5.2 Enzim
Unit ini menerangkan enzim: definisi, keperluan, penamaan, sifat, penghasilan, mekanisme tindakan, faktor yang mempengaruhi dan eksperimen aktiviti enzim.
SP 5.2.1Mendefinisikan enzim.
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Mendefinisikan
Murid perlu memberi maksud enzim dengan tepat dan memahami bahawa kebanyakan enzim ialah protein, tetapi bukan semua.
- IsiMaksud enzimHuraian
Enzim ialah mangkin biologi yang mempercepatkan tindak balas biokimia dalam sel dan tidak berubah pada akhir tindak balas.
ContohAmilase air liur mempercepatkan hidrolisis kanji kepada maltosa dan boleh digunakan berulang kali.
- IsiBukan semua enzim ialah proteinHuraian
Kebanyakan enzim disintesis daripada protein, tetapi ada enzim yang bukan protein, contohnya ribozim yang terdiri daripada RNA.
ContohRibozim dalam ribosom membantu menyambungkan asid amino semasa sintesis protein.
NotaDefinisi dan keperluan enzim
Enzim ialah mangkin biologi yang kebanyakannya terdiri daripada protein (bukan semua enzim protein; contohnya ribozim terdiri daripada RNA). Enzim mempercepatkan tindak balas biokimia dalam sel tanpa berubah pada akhir tindak balas. Tanpa enzim, tindak balas metabolisme berlaku terlalu perlahan untuk menampung keperluan hidup kerana tenaga pengaktifan tinggi; enzim merendahkan tenaga pengaktifan supaya tindak balas berlaku pantas pada suhu badan.
SP 5.2.2Menaakul keperluan enzim dalam metabolisme.
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Menaakul
Murid perlu memberi alasan logik mengapa metabolisme memerlukan enzim.
- IsiMempercepatkan tindak balas pada suhu badanHuraian
Tanpa enzim, tindak balas metabolisme berlaku terlalu perlahan pada suhu badan 37 °C. Enzim merendahkan tenaga pengaktifan supaya tindak balas berlaku cukup pantas.
ContohKanji tidak terurai dengan nyata dalam air pada suhu bilik, tetapi terurai dalam beberapa minit dengan amilase.
- IsiMengawal tindak balas tertentuHuraian
Setiap enzim spesifik kepada substrat tertentu, maka sel dapat mengawal tindak balas mana yang berlaku dan bila.
ContohLaktase hanya menguraikan laktosa; individu yang kurang laktase sukar mencerna susu.
SP 5.2.3Memerihalkan penamaan enzim dengan penambahan –ase pada substrat.
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Memerihalkan
Murid perlu menerangkan cara enzim dinamakan dengan menambah akhiran "ase" pada nama substrat, dan mengenal nama konvensional serta sistem IUBMB.
- IsiSubstrat + aseHuraian
Kebanyakan enzim dinamakan dengan menambah "ase" pada nama substrat yang ditindaknya.
ContohSukrosa → sukrase; laktosa → laktase; lipid → lipase; amilum → amilase.
- IsiNama konvensional dan IUBMBHuraian
Sesetengah enzim mengekalkan nama konvensional (lama) yang tidak berakhir dengan "ase". Kesatuan Biokimia dan Biologi Molekul Antarabangsa (IUBMB) menetapkan sistem penamaan dan nombor kod berdasarkan jenis tindak balas yang dimangkinkan.
ContohPepsin, tripsin dan renin ialah nama konvensional; kesemuanya tetap mempunyai nama dan nombor EC dalam sistem IUBMB.
JadualPenamaan enzim: substrat + ase
| Substrat | Enzim |
|---|---|
| Sukrosa | Sukrase |
| Laktosa | Laktase |
| Maltosa | Maltase |
| Lipid | Lipase |
| Protein | Protease |
| Amilum (kanji) | Amilase |
SP 5.2.4Mencirikan sifat umum enzim.
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Mencirikan
Murid perlu menyenaraikan dan menjelaskan ciri-ciri umum enzim yang membezakannya daripada bahan lain.
- IsiCiri tindakanHuraian
Enzim mempercepatkan tindak balas, tidak berubah pada akhir tindak balas, diperlukan dalam kuantiti sedikit dan tindak balasnya boleh berbalik.
