-bes ini akan digabung dengan gula deoksiribosa dalam DNA 10

11 Rajah 9: Pasangan purin pirimidina bes melalui ikatan hidrogen. Sila ambil maklum bahawa adenin akan menghasilkan 2 ikatan hidrogen dengan taimin sementara guanin dan sitosin akan diikat dengan 3 ikatan hidrogen. Perbezaan ini memberi ciri kestabilan yang lebih bagi DNA yang mempunyai peratusn G:C yang tinggi. Pasangan antara purin dan pirimidin ini dikawal oleh peraturan Chargaff. Dimana A akan berpasangan dengan T dan G pula akan berpasangan dengan C (A:T, G:C). Julat peratus G:C agak lebar diantara25 hingga 75% dalam spesis bakteria yang berlainan tetapi lebih rapat dalam spesies berkaitan manusia iatu antara 39-46% (lihat Rajah 9) Rajah 10: Polimer DNA. Ambil perhatian tentang 1. Arah 3-5 polimer, dan penghujung 3 dan 5 2. Ikatan fosfodiester antara 3 dan 5 deoksiribosa 3.2. Polimer DNA. 11

12 Seterusnya kita akan melihat bagaimana polimer atau rantai panjang DNA terhasil. Mari kita menyemak semula komponen DNA. Unit asas DNA ialah nukleotida. Setiap nukelotida digabungi oleh satu bes nitrogen, satu gula deoksiribosa dan satu kumpulan fosfat. Terdapat 4 jenis nukleotida yang berbeza pada komponen besnya, sama ada A, T, G atau C. Polinukleotida dibentuk melalui kondensasi 2 atau lebih nukleotida. Kondensasi biasanya berlaku antara alkohol 5'-fosfat satu nukleotida dan 3'-OH yang kedua, dengan penyahan H 2 O, menghasilkan satu ikatan fosfodiester. Penghasilan ikatan fosfodiester dalam DNA mempamerkan arahan. Struktur primer DNA (pengaturan linear nukleotida) berlaku pada arah 5' ----> 3'. Struktur primer molekul DNA dengan mecatat jujukan nukleotida dari kiri kekanan sinonimus dengan arah 5' -----> 3' seperti ditunjuk. Ciri antiparallel heliks datang daripada orientasi setiap individu benang. Daripada mana-mana posisi tetap di heliks, satu benang orientasi ke arah 5' ---> 3' dan yang satu lagi kearah 3' ---> 5' (Rajah 10, 11 dan 12) Model untuk struktur DNA telah dikemukakan oleh Watson dan Crick. Berasaskan data difraksi X-ray DNA, James Watson dan Francis Crick mecadangkan satu model untuk struktur DNA. Model ini (kemudiannya disahkan oleh data ujikaji) mengagak DNA berada dalam bentuk satu bebenang nyahselari yang berpasangan. Setiap satu pada arah kekanan dan distabilkan oleh ikatan antara bes dari benang bersebelahan. Dalam model Watson-Crick, bes berada dibahagian dalam heliks terletak pada sudut hampir 90 darjah kepada heliks (Rajah 11). Purin bes membentuk ikatan hidrogen dengan pirimidin Penentutan ujikaji telah menunjukkan bagi sesuatu molekul DNA, kepekatan adenin (A) bersamaan dengan thymine (T) dan kepekatan cytidine (C) bersamaan guanin (G) dalam mana-mana molekul DNA. Ini bermakna A hanya berpasangan dengan T, dan C dengan G. Mengikut paten ini, dikenali pasangan-bes Watson-Crick pasangan- bes mengandungi G dan C mempunayi tiga ikatan hidrogen, sementara A dan T mengandungi 2 ikatan hidrogen. Oleh itu pasangan- bes G-C lebih stabil daripada pasangan bes A-T 12

13 Rajah 11: Ikatan fosfodiester antara nukleotida. Ikatan ini sama dalam DNA dan RNA. Ambil perhatian keatas struktur deoksiribosa dimana C-2 tidak terikat pada kumpulan OH seperti gula ribosa RNA. Lihat juga kedudukan nyahselari benang DNA Ciri selari heliks datangnya daripada orientasi setiap individu benang. Daripada manamana posisi tetap di heliks, satu benang berorientasi ke arah 5' ---> 3' dan yang satu lagi kearah 3' ---> 5'. Dipermukaan luar, heliks dubel DNA mengadungi 2 jalur dalam antara rantai ribosa-fosfat. Dua jalur ini berbeza saiznya dan dinamakan jalur major dan minor. Perbezaan saiz adalah disebabkan asimitri gelang deoksiribosa dan ciri nyata struktur permukaan atas pasangan bes dibandingan dengan yang dibawah (Rajah 13). 13

14 Rajah 13: Model struktur heliks DNA mempamerkan pasangan bes, heliks dubel dan jalur major dan minor 3.3 Struktur Primer DNA dan RNA adalah rantai panjang samada deoksiribonukleosida monofosfat atauribonukleosida monofosfat disambung secara kovalen melalui ikatan fosfodiester. Ikatan fosfodiester antara unit monomer kepada satu molekul polimer ditakrifkan sebagai struktur primer. Ikatan fosfodiester mempunyai arah (dipanggil polariti, kecuali dimaklum sebaliknya, dan mengikut konvensyen ialah 5' ke 3'), dan pengaturan (atau order) nukleotida specifik sepanjang rantai dipanggil jujukan. Jujukan nukleotida biasanya dicatatkan sebagai jujukan bes seperti ACGTT (mengikut konvensyen jujukan bermula dengan hujung 5' disebelah kiri hujung 3' disebelah kanan). Jujukan DNA atau RNA ialah informasi genetik, dimana setiap jujukan 3 bes mengkodkan satu asid amino. Kita tidak akan membincang isu ini dengan lebih panjang kerana sudah melebihi kandungan kursus ini. 3.4 Struktur Sekunder Asid nukleik juga mempunyai struktur sekunder yang terhasil dari pelipatan rantai polimer yang melibatkan ikatan bukan kovalen. Heliks dubel (dua benang) DNA telah ditunjuk boleh berada dalam pelbagai bentuk. Bergantung jujukan kandungan dan 14

