Biologi notesnota, bab 5
Metabolisme dan Enzim
Notes made with reference toNota dibuat dengan rujukan kepada TextbookBuku teks Biologi Tingkatan 4 (KSSM), pageshalaman 84–97
What this chapter coversMatlamat bab ini
- Saya boleh mendefinisikan metabolisme dan menyatakan jenisnya dalam sel, iaitu anabolisme dan katabolisme (5.1.1, 5.1.2)
- Saya boleh mendefinisikan enzim dan menaakul keperluan enzim dalam metabolisme (5.2.1, 5.2.2)
- Saya boleh memerihalkan penamaan enzim dengan penambahan –ase pada substrat (5.2.3)
- Saya boleh mencirikan sifat umum enzim (5.2.4)
- Saya boleh berkomunikasi tentang penglibatan komponen sel dalam penghasilan enzim intrasel dan enzim ekstrasel (5.2.5)
- Saya boleh menerangkan mekanisme tindakan enzim dengan hipotesis 'mangga dan kunci' (5.2.6)
- Saya boleh mentafsir rajah tenaga untuk menerangkan mekanisme tindakan enzim (5.2.7)
- Saya boleh menghubung kait mekanisme tindakan enzim dengan suhu, pH, kepekatan substrat dan kepekatan enzim (5.2.8)
- Saya boleh mengeksperimen untuk mengkaji kesan suhu dan pH terhadap aktiviti enzim amilase dan pepsin (5.2.9)
- Saya boleh menjelaskan dengan contoh aplikasi enzim dalam kehidupan harian (5.3.1)
5.1Metabolisme
Metabolisme ialah kesemua tindak balas kimia yang berlaku dalam organisma hidup. Proses ini melibatkan penukaran makanan kepada tenaga dalam bentuk ATP dan pembentukan karbohidrat, protein, lipid dan asid nukleik. (5.1.1)
Metabolisme terbahagi kepada dua jenis (5.1.2).
| Jenis | Apa yang berlaku | Tenaga | Contoh | Tindak balas am |
|---|---|---|---|---|
| Katabolisme | Penguraian bahan daripada bentuk kompleks kepada bentuk ringkas | Dibebaskan | Penguraian glukosa semasa respirasi sel | A → B + C (substrat → produk) |
| Anabolisme | Sintesis molekul kompleks daripada molekul ringkas | Digunakan atau diserap | Penghasilan glukosa semasa fotosintesis | A + B → C (substrat → produk) |
Katabolisme = menguraikan dan membebaskan tenaga. Anabolisme = membina dan menggunakan tenaga.
Penguraian kanji kepada glukosa semasa pencernaan ialah anabolisme atau katabolisme? Beri sebab.
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
Katabolisme, kerana molekul kompleks diuraikan kepada molekul yang lebih ringkas.
5.2Enzim
Enzim ialah mangkin organik yang kebanyakannya dibina daripada protein dan dihasilkan oleh sel organisma hidup (tetapi bukan semua enzim disintesis daripada protein). Bahan tindak balas yang diperlukan untuk tindak balas enzim ialah substrat. Substrat bergabung dengan enzim pada tapak aktif dan membentuk kompleks enzim-substrat. (5.2.1)
Keperluan enzim (5.2.2): dalam sel, tindak balas biokimia mesti berlaku dengan kadar yang tinggi supaya proses hidup sentiasa terpelihara. Enzim mempercepatkan tindak balas itu, maka tindak balas dapat berlaku dengan lebih cepat dalam sel.
Penamaan enzim (5.2.3)
Pada tahun 1960an, IUBMB memperkenalkan sistem penamaan berdasarkan substrat atau tindak balas yang dimangkinkan. Nama enzim diperoleh dengan menambah -ase pada nama substrat. Contohnya, laktase memangkinkan hidrolisis laktosa:
laktosa + air → glukosa + galaktosa (dimangkinkan oleh laktase)
Beberapa enzim yang ditemui sebelum penamaan sistematik tidak menurut sistem ini, iaitu tripsin, pepsin dan renin.
Menganggap semua enzim berakhiran -ase. Pepsin, tripsin dan renin ialah enzim yang mengekalkan nama lama.
Sifat umum enzim (5.2.4)
- Enzim ialah mangkin biologi yang mempercepatkan tindak balas biokimia; enzim bertindak dengan pantas.
- Diperlukan dalam kuantiti yang kecil dan boleh digunakan semula.
- Struktur enzim kekal tidak berubah (tidak dimusnahkan) selepas tindak balas.
- Tindakan enzim adalah spesifik: hanya substrat yang mempunyai bentuk saling berpelengkap dengan tapak aktif boleh bergabung.
- Kebanyakan tindak balas yang dimangkinkan oleh enzim adalah tindak balas berbalik.