ContohSedikit katalase boleh menguraikan banyak hidrogen peroksida.
- IsiCiri spesifik dan kepekaanHuraian
Enzim spesifik terhadap substrat tertentu, kebanyakannya protein, dan aktivitinya dipengaruhi suhu dan pH; suhu tinggi menyahaslikan enzim.
ContohAmilase hanya bertindak ke atas kanji, tidak ke atas protein.
Peta buihSifat umum enzim
SP 5.2.5Berkomunikasi tentang penglibatan organel khusus dalam penghasilan:- (i) enzim intrasel.
- (ii) enzim ekstrasel.
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Berkomunikasi
Murid perlu menyampaikan (melalui lisan, carta atau multimedia) organel yang terlibat dalam penghasilan enzim intrasel dan enzim ekstrasel.
- IsiEnzim intraselHuraian
Enzim intrasel disintesis oleh ribosom bebas dalam sitoplasma dan bertindak di dalam sel itu sendiri.
ContohEnzim respirasi dalam mitokondrion dan enzim dalam sitoplasma untuk glikolisis.
- IsiEnzim ekstraselHuraian
Enzim ekstrasel disintesis oleh ribosom pada jalinan endoplasma kasar (JEK), diangkut dalam vesikel ke jasad Golgi untuk diubah suai, kemudian dibungkus dalam vesikel rembesan dan dirembes keluar sel secara eksositosis.
ContohAmilase dari kelenjar air liur dan pepsin dari kelenjar gaster dirembes keluar sel untuk bertindak dalam salur alimentari.
JadualPenghasilan enzim intrasel dan ekstrasel
| Jenis enzim | Organel yang terlibat | Contoh |
|---|---|---|
| (i) Enzim intrasel | Disintesis oleh ribosom bebas dalam sitoplasma dan bertindak di dalam sel itu sendiri. | Enzim respirasi dalam mitokondrion |
| (ii) Enzim ekstrasel | Disintesis oleh ribosom pada jalinan endoplasma kasar, diubah suai di jasad Golgi, dibungkus dalam vesikel rembesan dan dirembes keluar sel secara eksositosis. | Amilase air liur, pepsin dalam perut |
Peta alirPenghasilan enzim ekstrasel
- Gen dalam nukleus ditranskripsi kepada mRNA
- mRNA ke ribosom pada jalinan endoplasma kasar (JEK)
- Protein disintesis dan diangkut dalam JEK
- Vesikel angkutan membawa protein ke jasad Golgi
- Jasad Golgi mengubah suai dan membungkus enzim dalam vesikel rembesan
- Vesikel bergabung dengan membran plasma; enzim dirembes keluar secara eksositosis
Poin utamaEnzim intrasel dan ekstrasel
- Enzim intrasel disintesis oleh ribosom bebas dalam sitoplasma dan bertindak di dalam sel (contoh enzim respirasi dalam mitokondrion).
- Enzim ekstrasel disintesis oleh ribosom pada JEK, diubah suai di jasad Golgi dan dirembes keluar sel (contoh amilase dan pepsin pencernaan).
SP 5.2.6Menerangkan mekanisme tindakan enzim dengan menggunakan hipotesis ‘mangga dan kunci’.
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Menerangkan
Murid perlu menjelaskan bagaimana enzim bertindak menggunakan hipotesis mangga dan kunci.
- IsiBentuk pelengkapHuraian
Tapak aktif enzim (mangga) mempunyai bentuk yang sepadan dengan substrat (kunci). Hanya substrat yang sepadan boleh terikat; inilah sebab enzim spesifik.
ContohKunci rumah hanya boleh membuka mangga rumah itu, bukan mangga kereta.
- IsiKompleks enzim-substratHuraian
Substrat terikat pada tapak aktif membentuk kompleks enzim-substrat. Tindak balas berlaku, hasil dibebaskan dan enzim tidak berubah, lalu boleh digunakan semula.
ContohSukrase mengikat sukrosa, menguraikannya kepada glukosa dan fruktosa, kemudian mengikat molekul sukrosa yang lain.