15 keadaan ionik penyediaan hablur. Bentuk β- melebihi pada keadaan fisiologi yang rendah kepekatan ionikdan tinggi darjah hidrasi nya. Sementara itu bahagian heliks yang kaya dengan dinukleotida pcpg boleh berada dalam helik tangan kiri yang novel, satu komformasi disebut Z-DNA. Konformasi ini terhasil daripada pertukaran 180 darjah. dalam orientasi bes relatif keapda A- dan B-DNA yang mempunyai orientasi lebih biasa (Jadual 3) Jadual 3: Parameter heliks polinukleotida Bentuk A Bentuk B Bentuk Z Arah putaran heliks kanan kanan kiri Bilangan residu satu (6 dimer) putaran Putaran bagi satu residu ( 33 o 36 o -60 o ~-30 o per residu Kenaikan heliks 0.255nm 0.34 nm 0.37 nm bagi satu residu(h) Pitch helik (=nh) 2.8nm 3.4 nm 4.5 nm Diameter heliks ~2.6nm ~2.0nm ~1.8nm Bentuk heliks dubel terlebar sederhana tertirus Ikatan glikosidik anti anti Anti bagi pir Sny bagi pur 3.5 Denaturasi DNA Apabila sel membahagi DNA perlu disalin (replikasi). Untuk membolehkan proses ini berlaku, kedua benang heliks perlu diasingkan melalui proses yang dipanggil denaturasi. Proses ini bolehkan juga dilakukan secara in vitro. Jika larutan DNA didedahkan pada suhu yang tinggi, ikatah hidrogen antara bes menjadi kurang stabil, dan benang heliks akan berpisah disebabkan denaturasi thermal. Komposisi bes DNA banyak berbeza daripada molekul ke molekul dan organisme keorganisme. Bahagian dupleks yang mempunyai pasangang bes A-T lebih kurang stabil kepada haba dengan bahagian yang kaya dengan pasangan-bes G-C (Rajah 14). Dalam proses denaturasi thermal, satu titik akan tercapai dimana 50% DNA molekul berada dalam bentuk benang tunggal. Titik ini diberi tanda T m (Rajah 15). T m ialah satu ciri komposisi bes molekul DNA. bergantung kepada beberapa faktor selain daripada komposisi bes. Ini termasuk sifat kimia pelarut dan jenis dan kepekatan ion dalam larutan. Bila DNA yang cair kerana haba disejukkan, benang yang berpasangan akan bercantum semula mengikut pasangan bes yang betul dalam proses yang dipanggil annealing atau hibridisasi. Kadar hibridisasi bergantung pada jujukan nukleotida kedua benang DNA. 15

16 Pemisahan benang dan pengahsilan lipatan rambang Suhu atau ph yang keterlaluan Bahagianyang kaya dengan A-T didenaturasi dahulu Peleraian dua benang DNA Rahah 14: Denarurasi DNA 16

17 Rajah 15: Kesan haba keatas molekul DNA 3.6 'Supercoiling' molekul yang berbentuk bulat yang ditaupi oleh ikatan kovalen boleh berbentuk 'supercoil'. Bentuk ini bersamaan dengan struktur tertiar DNA yaitu satu order yang lebih tinggi dalam ciri lipatan struktur sekonder. supercoiling mempunyai lebih pasangan bes pada satu pusingan (underwinding). Sementara supercoiling positif mempunyai kurang pasangan bes bagi setiap pusingan/putaran (overwinding) Molekul yang serupa tetapi berbeza hanya pada keadaan supercoiling dipanggil topoisomer (isomer topologi) Aktiviti 1.2 Soalan: Objektif 1. Jika peratus a dalam sesuatu molekul DNA ialah 17%, pertus C dalam molekul yang sama ialah A. 25 B

18 C. 33 D. 34 E Ketinggian (pitch) satu pusingan B DNA ialah Subjektif: A. 2.8 o A B 3.4 o A C. 4.5 o A D. 10 o A E. 11 o A 1. Rajahkan ikatan fosfodiester antara 2 nukleotida 2. Bincang mengenai faktor yuang mengesani nilai T m sesuatu molekul DNA 3. Bincangkan struktur DNA lain berbanding dengan struktur asas yang dikemukakan oleh Watson-Crick 4.0 RNA RNA boleh memenuhi beberapa fungsi. Fungsi molekul yang berbeza ini termasuk dari segi struktur dan maklumat. Struktur kimia RNA amat serupa dengan DNA. Ia merupakan polimer monomer berulang (ribonukleotida). Walau bagaimana pun RNA berbeza daripada DNA kerana biasanya ia berada dalam satu benang. Molekul RNA adalah lebih kecil daripada DNA dalam sesuatu organisma ( hingga 10 kilobes panajang maksimum) dan bergantung pada fungsinya adalah lebih berbeza dari segi saiz. Molekul RNA boleh berkeadaan satu atau dua benang. Molekul RNA boleh juga berbentuk lurus atau bulat (setakat ini tiada molekul RNA dua benang bulat dijumpai). RNA yang terbanyak dalam sel ialah RNA ribosom (rrna). Ia merupakan komponen ribosom dan berperanan dalam proses sintesis protein. Walau pun RNA biasanya terlibat dalam proses sintesis protein, ada juga RNA yang bertindak sebagai penyimpan maklumat. Perkara berlaku dalam jenis-jenis virus yang tertentu. 4.1 Struktur RNA Empat bes yang menjadi komponen RNA disenaraikan dalam Jadual 4. Walau bagaimana pun terdapat tebitan-terbitan lain yang juga menjadi komponen RNA. Bes terbitan ini lebih merupakan komponen struktur bukan kod asid amino. Perbezaan utama dengan DNA ialah kehadiran gula ribosa mengganti gula deoksiribosa dan urasil mengganti bes taimin. RNA satu benang tidak mengikut peraturan Chargaff, tetapi molekul RNA yang 2 benang masih mengikut peraturan ini. Kehadiran kumpulan OH pada C2' ribosa menyebabkan RNA lebih mudah di hidrolisiskan berbanding dengan DNA. Semua RNA disintesis sebagai satu benang, dan mempunayi lebih banyak 18

