Fungsi Enzim katalase

Katalase adalah enzim yang umum ditemukan di hampir semua organisme hidup. Katalase mengkatalisis hidrogen peroksida menjadi air dan oksigen dan melindungi organisme dari radikal bebas. Katalase juga memiliki kegunaan industri untuk mencegah kontaminan tertentu dalam makanan dan sebagai desinfektan untuk lensa kontak dan bahan pembersih dalam beberapa produk lainnya.

Pengertian Katalase

Katalase adalah enzim yang terjadi secara alami yang mereduksi hidrogen peroksida menjadi air dan oksigen.

Enzim Katalase adalah enzim yang hadir terutama dalam peroksisom sel mamalia. Ini adalah enzim tetramerik yang terdiri dari empat subunit yang identik dan diatur secara tetrahedral dari 60 kDa, masing-masing mengandung di pusat aktifnya gugus heme dan NADPH.

Enzim katalase memiliki dua aktivitas enzimatik tergantung pada konsentrasi H2O2. Jika konsentrasi H2O2 tinggi, katalase bekerja secara katalitik, yaitu menghilangkan H2O2 dengan membentuk H2O dan O2 (reaksi katalitik).

Namun, pada konsentrasi rendah H2O2 dan di hadapan donor hidrogen yang sesuai, mis. etanol, metanol, fenol, dan lainnya, katalase bekerja peroksidik, menghilangkan H2O2, tetapi mengoksidasi substratnya (reaksi peroksidasi). Artikel ulasan menyajikan pengetahuan terkini tentang struktur, sifat, dan fungsi katalase pada organisme hidup.

Fungsi Enzim Katalase

Fungsi utama enzim katalase adalah menghilangkan hidrogen peroksida (H2O2) dengan mengubahnya menjadi air dan oksigen.

Oksigen sangat penting bagi kehidupan; Namun, ketika kita menggunakan oksigen, tubuh kita secara konstan menghasilkan radikal bebas. Radikal bebas adalah molekul atau atom yang secara kimia tidak stabil. Mereka juga membuat molekul atau atom lain dalam tubuh sangat tidak stabil, sehingga merusak protein, membran sel, dan bahkan struktur DNA. Ini adalah proses yang dapat menyebabkan kerusakan permanen pada sel dan jaringan yang mengakibatkan infeksi, penurunan mental, sistem kekebalan tertekan, penyakit sendi, dan penyakit jantung. Radikal bebas juga dianggap memainkan peran penting dalam proses penuaan.

Enzim Katalase fungsinya melawan efek radikal bebas terhadap tubuh. Ini mengubah radikal superoksida berbahaya menjadi hidrogen peroksida yang kemudian terurai menjadi air dan oksigen.

Hidrogen peroksida diproduksi selama respirasi aerobik, proses di mana sel-sel menghasilkan energi yang dapat digunakan dengan memecah glukosa dan oksigen. Namun, itu dianggap reaktif dan dapat merusak hampir setiap bagian sel – jadi, penting bagi sel untuk menghilangkan kelebihan hidrogen peroksida.

Rambut uban

Studi ilmiah terbaru menunjukkan bahwa kadar katalase yang rendah bisa menjadi faktor dalam proses uban pada rambut manusia. Hidrogen peroksida diproduksi secara alami dalam tubuh manusia. Ini adalah oksidator dan zat pemutih yang kuat. Katalase memecah hidrogen peroksida menjadi air dan oksigen. Namun, ketika ada penurunan kadar katalase, hidrogen peroksida tidak dapat didekomposisi. Akumulasi hidrogen peroksida memutihkan rambut dari dalam ke luar.

Industri makanan

Katalase banyak digunakan dalam industri makanan. Katalase menghilangkan hidrogen peroksida dari susu sehingga membantu dalam produksi keju. Katalase mencegah makanan dari pengoksidasi, oleh karena itu dapat digunakan dalam pembungkus makanan.

Agen pembersih

Katalase kadang-kadang digunakan untuk mendisinfeksi lensa kontak. Saat ini, katalase digunakan dalam industri estetika dalam beberapa perawatan masker karena membantu meningkatkan oksigenasi seluler di lapisan atas epidermis.

Peranan Enzim katalase

Karena hidrogen peroksida adalah agen pengoksidasi yang kuat, katalase dianggap sebagai salah satu enzim antioksidan yang lebih penting.

