Metaloenzim (I)

Pendahuluan
Metal memiliki peranan di dalam kira-kira 1/3 dari seluruh enzim yang diketahui. Metal dapat menjadi kofaktor atau dapat pula berikatan di dalam molekul dan kemudian dikenal sebagai metaloenzim. Asam amino di dalam ikatan peptide memiliki grup yang dapat membentuk ikatan kovalen dengan atom metal. Grup amino dan karboksi bebas berikatan dengan metal yang menyebabkan terbentuknya struktur enzim yang aktif.

Fungsi utama metal adalah untuk transfer elektron. Banyak enzim dapat menjadi grup elektrofil dan beberapa dapat berfungsi sebagai grup nukleofil. Versatilitas ini menjelaskan bahwa metal seringkali muncul di dalam enzim. Beberapa metaloenzim diantaranya adalah hemoglobin, sitokrom, fosfotransferase, alkohol dehidrogenase, arginase, feredoksin dan sitokrom oksidase.
Karboksipeptidase A adalah metaloenzim seng yang memutuskan ikatan peptida di dalam pencernaan protein. Ion seng yang dikandung oleh enzim, berada pada kondisi aktifnya sehingga memiliki peranan utama dalam fungsi tersebut.

Metaloenzim dapat diregulasi dalam beberapa cara karena metaloenzim berasal dari berbagai grup. Salah satu cara untuk meregulasi metaloenzim adalah dengan tingkat pH-nya. pH tertentu dapat merusak aliran elektron yang secara normal difasilitasi oleh metal tersebut. Dengan cara ini pH dapat menghambat efektivitas metaloenzim.

Munculnya analog pada tahap transisi memiliki peranan dalam penghambatan metaloenzim secara kompetitif karena analog tersebut menyerupai struktur substrat dalam reaksi enzim dan substrat.
Salah satu metaloenzim yang mengandung seng juga dapat diatur oleh makanan yang dikonsumsi oleh manusia. Sumber seng pada manusia sebagian besar diperoleh dari makanan. Tanpa asupan metal yang cukup seperti seng di dalam makanan manusia, aktivitas enzim akan terhambat.

Struktur dan Tinjauan
Metaloenzim adalah protein yang berfungsi sebagai enzim dan mengandung metal yang terikat kuat dan selalu diisolasi oleh protein. Di dalam protein seperti hemoglobin dan sitokrom, metalnya adalah Fe2+ atau Fe3+ dan termasuk di dalam grup heme prostetik. Di dalam metaloenzim yang lain, metalnya dibangun menjadi struktur molekul enzim. Ion metal tidak dapat dilepaskan tanpa menghancurkan struktur enzimnya. Metal dibangun menjadi molekul termasuk sebagian besar fosfotransferase, yang mengandung Mg2+; alkohol dehidrogenase, Zn2+; arginase, Mn2+; feredoksin, Fe2+; dan sitokrom oksidase, Cu2+.

Metal biasanya ditemukan pada sisi aktif enzim. Metal yang menyerupai proton (H+), yang bersifat elektrofil, mampu untuk menerima pasangan elektron untuk membentuk ikatan kimia. Dalam aspek ini, metal dapat bertindak sebagai asam umum untuk bereaksi dengan ligan anion dan ligan netral.
Ukuran metal yang relatif lebih besar dari pada proton diimbangi dengan abilitasnya untuk bereaksi dengan lebih dari satu ligan. Metal biasanya bereaksi dengan 2, empat atau 6 ligan. Sebuah ligan adalah molekul yang berinteraksi dengan metal. Jika metal berikatan dengan dua ligan, metal tersebut akan membentuk kompleks linear. Jika metal bereaksi dengan 4 ligan, metal tersebut akan diposisikan di tengah persegi empat yang lebih datar atau metal tersebut akan membentuk struktur tetrahedral, dan ketika beraksi dengan 6 ligan, metalnya akan berada di dalam oktahedral.

Asam amino di dalam ikatan peptida di dalam protein memiliki grup yang berkemampuan untuk berikatan dengan metal, menghasilkan ikatan kovalen. Kelompok amino dan karboksil bebas di dalam protein dapat berikatan dengan metal dan hal ini dapat mengikat protein menjadi konformasi yang spesifik dan aktif. Kenyataan bahwa metal berikatan dengan beberapa ligan penting dalam hal metal tersebut berperanan untuk membawa bagian jauh dari sekuen asam amino bersama-sama dan membantu membangun konformasi aktif enzim.

Seng adalah metal yang terikat di dalam karbopeptidase A. Atom seng bertindak sebagai katalis ion metal dan mendorong terjadinya hidrolisis. Substratnya bersesuaian dengan gugus hidrofobik di dalam karboksipeptidase A dan seng terikat dengan grup karboksil substrat untuk membantu menstabilkan kompleks enzim-substrat. Dalam contoh ini, ion seng bertindak sebagai asam umum dan menstabilkan pembentukan O- seiring dengan masuknya gugus air ke dalam karbonil.

Seng juga melakukan fungsi yang berbeda di dalam enzim, seperti di dalam karbonik anhidrase. Di sini, metal berikatan dengan H2O dan membuatnya cukup asam untuk melepaskan proton dan membentuk sebuah grup Zn-OH. Seng berperan sebagai nukleofil pada substrat. Karena seng memiliki kemampuan untuk bertindak sebagai elektrofil atau sebagai sumber grup nukleofil, metal dapat bersatu dan digunakan oleh banyak enzim.

Sumber:
1. http://www.cs.stedwards.edu/chem/Chemistry/CHEM43/CHEM43/Metallo/Metallo.HTML
2. http://filebox.vt.edu/users/hernickm/Metalloenzymes.html