19 konformasi dari DNA melalui pusingan dalaman, pusingan hujung tak berpasangan, pusingan pin rambut dan heliks dubel. Jadual 4. Bes purin dan primidin bagi RNA. Sila ambil perhatian tentang abjad singkatan bagi setiap bes. Purin Adenin A Guanin G Pirimidin Urasil, U Sitosil C Nota: Jangan lupa, bes-bes ini akan digabung dengan gula ribosa dalam RNA 4.2 RNA Ribosom (rrna) rrna ialah kumpulan RNA terbanyak di dalam sesuatu sel. Ia merupakan komponen ribosom yang menjadi tapak sintesis protein. Setiap ribosom mengandungi kira-kira 60% RNA dan 40% protein. rrna ialah salinan jujukan gen DNA tetapi tidak ditranslasi. Genom eurkaryot memang mengandungi beratus salinan gen rrna. 4.3 RNA penyampai (Messenger RNA, mrna) mrna merupakan salinan kod genetik daripada DNA. Ia merupakan maklumat jujukan asid amino yang digunakan semasa proses sintesis protein di ribosom. mrna yang disalin akan dibawa ke ribosom dimana maklumat yang dibwa akan ditranslasi dalam proses sintesis protein. Oleh itu terdapat berjenis mrna mengikut kod yang tersimpan dalam DNA. Biasanya ia akan dihasilkan apabila keperluan kepada sesuatu protein itu timbul. Dalam proses transkripsi, DNA bertindak sebagai templat, dan mrna ditranskrip (disalin) adalah komplementari (berpasang) kepada templat ini. mrna ialah molekul satu benang. Saiznya bergantungkepada maklumat yang terkandung. Setiap tiga nukleotida mrna akan mengkodkan satu asid amino dan kod in dipanggil kodon. 4.4 RNA pemidah (transfer RNA, trna) Oleh kerana asid amino tidak mempunyai keafinan kepada jujukan nukelotida mrna, sejenis molekul pelekat diperlukan untuk meletak asid amino pada jujukan yang spesifik pada mrna. trna bertindak sebagai pengangkut asid amino ke tapak sintesis. Oleh kerana terdapat beberapa trna mengenali satu asid amino, bilangan trna melebihi 20. Umpamanya, Esrechia coli mengandungi 86 trna. Kebanyakan nukleotida asal dalam trnas telah berubah dengan besnya dimodifkasi enzim selepas transkripsi. Dianatara bes yang termodifikasi termasuklah metilguanosin, dimetilgunaosin, inosin, dimetilinosin, dihidrouridin dan pseudourodin 19

20 trna juga ditranskripsi daripada DNA tetapi tidak ditranslasi. Kebanyakan trna mengandungi lebih kurang nukleotida dan mempunyai sruktur sekonder yang tinggi (interaksi pasangan bes) dan juga struktur tertiar (bukan supercoiling tetapi lipatan tambahan dalam ruang 3 dimensi). trna mempunyai bentuk daun cengkeh (Rajah 17). Semua trna berakhir dengan...cca pada penghujung 3'. Asid amino akan terikat pada penghujung 3' trnas membentuk aminoasil-trna ( trna bercas). Antikodon, satu set 3 nukleotida,terdapat dilengkok struktur tengah daun cengkeh. Antikodon merupakan komplemen (pasangan) kepada kodon mrna, denganitu membolehkan asid amino spesifik dibawa kepada mrna mengikut jujukan yang ditentukan. Rajah 16: Struktur daun cengkeh trna Aktiviti 1.3 Soalan: Objektif 1. Pilih kenyataan yang BENAR mengenai RNA atau DNA 20

21 A. Hanya DNA merupakan penyimpan maklumat gen dalam sel hidupan B. semua RNA hnaya mempunyai bes A, U, C dan G C. Semua heliks dubel pusing kekanan D. semua DNA mempunya galur minor dan major E. Hanya RNA mempunya gula deoksiribosa 2. Pilih kenyataan yang PALSU A. semua RNA ada bes urasil B. semua RNA bertuk satu benang C. trna mempunyai antikodon D. trna mengenali asid amino yang spesifik E. ribosom mengandungi perotein Subjektif: 1. Apakah sebabnya RNA kurang stabil dibandingkan dengan DNA Glosari Istilah adenin antikodon allosterik diekspresikan ditranslasi genetik genom guanin hibridisasi in vitro kodon metabolit nukleosida nukleotida pengklonan replikasi ribosom rrna sitosin taimin topoisomer Makna/Takrifan Bes purin Kod asid amino pada trna Enzim yang dikesani modulator Maklumat gen dikeluarkan dalam bentuk protein Proses penghasilan protein dari mrna Kod maklumat tersimpan dalam DNA Gabungan maklumat gen Bes purin Di luar sel Kod asid amino pada mrna Bahan tindak balas Gabungan bes dan gula pentosa Gabungan bes, gula pentosa dan fosfat Penghasilan sel baru yang mempunyai maklumat genetik yang sama Pengahsilan molekul DNA baru dari templat DNA Tapat sintesis protein Pembawa jujukan nukleotida ketapak sintesis protein Bes pirimidin Bes pirimidin khusus dalam DNA isomer topologi, perbezaan pada supercoiling 21

22 transkripsi trna urasil Penyalinan DNA kepada RNA Pembawa asid amino ketapak sintesis protein Bes pirimidin khusus dan RNA UNIT Biodata penulis Nama penulis: Abu Bakar Salleh No telefon: samb 3635 Faks: (Pelajar digalakkan mengguna kaedah ini untuk berhubung dengan penulis) Jangkamasa belajar Mengikut sinopsis kursus, bahagian enzim memerlukan 6 kuliah sementara bahagian hormon memerlukan 3 kuliah. Anda disarankan meluangkan sekurang-kurangnya 3 jam bagi setiap jam kuliah bagi mengulangkaji. Cara belajar Kursus ini menekankan pengenalan nama dan struktur. Struktur yang perlu diketahui mungkin spesifik bagi sesuatu molekul, tetapi biasanya anda perlu mengetahui struktur am bagi sesuatu kumpulan. Seterusnya anda dikehendaki mengetahui peranan molekul berkenaan, dan fungsi molekul yang selalunya dikaitkan dengan struktur dan komposisi kimia molekul. 22