Perlu dicatat bahwa organisme yang lebih kompleks – termasuk manusia – telah berevolusi untuk bergantung pada hidrogen peroksida sampai tingkat tertentu. Ini dapat mengaktifkan sistem kekebalan tubuh, dan sel-sel kekebalan dapat membunuh bakteri dengan membombardir mereka dengan oksidan seperti hidrogen peroksida.

Enzim katalase membantu mengatur sistem ini dan memastikan bahwa produk sampingan toksik tidak terlalu merusak sel, tetapi, seperti banyak aspek biologi, ini adalah skenario ‘Goldilocks’ – idealnya, katalase mencegah kerusakan tanpa mengganggu pensinyalan penting proses.

Beberapa jenis enzim katalase, terutama yang ditemukan pada mamalia, juga dapat membantu memecah senyawa yang berpotensi beracun lainnya, seperti alkohol.

Tes katalase

Uji Catalase banyak digunakan oleh ahli mikrobiologi di laboratorium untuk mengenali dan membedakan antara spesies bakteri. Kadang-kadang, uji katalase digabungkan dengan tes lain seperti uji resistensi antibiotik sementara itu tidak dapat mengidentifikasi organisme tertentu saja, namun, uji katalase tetap merupakan alat penting dalam eksperimen biologis.

Apa itu Enzim Katalase

Enzim katalase merupakan salah satu enzim yang dapat ditemukan pada organ penting makhluk hidup seperti sel tulang, bagian bagian ginjal, hati dan membran mukosa.

Sejarah

Enzim Katalase diidentifikasi oleh seorang kimiawan berkebangsaan Perancis yang bernama Luis Jacques Thenard menemukan bahwa pemecahan hidrogen peroksida disebabkan karena suatu zat atau senyawa yang tidak diketahui atau belum dikenali sebelumnya.

Kemudian pada tahun 1900 Oscar Loew seorang kimiawan agrikultur kelahiran Bavaria (Dahulu salah satu provinsi di Jerman) menjadi orang pertama yang memberi nama katalase pada senyawa tersebut.

Pada tahun 1937 enzim katalase dari hati sapi dikristalisasi oleh dua ilmuwan asal Amerika Serikat, James B. Sumner dan Alexander Dounce. Barulah bobot molekul enzim katalase diketahui pada tahun 1938.

Cara Kerja Enzim Katalase

• H2O2 masuk ke sisi aktif katalase dan berinteraksi dengan asam amino Asn147 (asparagine di posisi ke-147) dan His74 (histidine di posisi ke-74) menyebabkan pembentukan oksigen yang berikatan dengan besi (O=Fe(IV)). Sisa reaksi dilepaskan sebagai air.
• H2O2 kedua bereaksi dengan O=Fe(IV) untuk membentuk Fe(III)-E dan melepaskan air dan oksigen. Beberapa katalase memiliki fungsi ganda, sebagai katalase dan sebagai peroksidase. Pada katalase-peroksidase ini, berbagai bahan organik dapat digunakan sebagai donor hidrogen, seperti alkohol, yang bisa dioksidasi di liver (hati).

Di mana Ditemukan?

Hampir setiap makhluk hidup yang bersentuhan dengan oksigen, dari bakteri hingga hewan, menghasilkan beberapa versi enzim katalase.

Enzim katalase manusia diproduksi oleh sel-sel di setiap organ tubuh manusia.

Hati dan ginjal, yang membantu tubuh membuang racun, menghasilkan jumlah katalase yang sangat tinggi. Sel darah merah juga menghasilkan banyak enzim karena tugas mereka adalah mengangkut oksigen, suatu proses yang menghasilkan banyak hidrogen peroksida.

Dalam sel, enzim katalase dapat hadir dalam beberapa kompartemen seluler yang berbeda, seperti mitokondria (pembangkit tenaga sel) dan peroksisom (organel seluler yang memecah asam lemak dan hidrogen peroksida).

