Nota Biologi Tingkatan 4 Bab 5: Metabolisme Dan Enzim
RINGKASAN
Ringkasan (Nota Biologi Tingkatan 4 Bab 5: Metabolisme Dan Enzim)
Bab ini meneroka konsep metabolisme dan peranan penting enzim dalam organisma hidup. Metabolisme merujuk kepada kesemua tindak balas kimia yang berlaku dalam sel, yang terbahagi kepada dua jenis utama: anabolisme dan katabolisme. Anabolisme adalah proses sintesis molekul kompleks daripada molekul ringkas yang menggunakan tenaga (contohnya, fotosintesis). Sebaliknya, katabolisme adalah proses penguraian bahan kompleks kepada bentuk ringkas yang membebaskan tenaga (contohnya, respirasi sel).
Tindak balas biokimia ini dipercepatkan oleh enzim, iaitu mangkin organik yang kebanyakannya terbina daripada protein. Enzim berfungsi dengan mengurangkan tenaga pengaktifan yang diperlukan untuk tindak balas berlaku. Mekanisme tindakan enzim dijelaskan melalui hipotesis ‘mangga dan kunci’, di mana substrat (kunci) yang spesifik akan bergabung dengan tapak aktif enzim (mangga) yang mempunyai bentuk saling berpelengkap untuk membentuk kompleks enzim-substrat.
Enzim mempunyai beberapa sifat umum: ia bertindak dengan pantas, spesifik, diperlukan dalam kuantiti yang kecil, boleh digunakan semula, dan strukturnya tidak berubah selepas tindak balas. Aktiviti enzim dipengaruhi oleh beberapa faktor persekitaran, termasuk suhu, pH, kepekatan enzim, dan kepekatan substrat. Setiap enzim mempunyai suhu dan pH optimum untuk berfungsi pada kadar maksimum. Suhu atau pH yang melampau boleh menyebabkan enzim ternyahasli, iaitu kehilangan bentuk tiga dimensinya dan tapak aktifnya berubah.
Enzim boleh dikelaskan sebagai enzim intrasel (digunakan di dalam sel yang menghasilkannya) atau enzim ekstrasel (dirembes keluar dari sel). Penghasilan enzim ekstrasel melibatkan satu siri organel: protein disintesis di ribosom, diangkut melalui jalinan endoplasma kasar, diubah suai dalam jasad Golgi, dan akhirnya dirembes keluar dari sel melalui vesikel rembesan.
Aplikasi enzim sangat meluas dalam kehidupan harian dan industri. Contohnya termasuk penggunaan protease dan lipase dalam bio detergen, pektinase dan selulase dalam penghasilan jus buah-buahan, laktase dalam susu bebas laktosa, dan tripsin dalam industri produk kulit. Teknologi imobilisasi enzim digunakan untuk meningkatkan kestabilan enzim dan memudahkan pengasingannya daripada produk, menjadikan proses industri lebih efisien.
GLOSARI
| Istilah | Definisi |
| Metabolisme | Kesemua tindak balas kimia yang berlaku dalam organisma hidup, melibatkan penukaran makanan kepada tenaga dan pembentukan molekul biologi. |
| Anabolisme | Proses sintesis molekul kompleks daripada molekul ringkas yang menggunakan atau menyerap tenaga. Contoh: fotosintesis. |
| Katabolisme | Proses penguraian bahan daripada bentuk yang kompleks kepada bentuk yang ringkas yang membebaskan tenaga. Contoh: respirasi sel. |
| Enzim | Mangkin organik, kebanyakannya dibina daripada protein, yang dihasilkan oleh sel organisma hidup untuk mempercepatkan kadar tindak balas biokimia. |
| Substrat | Bahan tindak balas yang diperlukan untuk tindak balas enzim. Ia akan bergabung dengan tapak aktif enzim. |
| Tapak Aktif | Kawasan spesifik pada molekul enzim di mana substrat yang saling berpelengkap akan bergabung. |
| Kompleks Enzim-Substrat | Struktur sementara yang terbentuk apabila substrat bergabung dengan tapak aktif enzim. |
| Enzim Intrasel | Enzim yang disintesis di dalam sel untuk kegunaan sel itu sendiri. Contoh: enzim heksokinase dalam glikolisis. |
| Enzim Ekstrasel | Enzim yang dirembes keluar sel untuk berfungsi di luar sel tersebut. Contoh: enzim tripsin yang dirembeskan ke duodenum. |
| Hipotesis ‘Mangga dan Kunci’ | Model yang menerangkan kespesifikan tindakan enzim, di mana enzim diwakili oleh ‘mangga’ dan substrat spesifik diwakili oleh ‘kunci’ yang sepadan. |
| Tenaga Pengaktifan | Tenaga yang diperlukan untuk memecah ikatan dalam molekul substrat sebelum sesuatu tindak balas boleh berlaku. Enzim berfungsi dengan merendahkan tenaga ini. |
| Suhu Optimum | Suhu di mana aktiviti enzim berada pada tahap maksimum. Bagi enzim manusia, ia adalah sekitar 37 °C. |
| Ternyahasli | Proses di mana enzim kehilangan bentuk tiga dimensi asalnya disebabkan oleh faktor seperti suhu yang terlalu tinggi atau pH yang ekstrem, menyebabkan tapak aktifnya berubah dan tidak lagi berfungsi. |
| Perencat | Bahan yang boleh memperlahankan atau menghentikan aktiviti enzim. Contoh: logam berat seperti plumbum dan merkuri. |
| Kofaktor | Komponen bukan protein yang diperlukan oleh sesetengah enzim untuk berfungsi dengan lebih berkesan. Contoh: vitamin B, ion magnesium. |
| Teknologi Imobilisasi Enzim | Teknologi di mana enzim digabungkan dengan bahan lengai dan tak larut untuk meningkatkan rintangannya terhadap perubahan persekitaran dan memudahkan ia diasingkan daripada produk. |
CONTOH SOALAN KBAT
Soalan Kemahiran Berfikir Aras Tinggi (KBAT)
1. Soalan: Dalam industri pembuatan jus buah-buahan, enzim seperti pektinase dan selulase sering digunakan. Mengapakah penambahan enzim ini boleh meningkatkan kuantiti jus yang diekstrak berbanding kaedah perahan biasa?