23 Selain daripada membaca isi kandungan modul ini, anda disarankan mendapatkan sebuah buku teks yang tersenarai dalam modul ini. Walaupun begitu pemahaman dan penghayatan biokimia tidak mungkin didapati hanya melalui pembaca. Anda perlu menulis dan melakar semula nota dan struktur supaya ianya terpahat dalam minda. Aktiviti yang disediakan akan dapat membantu anda membuat ulangkaji. Sila hantar jawapan kepada soalan dan permasalahan kepada penulis unit ini. Sila catatkan nombor unit, aktiviti dan soalan dalam komunikasi anda. Saya akan dapat mengekstrak fail anda jika anda mengguna Window 98/Word 2000 atau edisi yang sebelumnya. Timbal balas akan dilakukan dalam masa 3 hari selepas penerimaan mesej kecuali penulis tidak dapat ke pejabat dalam masa itu. 23

24 Molekul Pengatur/Pengawal Tindak Balas dalam Sel Pengenalan Untuk memahami bagaimana tindak balas dalam sel dikawal dan diatur, kita perlu mempelajari 2 topik asas, iaitu enzim dan hormon. Kedua kumpulan pengatur ini mempunyai sifat dan ciri tindakan yang tersendiri, tetapi mereka sering juga berinteraksi bagi menentukan sel berfungsi dengan efisien. Untuk memahami bagaiman enzim dan hormon bertindak, kita perlu mengetahui sifatnya melalui struktur asas dan rupanya. Seterusnya kita perlu mengetahui cara ia bertindak. ENZIM DAN KOENZIM Tajuk-tajuk 1. Apakah itu enzim? 2. Konsep pemangkinan: kinetik tindak balas kimia, tenaga aktivasi 3. Struktur enzim: 4. Ciri enzim 5. Penamaan enzim dan klassifikasi 6. Ciri tindak balas enzim 7. Keaktifan enzim 8. Parameter-parameter yang mengesan aktiviti enzim 9. Kofaktor dan koenzim Objektif Pembelajaran Selepas selesai mempelajari unit ini dengan sempurna, anda diharapkan dapat 1. Mengenali tentang enzim; sifat dan ciri tindak balasnya 2. Mengenali struktur enzim dengan penekanan kepada ciri proteinnya 3. Pengkalsan enzim 4. Memahami ciri tindak balas enzim 5. Mengenali dan memahami parameter-parameter yang mengesan aktiviti enzim Parameter yang ditangani ialah kesan kepekatan enzim kesan kepekatan substrat kesan ph kesan suhu 24

25 kesan perencat 6. Mengenali apakah itu kofaktor dan koenzim 1. 1 Apakah itu enzim? Pemangkin dalam tindak balas Untuk memahami ini peranan enzim, kita mesti memahami bahawa tindak balas kimia perlu mempunyai pemangkin untuk membantu menjalankan tindak balas. Tanpa pemangkin sesuatu tindak balas sukar untuk dijalankan. Jika sesuatu substrat, S hendak ditukar kepada produk P, biasa tansformasi atau pertukaran tidak berlaku dengan spontan. Kalau tidak tentulah susah bagai sesuatu sebatian berada dalam sesuatu keadaan atau bentuk. Biasanya kita memerlukan tenaga untuk menukar sesuatu bahan kepada satu bahan yang lain. Untuk medalami konsep tindak balas yang menggunakan pemangkin cuba kita lihat prinsip kinetik kimia Kinetik kimia Teori keadaan transisi/sementara dan katalisis Tenaga E akt S Rajah 1: Kinetik tindakbalas kimia E net P Progres tindak balas Rajah profil tenaga satu tindak balas S P E akt = tenaga aktivasi, perbezaan anatara tenaga keadaan S (atau penindak balas) dan keadaan sementara (penindak balas) E net = Perbezaan tenaga antara S dan P Teori kinetik moden menyarankan bahawa bagi setiap tindak balas, penghasilan sesuatu produk didahului oleh satu keadaan transisi/sementara yang merupakan keadaan teraktif S. Tenaga aktivasi perlu diadakan untuk membawa substrat ketahap transisi sebelum ianya bertukar kepada produk. 25

26 E akt 2 S Tenaga Rajah 2: Kinetik tindakbalas kimia dengan enzim A* A* E akt 1 P Progres tindak balas E akt 1 ialah tenaga aktivasi tanpa pemangkin E 2 akt ialah tenaga aktivasi dengan pemangkin Mengikut teori keadaan sementara, sesuatu pemangkin berfungsi dengan menambah kadar penghasilan bahantara sementara. Ini dialkukan dengan mengurangkan tenaga aktivasi. Nota : Tenaga P tidak semestinya rendah dari S. Jika P mempunyai tenaga dalaman (internal energy) yang lebih rendah dari S, tenaga akan dibebas ke sekitaran. Tindakbalas ini dipanggil eksothermik. Sebaliknya jika P mempunyai tenaga dalaman yang lebih tinggi dari S, tindakbalas ini dipanggil endothermik Aktiviti Cuba anda lukis rajah kinetik tindak balas kimia di mana tenaga dalaman P lebih tinggi daripada S. Catatkan lokasi tenaga aktivasi dan mutlak di atas rajah itu. 2. Dengan menggunakan gambarajah, terangkan bagaimana enzim dapat membantu meningkat kadar tindakbalas. Soalan ini hanyalah merupakan latihan. Anda hanya perlu menyalin semula Rajah 2! Adakah anda faham perkara yang hendak disampaikan oleh rajah ini? 3. Soalan objektif: Pernyataan yang manakah sesuai untuk enzim A. enzim menukar tahap keseimbangan B enzim adalah spesifik kepada substrat yang tertentu C. enzim menyediakan teanga aktivasi D. semua enzim adalah protein E. enzim termusnah di dalam tindakbalas yang dimangkin 26