Sifat Enzim Katalase

• Titik isoelektrik : 5.4.
• Suhu optimal : 25° C dan beragam pada berbagai spesies.
• Berat molekul : 232-240 kDa.
• pH optimal : netral (7) pada manusia dan beragam (pH 4-11) pada berbagai spesies.
• Struktur katalase yang kaku dan stabil membuatnya resisten terhadap unfolding sehingga lebih tahan terhadap perubahan pH serta denaturasi dan proteolisis karena suhu tinggi, bila dibandingkan dengan kebanyakan enzim lainnya.
• Diproduksi selama fase stationer ketika jumlah protein tinggi dan ketika terjadi keseimbangan antara sintesis dan degradasi protein (protein turnover).
• Gen yang mengkode katalase adalah CAT, yang terletak di kromosom 15, misalnya pada Bos Taurus (sapi).
• Gen tersebut juga ditemukan antara lain pada manusia, simpanse, anjing, tikus, kucing, ikan, lalat buah, nyamuk, dan mikroorganisme seperti Saccromyces cerevisiae (khamir), dan Neurospora crassa (jamur).

Struktur

Enzim katalase, senyawa hemoprotein yang tersusun atas empat gugus heme. Heme ialah suatu kofaktor yang terdiri atas ion besi (Fe) pada pusat cincin heterosiklik yang disebut porphyrin.

Heme inilah yang memungkinkan katalase untuk bereaksi dengan senyawa peroksida. Aktifitas heme diketahui terdapat di mitokonria, peroksosom dan sitoplasma. Enzim katalase memiliki empat rantai polipeptida.

Polipeptida adalah protein yang dihasilkan oleh asam nukleat. Polipeptida penyusun enzim ini memiliki kira-kira 500 asam amino. Mayoritas organisme yang sudah dikenal menggunakan enzim katalase di setiap organnya. Jumlah enzim katalase paling besar terletak pada bagian hati (liver).

Enzim katalase pada tubuh manusia bekerja optimal pada suhu 45 derajat celcius dengan pH optimumnya yaitu 7. Suhu dan pH optimum enzim katalase pada setiap spesies berbeda-beda.

Peran Enzim Katalase dalam Kesehatan dan Penyakit

Harap dicatat: peran menguntungkan katalase sebagai enzim yang terjadi secara alami tidak dapat diterjemahkan menjadi manfaat dari suplementasi katalase.

1) Panjang Umur

Tikus yang direkayasa untuk menghasilkan lebih banyak katalase hidup sekitar 20% lebih lama dari tikus normal. Sebaliknya, tikus yang kekurangan katalase memiliki rentang hidup yang lebih pendek dari biasanya.

Khususnya, efek ini tergantung pada lokasi katalase dalam sel: katalase dalam mitokondria memiliki efek perlindungan ini, tetapi katalase dalam peroksisom tidak.

Di sisi lain, lebih banyak katalase tidak meningkatkan umur lalat buah, meskipun itu dapat membuat lalat sedikit lebih tahan terhadap tekanan seperti suhu tinggi.

Katalase dapat mencegah beberapa kerusakan sel yang disebabkan penuaan pada tikus. Ini termasuk melindungi sel-sel jantung, timus, dan organ reproduksi. Namun, katalase yang terlalu aktif mungkin memiliki efek penuaan yang paradoks pada tikus muda, meskipun itu melindungi pada tikus yang lebih tua.
Katalase dapat membantu mencegah kerusakan terkait penuaan pada hewan, yang pada gilirannya dapat meningkatkan umur. Tautan ini belum diselidiki pada manusia.

2) Rambut Beruban

Penelitian secara konsisten menunjukkan bahwa folikel yang tumbuh uban memiliki kadar katalase yang lebih rendah dan oksidan yang lebih tinggi seperti hidrogen peroksida.

Data ini mendukung gagasan bahwa tingkat katalase yang lebih rendah dalam folikel rambut bertanggung jawab, setidaknya sebagian, untuk rambut yang beruban.

Namun, tidak ada bukti bahwa mengonsumsi suplemen katalase sebenarnya mengubah kadar katalase dalam folikel rambut dengan cara yang bermakna. Perusahaan yang membuat klaim seperti itu telah menemukan diri mereka dalam masalah hukum.

3) Perlindungan Terhadap Lemak Makanan Berlebihan

Tikus yang direkayasa untuk memiliki tingkat katalase yang lebih tinggi memiliki lebih sedikit kerusakan jantung, otot, dan hati setelah diberi makanan tinggi lemak. Aspek-aspek lain, seperti perkembangan obesitas, tidak berubah.

Tikus normal yang diberi diet tinggi lemak cenderung menghasilkan lebih banyak katalase, menunjukkan bahwa enzim ini mungkin menjadi bagian dari respons alami terhadap lemak makanan berlebih [26].

