Enzim adalah katalis biologis (biokatalis) yang berfungsi mempercepat reaksi biokimia dalam organisme hidup. Enzim yang dapat diekstraksi dari sel kemudian digunakan untuk mengkatalisis berbagai proses penting secara komersial. Aktivitas katalitik enzim yang sangat besar mungkin paling baik diekspresikan dengan konstanta, kcat, yang secara beragam disebut sebagai tingkat pergantian, frekuensi pergantian atau jumlah pergantian. Konstanta ini menyatakan jumlah molekul substrat yang dapat diubah menjadi produk oleh satu molekul enzim per satuan waktu (biasanya per menit atau per detik). 

Selain sebagai katalis yang sangat kuat, enzim juga memiliki spesifisitas yang tinggi dengan mengkatalisis satu jenis (atau beberapa isotop) dari molekul substrat menjadi molekul produk. Beberapa enzim menunjukkan spesifisitas terhadap gugus senyawa, misalnya alkaline phosphatase dapat menghilangkan gugus fosfat dari berbagai substrat. Enzim lain menunjukkan spesifisitas yang jauh lebih tinggi yang dikenal sebagai spesifisitas absolut. Misalnya, glukosa oksidase menunjukkan spesifisitas hampir total untuk substratnya yaitu β-D-glukosa, dan hampir tidak ada aktivitas dengan monosakarida lainnya.

Metode untuk pengukuran kualitatif dan kuantitatif aktivitas enzim ex vivo dan in vivo terbagi dalam dua kategori besar. Pertama, pengukuran enzim tersebut dapat bertujuan untuk mengukur biokimia atau neurokimia, seperti memahami perbedaan jalur metabolisme di dua bagian organ tertentu. Kedua, pengukuran dimaksudkan untuk mengamati perbedaan kualitatif yang ada karena tingkat aktivitas enzim tertentu dikaitkan dengan patologi tertentu.

Pengukuran enzim menggunakan probe merupakan teknik yang banyak digunakan saat ini. Probe yang digunakan berupa substrat yang akan mengalami perubahan terukur setelah diubah oleh reaksi katalisis enzim. Teknik fluoresensi dan resonansi magnetik adalah alat utama untuk pencitraan probe kimia tersebut. 

Assay (pengukuran) aktivitas enzim dapat dilakukan baik secara diskontinu atau kontinu. Metode diskontinu melibatkan pencampuran substrat dan enzim bersama-sama dan mengukur produk yang terbentuk setelah jangka waktu tertentu, sehingga metode ini umumnya mudah dan cepat untuk dilakukan. Dalam pengujian enzim kontinu umumnya bertujuan mempelajari laju reaksi yang dikatalisis enzim dengan mencampur enzim dengan substrat dan secara terus menerus mengukur hasil penampilan produk dari waktu ke waktu. Selain itu, laju reaksi juga bisa diukur dengan mengukur hilangnya substrat dari waktu ke waktu. 

Dalam percobaan kinetika enzim, untuk memudahkan pengamatan hasil sering digunakan substrat buatan yang disebut kromogen. Kromogen menghasilkan produk berwarna cerah, sehingga membuat reaksi mudah dianalisa dengan menggunakan alat kolorimetri atau spektrofotometri. 

Berikut beberapa jenis enzim yang umumnya diuji dalam pengukuran biokimia:

Katalase 

Katalase (CAT) adalah enzim antioksidan yang paling penting bagi tubuh. Enzim ini dapat ditemukan hampir pada semua organisme aerobik. Katalase bertugas memecah dua molekul hidrogen peroksida menjadi satu molekul oksigen dan dua molekul air dalam dua tahap reaksi. Gen yang mengkode katalase adalah gen CAT yang terletak pada kromosom 11 pada manusia. Penelitian tentang katalase dari Saccharomyces cerevisiae telah menghasilkan data dan informasi tentang evolusi enzim pada tingkat molekuler. Telah dilaporkan juga bahwa katalase mempunyai peran signifikan dalam mutagenesis dan kondisi inflamasi serta supresi apoptosis selama stres oksidatif. Berdasarkan perbedaan urutan dan strukturnya, katalase dibagi menjadi tiga kelas, yaitu katalase dengan heme monofungsional (paling banyak), katalase-peroksidase bifungsional dengan heme, serta katalase yang mengandung Mn dan tidak memiliki gugus heme.