27 1.1.2 Enzim Enzim merupakan pemangkin biologi. Enzim mempercepatkan tindak balas dalam sel hidupan. Enzim adalah lebih efisien dari ebarang pemangkin buatan manusia. Ia bertindak pada keadaan yang sederhana dan mempunyai ciri spesifik dalam pemilihan substrat yang di tindak balasnya. Enzim tersebar luas dalam sel Enzim konstitutif dan induktif Enzim konstitutif: ialah enzim yang sentiasa dikeluarkan oleh sel kerana keperluannya senatiasa ada. Sementara enzim induktif memerlukan aruhan sebelum disintesis dalam sel untuk sesuatu keperluan Bagaimana enzim berfungsi sebagai pemangkin Bagaimanakah enzim dapat berperanan sebagai pemangkin? Enzim mengikat substrat dengan cara dimana ikatan yang hendak ditindakbalas diletak berdekatan dengan pusat pemengkinan di tapak aktif.terdapat 4 faktor utama yang menyumbang kepada kemampuan enzim sebagai pemangkin Diorientasi kepada kumpulan pemangkin supaya keadaan transisi mudah terhasil Setengah enzim mungkin bergabung dengan substrat supaya menghasil bahantara sementara yang mengandungi ikatan kovalen tidak stabil, yang mudah bertukar kepada produk Mengadakan kumpulan berfungsi yang menghasilkan katalisis umum asid bes Menimbul ketegangan dan kebengkokan dalam ikatan substrat, membawa kepada kepecahan ikatan berkenaan 1.2 Struktur enzim Sejak mula enzim ditemuai, enzim telah dikenal pasti sebagai protein. Tetapi akhir-akhir ini terdapat penemuan dimana sekumpulan asid ribonukleik (RNA) telah dapat berfungsi sebagai pemangkin. Enzim yang berasaskan asid nukleik diberi nama ribozim. Kita akan menumpukan perhatian kita kepada protein sebagai molekul enzim. Tetapi kita jangan lupa bahawa ribozim juga berfungsi serupa dengan enzim protein Struktur enzim protein Pada dasarnya enzim diasaskan oleh protein. Biasanya protein berbentuk globular dan mempunyai struktur tertiar dan kuarterner protein Struktur 3 dimensi protein amatlah penting dalam fungsi protein. Keutuhan struktur 3 dimensi memainkan peranan penting dalam menentukan keaktifan enzim. Komposisi dan jujukan asid amino yang merupakan monomer kepada protein tentulah mempunayi peranan utama dalam menentukan 27

28 struktur tertiar protein. Penyelidik telah membahagikan residu-residu asid amino yang membangunkan sesuatu molekul enzim kepada 4 kumpulan Residu struktur Residu pemangkinan Residu pengikatan Residu tak perlu Kumpulan 1 hingga 3 adalah penting dalam menentukan samada molekul protein dapat berfungsi sebagai pemangkin dengan efisien. Pertukaran atau modifikasi kepada manamana asid amino dalam kumpulan ini pasti menjejaskan keaktifan enzim itu Penamaan enzim dan klassifikasi Padas mulanya setiap penyelidik yang menemui sesuatu enzim telah memberi namanya sendiri. Kita akan sebut nama yang diberi ini sebagai nama am. Oleh itu terdapat satu enzim yang mempunyai nama yang berlainan. Tambahan pula sesetengah nama yang diberi tidak memberi sebarang maklumat atau penerangan seperti tripsin, pepsin dan kaimotripisin. Ini menimbulkan kesukaran dalam mengenali enzim itu. Pada tahun 1964, Suruhanjaya Antarabangsa Enzim telah mengemukakan satu sistem klasifikasi dan penaman bagi enzim, dalam usaha menyelaras penamaan enzim. Penamaan ini dipanggil nama sistematik. Enzim dikenali dan diklaskan berasaskan jenis tindak balas. Didapati semua enzim yang telah ditemui dapat dibahagikan kepada 6 kumpulan utama. Seterusnya setiap kumpulan boleh di bahagikan lagi untuk pengklasan yang lebih teliti. Klas utama Oksido reduktase Transferase Hidrolase Liase Isomerase. Ligase Jenis tindak balas Enzim berkaitan dengan pengoksidaan reductan. Pemindah kumpul;an(radikal) seperti metil, asil, glikosil, amina, fosforil dan lain-lainnya... Tindakbalas substrate mengandungi air menghasilkan dua produk Penyahan kumpulan tanpa air Pengauran molekul dalam substrat Tindak balas sintetik, pergabungan 2 molekul Jadual 1. Klasifikasi enzim Seterusnya setiap kumpulan utama diberi nombor 1 hingga 6, sementara kelas-kelas dibawah kumpulan ini juga diberi nombor pengenalan tersendiri, dengan tujuan mengkelaskan setiap enzim kepada satu enzim yang jelas. 28

29 No. pertama : Kumpulan utama No. kedua : sub-klas No. ketiga : sub-sub- klas No.keempat : nombor siri dalam sub-sub- klas Contoh COOH COOH CH 2 + FAD CH + FADH 2 CH 2 CH COOH COOH Nama am: suksinat dehidrogenase Nama sistematik: suksinat : FAD oksidoreduktase EC No.: Penjelasan: 1 : termasuk dalam klas Oksidoreduksi 3 : kerana bertindak keatas kumpulan penderma > CH-CH 99: kerana penerima, FAD, yang diklaskan sebagai "yang lain" 1 : siri pertama dalam sub-subklas 99 Aktiviti Soalan objektif a. Kaji tindak balas berikut: Glukosa + ATP Glukosa-6-fosfat + ADP Kumpulan enzim ini ialah: A. oksidoreduktase B. transferase C. hidroliase D. isomerase E. liase 29