4) Kanker

Secara luas, katalase dapat melindungi sel dari kerusakan potensial. Ini membuat peran katalase pada kanker sedikit paradoks karena dapat melindungi sel-sel sehat dari mutasi yang menyebabkan kanker, tetapi juga dapat melindungi sel-sel kanker dari obat-obatan yang digunakan untuk perawatan [27, 28, 29, 30].

Sebuah penelitian terhadap 246 orang dengan kanker prostat, paru-paru, dan usus besar menemukan bahwa tumor stadium awal dan metastasis memiliki tingkat katalase yang rendah. Namun, tumor yang lebih lanjut memiliki kadar katalase yang tinggi, menggambarkan paradoks ini [28].

Aktivitas Enzim Katalase Dalam Sel

• Aktivitas Peroksidase – Yaitu sebuah kegiatan enzim katalase dalam mengubah senyawa peroksida menjadi oksigen dan air. Enzim katalase adalah ezim peroksidadsi yang secara khusus digunakan dalam mendekomposisi hidrogen peroksida. Enzim katalase memiliki kemampuan konversi peroksida yang luar biasa. Satu molekul katalase dapat mengubah kira-kira lima juta molekul peroksida menjadi air dan oksigen.
• Aktifitas Katalase – Yakni suatu kemampuan enzim untuk menggunakan satu molekul peroksida sebagai donor elektron dan menjadikan satu molekul peroksida lainnya sebagai penerima atau akseptor elektron.

Gangguan Enzim Katalase

• Akatalasia. Kekurangan enzim katalase dalam sel darah merah dapat menyebabkan terjadinya variasi genetik pada darah yang disebut dengan akatalasia. Penyakit ini tidak ditentukan oleh gen resesif dan tidak bergantung pada jenis kelamin tertentu (otosom) dan merupakan jenis kelainan metabolik. Mereka yang menderita penyakit ini, ketika terpapar oleh hidrogen peroksida akan mengalami hemolisis. Hemolisis ialah kerusakan sel darah merah akibat pecahnya membran sel darah merah eritrosit yang melepaskan hemoglobin.
• Vitiligo. Jumlah peroksida berlebih yang tidak berimbang dengan jumlah enzim katalase dalam sel yang dapat menetralkannya dapat menyebabkan penyakit vitiligo. Vitiligo ialah penyakit pada kulit yang ditandai dengan munculnya makula (semacam bercak) putih. Makula putih ini kemudian bisa meluas di berbagai bagian tubuh. Makula putih pada vitiligo muncul karena kulit penderitanya secara perlahan-lahan kehilangan pigmen atau melanin. Melanin yakni suatu senyawa yang memberikan warna pada kulit dan melindungi kulit dari sinar UV dari matahari yang dikenal dapat merusak kulit. Vitiligo tidaklah menular, hanya saja kelainan ini dapat sangat mempengaruhi penampilan fisik seseorang dan menyebabkan penderitanya tidak percaya diri.
• Fibrosis Ginjal. Fibrosis ginjal yaitu salah satu penyebab utama dari terjadinya penyakit ginjal kronik. Jika kerusakan ginjal kronik suda terjadi, maka fungsi ginjal secara progresigaan terus menurun dan kemungkinan penyembuhan lewat terapi sangatlah kecil karena penyakit ini bersifat irreversible. Fibrosis ginjal ditandai dengan kemunculan glomerulosklersis (pengerasan glomerulus) dan jaringan fibrosa (jaringan parut) pada ginjal penderita. Fibrosis ginjal bisa terjadi karena berbagai faktor dan salah satunya adalah akibat aktifitas oksidasi yang dilakukan oleh senyawa peroksida.
• Arterosklerosis. Arteroskelrosis merupakan gangguan pada arteri berupa peradangan yang menyebabkan pembuluh darah menyempit karena dinding-dindingnya mengalami penebalan sehingga dapat kehilangan kelenturannya. Penyempitan ini kemudian menyebabkan jaringan jantung, bagian bagian otak, ginjal atau organ vital lainnya mengalami kekurangan suplai darah. Gejalanya dapat berupa nyeri atau keram pada bagian tubuh yang kekurangan suplai darah. Penyakit ini bisa timbul karena adanya kerusakan pada sel arteri.