Jawapan: Sel tumbuhan mempunyai dinding sel yang kuat. Enzim pektinase dan selulase berfungsi untuk menguraikan pektin dan selulosa yang terdapat dalam dinding sel buah-buahan. Dengan menguraikan komponen dinding sel ini, struktur sel menjadi lebih mudah pecah, membolehkan lebih banyak kandungan cecair (jus) di dalamnya diekstrak keluar. Ini menghasilkan perolehan jus yang lebih tinggi berbanding kaedah perahan mekanikal semata-mata.
2. Soalan: Seorang tukang masak mendapati daging yang dimasaknya liat. Rakannya mencadangkan supaya daging itu diperap dengan jus nanas sebelum dimasak. Terangkan prinsip biologi di sebalik cadangan ini.
Jawapan: Nanas mengandungi enzim protease (seperti bromelain, walaupun nama spesifik tidak disebut, prinsipnya adalah sama dengan protease yang lain). Daging terdiri daripada gentian protein yang menjadikannya liat. Apabila daging diperap dengan jus nanas, enzim protease akan menghidrolisis atau menguraikan molekul protein yang kompleks di dalam daging kepada molekul yang lebih ringkas. Proses ini melembutkan gentian daging, menjadikannya kurang liat dan lebih empuk apabila dimasak.
3. Soalan: Enzim yang diekstrak daripada bakteria yang hidup di kawasan mata air panas didapati sangat berkesan apabila ditambah ke dalam serbuk pencuci. Jelaskan mengapa enzim daripada sumber ini lebih sesuai untuk digunakan dalam bio detergen berbanding enzim daripada badan manusia.
Jawapan: Bakteria yang hidup di mata air panas telah beradaptasi untuk hidup pada suhu yang sangat tinggi. Oleh itu, enzim yang dihasilkannya adalah stabil dan boleh berfungsi secara optimum pada suhu tinggi. Ini amat sesuai untuk serbuk pencuci kerana air panas sering digunakan untuk mencuci pakaian bagi menanggalkan kotoran degil. Enzim daripada badan manusia mempunyai suhu optimum sekitar 37 °C dan akan ternyahasli serta hilang fungsinya pada suhu air panas yang biasa digunakan untuk mencuci.
4. Soalan: Jika seseorang mengalami keracunan plumbum, aktiviti metabolik dalam badannya mungkin terjejas teruk. Hubung kaitkan fakta ini dengan pengetahuan anda tentang sifat enzim.
Jawapan: Plumbum adalah contoh logam berat yang bertindak sebagai perencat enzim. Perencat akan bergabung dengan enzim dan melambatkan atau menghentikan aktivitinya. Plumbum boleh mengubah struktur tiga dimensi enzim, terutamanya pada tapak aktif. Ini menghalang substrat daripada bergabung dengan enzim, menyebabkan tindak balas biokimia yang penting dalam metabolisme sel tidak dapat berlaku atau berlaku pada kadar yang sangat perlahan. Gangguan meluas pada pelbagai tindak balas enzim ini boleh menjejaskan proses metabolik kritikal seperti respirasi sel dan membawa maut.
5. Soalan: Dalam satu eksperimen untuk mengkaji kesan kepekatan substrat, seorang pelajar mendapati kadar tindak balas berhenti meningkat walaupun dia terus menambah substrat. Apakah faktor yang telah menjadi pengehad dalam eksperimen ini dan mengapa?
Jawapan: Faktor yang telah menjadi pengehad ialah kepekatan enzim. Pada mulanya, penambahan substrat meningkatkan kadar tindak balas kerana lebih banyak molekul substrat dapat berlanggar dengan tapak aktif enzim yang kosong. Walau bagaimanapun, apabila semua tapak aktif enzim telah tepu dengan molekul substrat dan sedang memangkinkan tindak balas, kadar tindak balas mencapai tahap maksimum. Pada ketika ini, walaupun lebih banyak substrat ditambah, tiada lagi tapak aktif yang tersedia. Oleh itu, kadar tindak balas menjadi malar dan hanya boleh ditingkatkan jika kepekatan enzim ditambah.