30 2. Soalan subjektif: a. Senaraikan kumpulan enzim mengikut Suruhanjaya Enzim. Jelaskan ciri tindakbalas setiap kumpulan 1.4 Ciri enzim enzim dikatakan mempunyai ciri yang lebih baik daripada pemangkin inorganik. Dua ciri utama yang memberi kelebihan kepada enzimialah: Spesifisiti enzim Spesifisiti Keadaan tindak balas yang sederhana Spesifisiti enzim dikatakan timbul daripada konformasi tapak aktif. Tapak aktif merupakan acuan yang dapat mengenali substrat yang khusus, yang sepadan dengan bentuk acuan yang tersedia. Ahli enzimologi mengemukakan 2 jensi spesifisiti yang terdapt pada enzim Spesifisiti: mutlak dan Spesifisiti relatif Dua model telah dikemukakan bagi menggambarkan sifat spesifisiti diatas Model kunci dan mangga Model ini sesuai bagi enzim yang mempunyai spesifisiti spesifik. Enzim digambarkan sebagai mangga yang hanya boleh dipadankan oleh anak kunci (substrat) (Rajah 3). Mengikut modelini, enzim mempunyai tapak aktif yang berbentuk sepsifik dan tetap kepada bentuk sesuatu substrat. Hanya substrat yang padan boleh masuk kedalam tapak aktif ini, sebelum pemangkinan berlaku. Teori ransang dan padan Sementara teori ini menggambarkan sifat spesifisiti relaltif dimana satu enzim dapat memangkin satu kumpulan substrat yang hampir serupa. Enzim mempunyai tapak aktif yang lebih fleksibel kepada satu kumpulan substrat. Jika sesuatu substrat menghampiri tapak aktif, kehadiran substrat mengaruh bentuk tapak aktif kepada acuan yang lebih spesifik kepada substrat itu. 30

31 Enzim dan substrat kompleks- ES Produk Tapak aktif E S E P Rajah 3: Model mangga dan anak kunci Keaktifan enzim Semua aspek keaktifan enzim bergantung kepada kehadiran tapak aktif pada molekul enzim.. Keaktifan diukur melaui aktiviti enzim. Aktiviti enzim ialah kadar tindak balas. Ia diukur dengan mengukur penghasilan produk mengikut unit masa. Produk masa Rajah 4: Penghasilan produk mengikut masa Jika kita membuat ujikaji dimana kita mengukur penghasilan produk mengikut masa kita akan mendapati sebuah graf seperti Rajah 3. Penghasilan produk akan bertambah mengikut masa hingga substrat kehabisan. Aktiviti boleh diukur dengan menentukan kuantiti produk yang terhasil pada satu jangkamasa yang tetap. Mengikut Rajah 4, pengukuran mestilah dibuat pada jarak garis lurus. Dalam enzimologi, aktiviti enzim diambil pada jangkamasa yang terawal tindak balas berlalu dan dipanggil aktiviti awal atau halaju awal. 31

32 1.4.2 Unit aktiviti Unit yang selalu dipakai ialah unit (U) atau lebih tepat dipanggil unit antarabangsa (IU). Satu IU ditakrifkan sebagai kadar penghasilan 1 µmole produk dalam satu minit. Suruhanjaya Enzim telah mengemukakan unit katal yang ditakrif kan sebagai kadar penghasilan 1 mol produk dalam satu saat. Aktiviti Soalan objektif Enzim yang mempunyai spesifisiti relatif A. mempunyai konfigurasi tapak aktif yang tetap B. mempunyai satu substrat yang khusus C. konformasi protein yang tetap D. bertindak dengan substrat yang berlainan E. mampu mengubah sedikit bentuk tapak aktif untuk dipadankan dengan substratsubstrat yang hampir sama 2. Soalan subjektif: Lukiskan satu graf hasil lawan masa dan tandakan bagaimana kadar tindak balas ditentukan. 3 Cuba anda tukar unit IU kepada unit katal. Penyelesaian 1 IU = 1 µmole per minit = 1 µmole per 60 saat = 16.7 ηmole per saat Bersamaan 16.7ηkatal! 1.5 Parameter yang mengesan keaktifan enzim Kesan masa Kesan masa terhadap penghasilan produk digambarkan pada Rajah 4. Bagi kepekatan enzim dan substrat yang tetap, penghasilan produk akan meningkat mengikut masa hinggalah substrat kehabisan. Kelok ini dipanggil kelok progres tindak balas dan digunakan untuk penentuan aktiviti enzim. Jika graf ini di ubahsuai kepada graf aktiviti enzimmelawan masa kita akan melihat graf seperti Rajah 5. 32

33 V Masa Rajah 5. Aktiviti enzim mengikut masa Kepekatan enzim Aktivit enzim akan meningkat dengan peningkatan kepekatan enzim hinggalah substrat mkenjadi faktor penghad (Rajah 6) V Rajah 6. Kesan kepekatan enzim terhadap aktiviti enzim {E} Kesan kepekatan substrat V max V o V max 2 Rajah 7. Kesan kepekatan substrat terhadap aktiviti enzim K m {S} 33

34 Rajah 7 menggambarkan kesan peningkatan kepekatan substrat terhadap aktiviti enzim, pada kepekatan enzim yang tetap. Di peringkat awal, aktiviti meningkat dengan penambahan substrat, tetapi aktiviti akan mendatar bila enzim sudah menjadi tepu pada peringkat kepekatan substrat yang tinggi. Kelok ini dipanggi kelok Michaelis-Menten dan merupakan sebuah kelok hiperbola segiempat. Perlakuan ini hanya dipakai dengan tindak balas satu substrat.. Ia boleh juga digambarkan melalui persamaan Michaelis- Menten. Harus diingat bahawa tidak semua enzim mengikut hukum Michaelis-Menten. Walau bagaimana pun perlakuan ini memberi kefahaman asas dalam kajian enzimologi. Melalui graf ini kita dapat menentukan 2 parameter kinetik enzim iaitu aktiviti maksimum, V max dan angkatap Michaelis, K m. Jika kita lihat persamaan Michaelis- Menten, diperingkat kepekatan S adalah tinggi, K m +[S] akan menuju kepada nilai [S]. Ini bermakna, V o = V max, iaitu aktiviti pada tahap maksimum. Sebaliknya jika kita meletak nilai V o = V max, kedalam persamaan Michaelis-Menten, kita akan mendapat K m = [S]. Oleh itu kita boleh mentakrif K m sebagai kepekatan substrat yang akan menghasilkan setengah aktiviti maksimum. Nila K m enzim kepada sesuatu substrat menggambarkan keafinan enzim itu kepada sesuatu substrat. V o = V max [S] K m +[S] Dimana Vo ialah aktiviti awal enzim pada setiap kepekatan S S ialah substrat V max ialah aktiviti maksimum pada kepekatan enzim yang diguna K m ialah angkatap Michaelis Walau pun, kita dapat menetukan parameter kinetik V max dan K m melalui graf Michaelis- Menten, kaedah ini hanyalah satu penganggaran, kerana tahap V max adalah juga satu penganggaran. Oleh itu beberapa kaedah lain yang berasaskan pengolahan semula persamaan Michaelis-Menten telah dikemukakan untuk membolehkan penentuan parameter kinetik yang lebih tepat. 1/V Rajah 8: Graf Lineweaver-Burk 1/S 34