- Sesetengah enzim memerlukan kofaktor supaya berfungsi dengan lebih berkesan, contohnya vitamin B dan ion magnesium.
- Aktiviti enzim boleh diperlahankan atau dihentikan oleh perencat, contohnya logam berat seperti plumbum dan merkuri.
Enzim intrasel dan enzim ekstrasel (5.2.5)
| Jenis | Penerangan | Contoh |
|---|---|---|
| Enzim intrasel | Disintesis di dalam sel untuk kegunaan sel itu sendiri | Heksokinase dalam glikolisis semasa respirasi sel |
| Enzim ekstrasel | Dirembes keluar sel | Tripsin dari sel pankreas dirembes ke dalam duodenum untuk mencernakan polipeptida |
Penghasilan enzim ekstrasel (Rajah 5.2):
- Ribosom ialah tapak sintesis protein.
- Protein memasuki lumen jalinan endoplasma kasar dan diangkut menerusinya.
- Di hujung jalinan endoplasma kasar, membran membentuk tunas yang menggenting untuk menghasilkan vesikel angkutan.
- Vesikel angkutan bergerak menuju ke jasad Golgi dan bercantum dengannya.
- Di dalam jasad Golgi, protein diubah suai menjadi enzim dan dirembes dalam vesikel rembesan yang terbentuk daripada hujung jasad Golgi.
- Vesikel rembesan bergerak menuju ke membran plasma dan bercantum dengannya, lalu merembeskan enzim ke luar sel.
Menulis bahawa enzim dihasilkan di jasad Golgi. Protein disintesis di ribosom; jasad Golgi hanya mengubah suai dan merembeskannya.
Apakah yang akan berlaku jika ribosom dalam sel pankreas tidak berfungsi?
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
Protein tidak dapat disintesis, maka enzim pencernaan seperti tripsin tidak dihasilkan dan tidak dirembes ke duodenum.
Mekanisme tindakan enzim: hipotesis 'mangga dan kunci' (5.2.6)
Kebanyakan enzim ialah protein kompleks daripada rantai polipeptida yang berlipat menjadi bentuk tiga dimensi. Bentuk ini mempunyai tapak aktif dengan konfigurasi spesifik yang saling berpelengkap dengan molekul substrat tertentu. Penggabungan itu seolah-olah satu gabungan 'mangga dan kunci': enzim ialah mangga dan substrat ialah kunci.
Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 4 KSSM, m.s. 89.
Rajah tenaga (5.2.7)
Tenaga pengaktifan ialah tenaga yang diperlukan untuk memecah ikatan dalam molekul substrat sebelum tindak balas boleh berlaku. Enzim mengurangkan tenaga pengaktifan, maka kadar tindak balas biokimia dipercepatkan dalam sel.
Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 4 KSSM, m.s. 89.
Pada rajah tenaga, apakah yang berubah apabila enzim hadir: tenaga hasil tindak balas atau tinggi puncak?
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
Tinggi puncak, iaitu tenaga pengaktifan, berkurang. Tenaga bahan tindak balas dan hasil tindak balas dalam rajah tidak berubah.
Faktor yang mempengaruhi tindakan enzim (5.2.8)
Ikatan kimia dalam enzim boleh diubah dengan mudah melalui perubahan kimia dan fizikal persekitaran.
| Faktor | Kesan |
|---|---|
| Suhu | Suhu rendah: kadar rendah. Apabila suhu meningkat, tenaga kinetik molekul substrat dan enzim meningkat, maka frekuensi perlanggaran berkesan meningkat; setiap kenaikan 10 °C menggandakan kadar sehingga suhu optimum. Pada suhu optimum (37 °C dalam badan manusia) kadar maksimum. Selepas itu aktiviti menurun dan berhenti pada 60 °C kerana enzim ternyahasli: ikatan kimia terputus, tapak aktif berubah dan substrat tidak lagi saling berpelengkap. |
| pH | Setiap enzim bertindak paling berkesan pada pH optimum. Pepsin: pH 1.5 hingga 2.5. Amilase air liur: pH 6.8 (kebanyakan enzim berfungsi pada pH 6 hingga 8). Tripsin: pH sekitar 8.5 (beralkali). Perubahan pH mengubah cas tapak aktif dan permukaan substrat, maka kompleks enzim-substrat tidak terbentuk; apabila pH kembali optimum, enzim berfungsi semula. pH yang ekstrem memutuskan ikatan kimia, mengubah tapak aktif dan enzim ternyahasli. |
| Kepekatan substrat | Dengan kepekatan enzim tetap, kadar meningkat kerana peluang perlanggaran berkesan bertambah, sehingga tahap maksimum. Pada tahap ini semua tapak aktif tepu dengan substrat; kepekatan enzim ialah faktor pengehad dan kadar hanya meningkat jika enzim ditambah. |
| Kepekatan enzim | Kadar meningkat kerana lebih banyak tapak aktif tersedia; jika kepekatan enzim digandakan, jumlah substrat yang ditukar kepada produk per unit masa turut digandakan (dengan syarat substrat berlebihan). Pada tahap maksimum, kepekatan substrat ialah faktor pengehad. |
Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 4 KSSM, m.s. 90.