β-Amilase

β-Amilase adalah eksoamilase yang menghidrolisis ikatan α-1,4 glikosidik rantai poliglukan pada ujung non-reduksi untuk menghasilkan maltosa. Enzim ini berlokasi di stroma kloroplas sel mesofil, vakuola, dan sitoplasma. Fungsi utama β-amilase adalah pemecahan pati pada tumbuhan transisi. Tanaman yang kekurangan β-amilase kloroplas mengalami penurunan kemampuan untuk mendegradasi pati. Produk β-amilase yang dihasilkan kemudian ditranslokasikan ke sitosol oleh translocator maltosa untuk dimetabolisme menjadi unit glukosa oleh glukosiltransferase.

β-Amilase diregulasi oleh sistem kompleks bergantung cahaya, gula, fitohormon, pembelahan proteolitik, dan stres abiotik. Regulasi ekspresi dan aktivitas β-amilase oleh stres abiotik meliputi osmotik, garam, dingin, dan stres panas. Ekspresi dan/atau aktivitas β-amilase diinduksi oleh stres dingin dan panas. 

Mieloperoksidase

Mieloperoksidase (MPO) adalah enzim yang berasal dari subfamili peroksidase. MPO sempurna terdiri dari protomer rantai berat-ringan homodimer kationik dan beratnya sekitar 150 kDa. Setiap subunit berat MPO sempurna secara kovalen berikatan dengan gugus heme dan bagian yang kaya mannose. Terdapat tiga isoform MPO telah diamati: MPO I, MPO II, dan MPO III. 

Enzim ini paling banyak diekspresikan dalam sel imun, seperti leukosit polimorfonuklear (neutrofil dan limfosit), monosit, makrofag, serta juga diproduksi di sel tubuh lainnya. Myeloperoxidase disimpan dalam granula azurofilik yang terikat membran sitoplasma. Selama stimulasi granula tersebut disekresikan ke ruang ekstraseluler melalui proses degranulasi atau eksositosis. Meskipun mekanisme biokimia lengkap degranulasi neutrofil belum diketahui dengan jelas, tetapi stres oksidatif merupakan kunci dalam pelepasan MPO dari sel-sel tersebut.

Neutrofil dikenal sebagai leukosit mempunyai fungsi imunitas bawaan dan pertahanan garis depan melawan serangan mikroba. Selain MPO, beberapa protein atau enzim antimikroba lain juga hadir dalam neutrofil, antara lain defensin, protease serin, cathepsin G, alkaline phosphatase, lisozim, NADPH oksidase, kolagenase, laktoferin, cathepsin, dan gelatinase, dan sebagainya. Ekspresi abnormal dan pelepasan MPO dari neutrofil mampu meningkatkan inflamasi dan kerusakan jaringan sehingga menyebabkan munculnya penyakit lain meskipun tanpa adanya infeksi.

Neutrofil, monosit dan makrofag yang teraktivasi melepaskan MPO di lokasi inflamasi, menggunakan H2O2 untuk mengoksidasi beberapa substrat, seperti halida dan pseudohalida. Dalam assay MPO,  berbagai substrat digunakan untuk mengukur aktivitas enzim ini, seperti tetramethylbenzidine (TMB), 10-acetyl-3,7-dihydroxy phenoxazine (ADHP), dan o-dianisidine dihydrochloride. Substrat yang beraneka ragam menyebabkan MPO tidak memiliki nilai normal yang pasti. Metode yang banyak digunakan untuk deteksi MPO yaitu menggunakan metode enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), khususnya metode sandwich-ELISA dengan antibodi monoklonal.

Xantin Oksidase

Xantin oksidase (XO) adalah enzim yang diperlukan untuk menghasilkan asam urat dengan memecah nukleotida purin. Xantin oksidase berasal dari famili molibdenum yang mengandung flavin adenin dinukleotida, satu molibdenum, dan empat ikatan besi-sulfur dengan massa molekul sekitar 290 kD. Xantin oksidase bersama dengan xantin dehidrogenase adalah zimogen (bentuk lain) yang dipecah oleh enzim tripsin untuk kemudian diaktifkan. Kedua bentuk tersebut saling dapat dikonversi dan mengkatalisis reaksi yang sama. Perbedaan kedua bentuk yakni terdapat pada kofaktor yang digunakan, dimana XO menggunakan oksigen sebagai substrat, sedangkan XD membutuhkan NADH untuk melakukan reaksi yang sama.