35 cerun = -Km Rajah 9.Graf Eadie-Hofstee V o Vmax Km V o S Rajah 10 Graf Wolf S/Vo K m /V max Cerun = 1/V max Lihat Rajah 8, 9 dan 10 yang menggambarkan kaedah grafik yang lain,berasaskan pengolahan ke atas persamaan Michaelis Menten Kesan suhu Kesan suhu keatas aktiviti enzim dipengaruhi oleh 2 faktor. Sebagai protein, ia akan mengalami proses denaturasi bila suhu menjangkau kepada satu tahap. Proses denaturasi akan mengubah struktur tertier protein, dan akan menggugat keaktifan enzim. Sementara itu mengikut kinetik kima, peningkatan suhu akan menambah kadar pertembungan bahan-bahan yang bertindak balas, dan seterusnya memudahkan lagi penghasilan bahantara sementara, dan produk. Dua faktor ini akan dilihat secara menyeluruh deng an terhasilnya profil aktiviti lawan suhu. Setiap enzim akan mempunyai suhu optimum (Rajah 11) S 35

36 suhu. optimum suhu Rajah 11. Graf aktiviti melawan suhu bagi 2 jenis enzim kesan ph Kesan ph keatas aktiviti enzim dipengaruhi oleh 2 faktor juga. Sebagai protein, ia akan mengalami proses denaturasi bila ph berada pada tahap yang ekstrim. Pertukaran cas pada residu asid amino akan mengubah struktur tertier protein, dan akan menggugat bentuk tapak aktif dan konformasi keseluruhan molekul enzim. Di samping itu, pertukaran ciri ionik mungkin melibatkan residu asid amino pada tapak aktif yang terlibat terus dengan proses pemangkinan. Rajah 12 menggambarkan profil aktiviti lawan ph. Enzim juga a kan memberi nilai ph optimum yang merupakan ciri sesuatu enzim. Pepsin ph optimum tripsin aktiviti ph 36

37 Rajah 12: Graf akiviti lawan ph bagi 2 jenis enzim Kesan Perencat Kehadiran peransang dan perencat merupakan faktor penting dalam tindakbalas enzim Peransang dan perencat berperanan sebagai pengawal halus tindak balas. Sementara itu kehadiran bahan asing seperti dadah dan racun turut menggugat tindakbalas enzim, seterusnya mengganggu proses metabolisme sel. Di bahagian ini kita akan memberi perhatian kepada perencat.terdapat 3 jenis perencat yang dikemukakan sebagai asas dalam kajian perencatan enzim Perencat bersaing Perencat bersaing mempunyai bentuk yang agak sama dengan substrat enzim. Perencat bersaing dengan substrat untuk masuk kedalam tapak aktif. Keadaan ini akan merendahkan aktiviti enzim pada sesuatu kepekatan substrat. Jika substrat ditambah, ia kan dapat melawan kesan substrat, akhirnya nilai V max asal akan tercapai. Sementara itu nilai Km akan meningkat dengan kehadiran perencat. Ciri ini dapat dilihat dengan jelas pada graf Lineweaver-Burk (Rajah 13) 1/V dengan perencat tanpa perencat 1/S Rajah 13 : Kesan perencat bersaing Perencat bukan bersaing Enzim yang direncat oleh perencat bukan bersaing mempunyai tapak asing bagi perencat. Oleh itu perencat tidak semestinya mempunyai persamaan dengan substrat. Kemasukan perencat kedalam tapak perencat akan mempengaruhi tapak aktif hingga menyebabkan berlaku perubahan kepada bentuk tapak aktif. Substrat tidak dapat masuk ke tapak aktif dan pemangkinan tidak berlaku. Dari segi kesan keatas parameter kintek enzim, di dapati K m tidak berubah tetapi V max adalah lebih rendah dari asal (Rajah 14) 37

38 1/v dengan perencat tanpa perencat 1/S Rajah 14. Graf menggambarkan kesan perencat bukan bersaing Perencat tak bersaing Enzim yang direncat oleh perencat tak bersaing juga mempunyai tapak berasingan bagi perencat. Oleh itu perencat tidak semestinya mempunyai persamaan dengan substrat. Perbezaan dengan perencat bukan bersaing hanyalah dari segi keupayaan substrat masuk ke dalam tapak aktif. Substrat tetap dapat masuk ke dapat aktif sama ada perencat masuk dahulu atau terkemudian darinya kedalam tapak perencat. Tetapi hasilnya ialah kompleks enzim-substrat-perencat yang tidak mampu meruskan proses pemangkinan. Dari segi kesan keatas parameter kinetik enzim, di dapati K m dan V max adalah lebih rendah dari asal (Rajah 15). Garis lurus yang selari akan dapat dilihat dalam graf Linewever Burk. 2I 1/V I tanpa perencat dengan perencat 1/S Rajah 15. Graf menggambarkan kesan perencat tak bersaing I ialah satu kepekatanperencat, sementara kepekatan digandakan bagi 2I 38