Menulis bahawa suhu tinggi 'membunuh' enzim. Enzim bukan benda hidup; ia ternyahasli. Pada suhu rendah enzim hanya menjadi perlahan, bukan musnah.
Menghuraikan graf: sebut apa yang berlaku pada permulaan, pada puncak atau tahap mendatar, dan selepasnya, serta beri sebab bagi setiap bahagian (frekuensi perlanggaran, tapak aktif tepu, ternyahasli).
Eksperimen: suhu dan amilase, pH dan pepsin (5.2.9)
| Aktiviti 5.1: suhu dan amilase | Aktiviti 5.2: pH dan pepsin | |
|---|---|---|
| Dimanipulasikan | Suhu (20, 30, 40, 50, 60 °C) | pH medium (tabung P berasid, Q air suling, R beralkali) |
| Bergerak balas | Kadar tindak balas amilase (daripada masa hidrolisis kanji lengkap) | Kejernihan atau kekeruhan campuran |
| Dimalarkan | Kepekatan amilase, kepekatan ampaian kanji, pH | Kepekatan albumen, kepekatan pepsin, suhu (37 °C) |
| Bahan utama | Ampaian kanji 1%, amilase 0.5%, larutan iodin | Ampaian albumen, pepsin 1%, HCl 0.1 M, NaOH 0.1 M |
| Cara memerhati | Ujian iodin setiap 30 saat; hidrolisis lengkap apabila campuran kekal kuning keperangan | Perhatikan pada 0 minit dan selepas 20 minit dalam kukus air 37 °C |
Setiap pasangan tabung uji direndam dalam kukus air selama 5 minit dahulu supaya enzim dan kanji mencapai suhu yang ditetapkan sebelum dicampur. Kadar tindak balas dikira sebagai 1 ÷ masa (unit minit-1).
Contoh pengiraanHidrolisis kanji lengkap dalam 4 minit pada 40 °C. Kadar = 1 ÷ 4 = 0.25 minit-1. Jika masa 2 minit, kadar = 1 ÷ 2 = 0.5 minit-1: masa lebih pendek bermakna kadar lebih tinggi.
Mengapakah suhu badan mesti dikekalkan pada 37 °C?
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
37 °C ialah suhu optimum enzim dalam badan manusia. Pada suhu lebih tinggi enzim ternyahasli dan pada suhu rendah tindak balas menjadi perlahan.
5.3Aplikasi enzim dalam kehidupan harian
Enzim digunakan secara meluas dalam bidang komersial dan keperluan harian. Enzim diekstrak daripada sumber semula jadi seperti bakteria ataupun dihasilkan secara sintetik (5.3.1).
| Enzim | Kegunaan |
|---|---|
| Amilase, lipase, protease dan selulase | Bio detergen |
| Pektinase dan selulase | Penghasilan jus buah |
| Laktase | Susu bebas laktosa |
| Tripsin | Mengeluarkan bulu daripada kulit haiwan untuk produk kulit |
| Protease | Mengasingkan kulit ikan |
| Enzim pencernaan | Bidang perubatan |
Enzim tersekat gerak ialah enzim yang bergabung dengan bahan lengai dan tak larut untuk meningkatkan rintangan enzim terhadap perubahan pH dan suhu. Molekul enzim kekal di kedudukan yang sama sepanjang tindak balas dan mudah diasingkan daripada hasil. Teknologi ini dikenali sebagai teknologi imobilisasi enzim.
Rumusan
| Ingat | Fakta penting |
|---|---|
| Metabolisme | Katabolisme menguraikan dan membebaskan tenaga; anabolisme membina dan menggunakan tenaga |
| Enzim | Mangkin biologi (kebanyakannya protein), spesifik, digunakan semula, mengurangkan tenaga pengaktifan |
| Enzim ekstrasel | Ribosom, jalinan endoplasma kasar, vesikel angkutan, jasad Golgi, vesikel rembesan, membran plasma |
| Suhu | Kadar meningkat hingga 37 °C, kemudian ternyahasli; berhenti pada 60 °C |
| pH | Pepsin 1.5 hingga 2.5; amilase air liur 6.8; tripsin sekitar 8.5 |
| Kepekatan | Kadar meningkat kemudian mendatar pada tahap maksimum (faktor pengehad) |