Peta alirHipotesis mangga dan kunci
- Substrat (kunci) mempunyai bentuk pelengkap kepada tapak aktif enzim (mangga)
- Substrat terikat pada tapak aktif membentuk kompleks enzim-substrat
- Tindak balas berlaku di tapak aktif
- Hasil terbentuk dan dibebaskan daripada tapak aktif
- Enzim tidak berubah dan boleh digunakan semula
SP 5.2.7Mentafsir rajah tenaga untuk menerangkan mekanisme tindakan enzim.
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Mentafsir
Murid perlu membaca rajah tenaga dan menerangkan maksudnya tentang tindakan enzim.
- IsiTenaga pengaktifanHuraian
Puncak lengkung menunjukkan tenaga pengaktifan, iaitu tenaga minimum untuk memulakan tindak balas. Lengkung bermangkin enzim mempunyai puncak lebih rendah.
ContohSeperti bukit yang lebih rendah: lebih mudah didaki, maka tindak balas lebih cepat.
- IsiAras tenaga bahan dan hasil tetapHuraian
Enzim tidak mengubah aras tenaga bahan tindak balas dan hasil; ia hanya merendahkan halangan tenaga di antaranya.
ContohDalam rajah, titik mula dan titik akhir kedua-dua lengkung sama, hanya ketinggian puncak berbeza.
NotaRajah tenaga
Rajah tenaga memplot tenaga melawan perjalanan tindak balas. Tenaga pengaktifan ialah tenaga minimum yang diperlukan untuk memulakan tindak balas. Lengkung dengan enzim mempunyai puncak lebih rendah daripada lengkung tanpa enzim, menunjukkan enzim merendahkan tenaga pengaktifan. Aras tenaga bahan dan hasil tidak berubah.
SP 5.2.8Menghubung kait mekanisme tindakan enzim dengan perubahan faktor berikut:- (i) suhu.
- (ii) pH.
- (iii) kepekatan substrat.
- (iv) kepekatan enzim.
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Menghubung kait
Murid perlu mengaitkan mekanisme tindakan enzim dengan perubahan suhu, pH, kepekatan substrat dan kepekatan enzim. Suhu diterangkan melalui tenaga kinetik, perubahan struktur, frekuensi perlanggaran berkesan dan penyahaslian; pH melalui perubahan struktur dan penyahaslian.
- IsiSuhuHuraian
Suhu meningkat hingga optimum (kira-kira 37 °C bagi enzim manusia): tenaga kinetik molekul bertambah, frekuensi perlanggaran berkesan antara enzim dan substrat bertambah, kadar tindak balas meningkat. Melebihi optimum, ikatan dalam enzim putus, struktur dan tapak aktif berubah bentuk, enzim ternyahasli dan kadar menurun.
ContohAmilase air liur paling aktif pada 37 °C tetapi hampir tidak aktif pada 60 °C.
- IsipHHuraian
Setiap enzim mempunyai pH optimum. pH yang terlalu berbeza mengubah struktur tapak aktif sehingga enzim ternyahasli dan substrat tidak lagi sepadan.
ContohPepsin optimum pada pH kira-kira 2 dalam perut; amilase air liur kira-kira pH 7.
- IsiKepekatan substrat dan kepekatan enzimHuraian
Menambah kepekatan substrat meningkatkan kadar sehingga semua tapak aktif tepu, kemudian kadar mendatar (kepekatan enzim menjadi faktor pengehad). Menambah kepekatan enzim meningkatkan kadar selagi substrat berlebihan.
ContohMenggandakan amilase dalam ampaian kanji yang pekat menyebabkan kanji terhidrolisis lebih cepat.
JadualFaktor yang mempengaruhi aktiviti enzim
| Faktor | Kaitan dengan mekanisme enzim | Contoh |
|---|---|---|
| (i) Suhu | Suhu meningkat hingga optimum: tenaga kinetik dan perlanggaran berkesan bertambah. Melebihi optimum: ikatan putus, tapak aktif berubah dan enzim ternyahasli. | Amilase air liur paling aktif pada 37 °C, hampir tidak aktif pada 60 °C. |
| (ii) pH | Setiap enzim ada pH optimum; pH yang jauh berbeza mengubah struktur tapak aktif dan menyahaslikan enzim. | Pepsin optimum pada pH kira-kira 2; amilase air liur kira-kira pH 7. |
| (iii) Kepekatan substrat | Kadar meningkat apabila substrat bertambah sehingga semua tapak aktif tepu; kemudian kadar mendatar. | Menambah kanji kepada amilase yang sedikit akhirnya tidak menambah kadar. |
| (iv) Kepekatan enzim | Lebih banyak enzim memberi lebih banyak tapak aktif, maka kadar meningkat selagi substrat berlebihan. | Menggandakan amilase dalam ampaian kanji pekat mempercepatkan hidrolisis. |
Peta pelbagai alirFaktor yang mempengaruhi aktiviti enzim
SP 5.2.9Mengeksperimen untuk mengkaji kesan suhu dan pH terhadap aktiviti enzim amilase dan pepsin.