Asam urat yang dihasilkan selanjutnya diubah oleh enzim uricase menjadi allantoin, yaitu molekul larut air yang diekskresikan dalam urin. Enzim ini sangat penting untuk sel mamalia karena turnover sel adalah proses konstan serta purin endogen/eksogen secara terus-menerus didegradasi dan diperbarui. Asam urat dan ROS yang dilepaskan selama reaksi enzimatik dapat memiliki efek merugikan pada tubuh. Penyakit asam urat adalah kondisi umum yang terjadi karena peningkatan produksi asam urat melalui mekanisme ini. Molekul ROS bersifat destruktif pada struktur sel, DNA dan protein, sehingga stres oksidatif yang disebabkan oleh asam urat juga memiliki implikasi dengan hipertensi, diabetes, penyakit ginjal, dan penyakit kardiovaskular. Salah satu cara menangani gangguan asam urat ini yaitu salah satunya dengan menghambat aktivitas enzim xantin oxidase. 

Alanin Aminotransferase

Pengukuran serum alanin aminotransferase (ALT) adalah uji biokimia yang tersedia, cukup terjangkau, dan rutin digunakan dalam praktik klinis. ALT adalah enzim utama yang beragregasi di sitosol hepatosit. Secara fisik, enzim ALT mengkatalisis transfer gugus amino dari L-alanin ke α-ketoglutarat, dan produk yang dihasilkan berupa L-glutamat dan piruvat di hati. Proses tersebut merupakan proses kritis dari siklus asam trikarboksilat (TCA) yang membutuhkan koenzim piridoksal fosfat.

Beberapa kovariat demografis dapat berkontribusi pada perbedaan di tingkat ALT. Faktor inkonsistensi nilai normal, serta demografi seperti jenis kelamin, usia dan etnisitas menyebabkan, menyebabkan kadar ALT harus hati-hati dievaluasi untuk membantu menjelaskan implikasi klinis. Selain itu, alkohol yang berlebihan dan riwayat kesehatan adalah juga penyebab lain dari peningkatan ALT pada populasi umum. 

Berikut beberapa produk kit ELISA dalam pengujian konsentrasi/aktivitas enzim yang berasal Elabscience:

DAFTAR PUSTAKA:

1. Ou Y, Wilson RE, Weber SG. 2018. Methods of Measuring Enzyme Activity Ex Vivo and In Vivo. Annual review of analytical chemistry (Palo Alto Calif). 11(1):509-533. [link]
2. Robinson PK. 2015. Enzymes: principles and biotechnological applications. Essays in biochemistry. 59:1-41. [link]
3. Strelow J, Dewe W, Iversen PW, et al. 2012. Mechanism of Action Assays for Enzymes. 2012 May 1 [Updated 2012 Oct 1]. In: Markossian S, Sittampalam GS, Grossman A, et al., editors. Assay Guidance Manual [Internet]. Bethesda (MD): Eli Lilly & Company and the National Center for Advancing Translational Sciences. [link]
4. Nandi A, Yan LJ, Jana CK, Das N. 2019. Role of Catalase in Oxidative Stress- and Age-Associated Degenerative Diseases. Oxidative medicine and cellular longevity. 11(2019): 9613090.  [link]
5. NLM Kaplan F, Guy CL. 2004 beta-Amylase induction and the protective role of maltose during temperature shock. Plant Physiology. 135(3):1674-84. [link]
6. Pahwa R, Modi P, Jialal I. 2020. Myeloperoxidase Deficiency. .In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing. [link]
7. Khan AA, Alsahli MA, Rahmani AH. 2018. Myeloperoxidase as an Active Disease Biomarker: Recent Biochemical and Pathological Perspectives. Medical sciences (Basel, Switzerland). 6(2):33. [link]
8. Aziz N, Jamil RT. 2020. Biochemistry, Xanthine Oxidase. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing. [link]

Liu Z, Que S, Xu J, Peng T. 2014. Alanine aminotransferase-old biomarker and new concept: a review. International Journal of Medical Sciences.. 11(9):925-35. [link]