39 Aktiviti Soalan objektif a. Kaji kenyataan di bawah, mengenai bagaimana ph mengesan aktiviti enzim P. kadar pertembungan substrat-enzim meningkat Q. pertukaran cas ionik R. denaturasi protein S. pertukaran komformasi T. pertukaran jujukan asid amino Kenyataan yang BENAR ialah A. P B. P, Q C. Q, R D. Q, R, S E. Q, R, S, T b. Pilih kenyataan yang kurang tepat mengenai ciri tindak balas enzim. Enzim bertindak A. Enzim bertindak biasanya pada suhu yang sederhana B. Enzim bertindak dengan substrat yang spesifik C. Enzim bertindak biasanya pada tekanan yang sederhana D. K m berbeza bagi berlainan substrat E. semua enzim mengikuti hukum Michalis-Menten 2. Soalan subjektif a. Terangkan bagaimana ph dapat mengesan aktivit enzim b. Lakarkan plot Lineweaver Burk. Berasaskan graf ini, nyatakan bagai mana anda dapat mengira nilai K m dan V max 2. Kofaktor dan koenzim Sesetengah enzim memerlukan bantuan sebatian lain untuk menjalankan peranannya sebagai pemangkin. Sebatian pembantu ini adalah bukan protein. Enzim yang mempunyai pembantu ini dipanggil haloenzim. Enzim yang dipisahkan dari pembantunya dipanggi apoenzim. Sementara kumpulan pembantu dipanggil kumpulan prosthetik. 39

40 Kita akan berbicara tentang kumpulan prosthetik, yang secara umumnya dikenali sebagai kofaktor. Kofaktor pula boleh dibahagikan kepada kofaktor dan koenzim. Kofaktor diasaskan dari sebatian inorganik sementara koenzim diasaskan dari sebatian organik. Jadi kofaktor ialah kumpulan umum bagi sub-kumpulan iaitu kofaktor dan koenzim Kofator Peranan kofaktor dan koenzim ialah menjadi pembawa sementara kumpulan berfungsi atom spesifik atau elektron yang dipindahkan dalam keseluruhan tindak balas. Kofaktor biasanya berasaskan ion logam yang diperlukan dalam bentuk logam surih. Logam surih termasuklah ion ferum(fe +2 ), Mg +2, Mn +2, Zn +2, Al +3 dan Cu +2. Ion logam ini menjadi komponen penting sesetengah enzim(jadual 2). Tanpanya enzim tidak akan berfungsi.di sinilah timbul keperluan kepada logam surih dalam pemakanan kita. Ion logan Zn +2 Fe +2 atau Fe +3 Mn +2 Mg +2 Cu +2 Enzim karbonik anhidrase karbokspeptidase, fosfohidrolase, fosfotransferase Sitokrom oksidase, katalase, peroksidase Arginase Glukokinase, glukofosfatase Sitokrom oksidase Rajah 2. Contoh enzim yang memerlukan logam surih sebagai kofaktor 2.2 Vitamin sebagai prekursur koenzim Sudah menjadi satu ciri koenzim bahawa organisma atasan tidak dapat mensintesisnya dan perlu mengambilnya melalui makanan. Keperluannya adalah sedikit sahaja setiap hari, tetapi keperluannya adalah kritikal. Jadual 3 di bawah menunujukkan jenis-jenis vitamin, koenzim yang dihasilkan, tindak balas yang dimangkinkan dan seterusnya masalan/penyakit yang timbul jika kekurangan vitamin ini.. Koenzim dan vitaminyang berkaitan Larut air Thiamine (vitamin B 1 ) Sumber - bijiran Koenzim TPP Tindak balas yang memerlukannya, masalah kekurangan Dekarboksilasi. Kekurangannya akan menyebabkan penyakit beri-beri, lemah jantung dan gangguan mental 40

41 Riboflavin FAD redoks kerencatan pertumbuahan niacin Piridin nukleotida redoks Kekurangannya akan menyebabkan pellagra, black tongue (anjing) Asid Pantothenik Koenzim A Pemindahan asil Kekurangannya akan memberi simptom gastrik diarrhea, kulit : carrification, hilang pigmen, desquamation ; pendarahan dan nekrosis korteks adrenal dengan peningkatan keinginan untuk garam Vitamin B 6 piridoksal piridoksin - piridoksan Metabolisme asid amino: transaminasi Kekurangannya akan hanya dilihat pada bayi dan wanita hamil bayi : sawan. Tindak balas asid amino lain: Dekarboksilasi, racemisasi Kekurangannya akan menyebabkan Dermatitis Folic acid Dihidro-, tetrahidro folat sumber atom 1 unit karbon anemia Asid lipoik Asid lipoik Pemindahan asil Masalah pertumbuhan Vitamin B 12 koenzim B 12 : nucleosid adenina 4 tindak balas umum: pemotongan C-C, pemotongan C-O, pemotongan C-N dan pengaktifan metil Vitamin C Larut lemak Vitamin A Vitamin D - sumber : hati, ikan, susu Tak pasti bagaimana berfungsi. Kekurangannya akan menyebabkan scurvy, pendarahan dan gigi longgar.di katakan berkesan bagi menghindar selesema. mekanisma fisiologi penglihatan. Ada juga penglibatan dalam pertumbuhan biasa sel, mengesan tulang rangka menambah penyerapan kalsium dari fosfat dalam usus. Kesan terus proses kalsifikasi - kekurangan akan merendahkan perkumuhan fosfat dan pembuangan melalui buah pinggang, rickets : penyakit tulang 41

42 Vitamin E Vitamin K kekurangan masalh reproduksi dalam tikus antioksidan - menahan tindakan O 2 ke atas asid lemak (yang menghasikan peroksida) Masalah pembekuan darah Jadual 3. Vitamin, koenzim dan kesannya Perhatikah bahawa koenzim dibahagikan kepada 2 kumpulan samada larut dan tak larut air, berasaskan ciri sebatian kimianya. Aktiviti 1.5 Pada amnya, bahagian ini banyak memerlukan ingatan anda tentang jenis, tindakan atau kesan kofaktordan koenzim. 1. Soalan objektif Vitamin A dikaitkan dengan A. penglihatan B. pertumbuhan yang sempurna C. penyakit kulit D. selsema E kekuatan tulang 2. Soalan subjektif: Apakah kaitan vitamin dan enzim. Nyatakan kumpulan vitamin dan beri 2 contoh setiap satu kumpulan. 3 Sep 00 42