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Mengeksperimen
Murid perlu merancang dan menjalankan eksperimen kesan suhu dan pH terhadap aktiviti amilase dan pepsin: pernyataan masalah, hipotesis, pemboleh ubah, prosedur, pemerhatian dan inferens. Katalase daripada hati ayam atau ubi kentang juga boleh digunakan.
- IsiKesan suhu terhadap amilaseHuraian
Pemboleh ubah dimanipulasikan: suhu. Bergerak balas: masa kanji dihidrolisis (iodin tidak lagi bertukar biru gelap). Dimalarkan: isi padu dan kepekatan kanji dan amilase, pH. Hipotesis: semakin hampir suhu kepada 37 °C, semakin singkat masa hidrolisis kanji.
ContohPada 37 °C iodin kekal perang selepas 3 minit, tetapi pada 60 °C masih biru gelap selepas 10 minit; inferens: amilase ternyahasli pada suhu tinggi.
- IsiKesan pH terhadap pepsinHuraian
Pemboleh ubah dimanipulasikan: pH (contoh 2, 7, 12). Bergerak balas: masa ampaian albumen yang keruh menjadi jernih. Dimalarkan: suhu 37 °C, isi padu pepsin dan albumen. Hipotesis: pepsin paling aktif dalam keadaan berasid.
ContohTabung pH 2 menjadi jernih paling cepat; inferens: pepsin menghidrolisis albumen paling cekap pada pH berasid.
JadualEksperimen: kesan suhu dan pH terhadap amilase dan pepsin
| Aspek | Kesan suhu (amilase) | Kesan pH (pepsin) |
|---|---|---|
| Pemboleh ubah dimanipulasikan | Suhu (0, 20, 37, 60 °C) | pH (2, 7, 12) menggunakan asid hidroklorik / larutan natrium hidroksida |
| Pemboleh ubah bergerak balas | Masa ampaian kanji dihidrolisis (larutan iodin tidak lagi bertukar biru gelap) | Kejernihan ampaian albumen (putih telur) / masa ampaian menjadi jernih |
| Pemboleh ubah dimalarkan | Isi padu dan kepekatan amilase dan kanji, pH | Isi padu dan kepekatan pepsin dan albumen, suhu 37 °C |
| Hipotesis | Aktiviti amilase paling tinggi pada 37 °C | Aktiviti pepsin paling tinggi pada pH 2 |
| Pemerhatian | Pada 37 °C larutan iodin kekal perang paling awal | Albumen dalam pH 2 menjadi jernih; pH 7 dan 12 kekal keruh |
| Inferens | Suhu optimum amilase kira-kira 37 °C; suhu tinggi menyahasli enzim | pH optimum pepsin ialah berasid (kira-kira pH 2) |
Peta alirLangkah eksperimen amilase (suhu)
- Isi tabung uji dengan ampaian kanji dan tabung lain dengan larutan amilase
- Rendam kedua-duanya dalam kukus air pada suhu ditetapkan selama 5 minit
- Campurkan amilase ke dalam kanji dan mulakan jam randik
- Setiap minit, titiskan setitis campuran ke dalam larutan iodin pada jubin berlekuk
- Rekod masa apabila iodin tidak lagi bertukar biru gelap
- Ulang pada suhu lain; pakai kaca mata keselamatan dan kendalikan asid/alkali dengan berhati-hati
Ingat: mnemonik & kad imbas
Mnemonik
- SPSE
- Suhu, pH, Substrat (kepekatan), Enzim (kepekatan): empat faktor aktiviti enzim
Kad imbas
- Enzim
- Mangkin biologi (kebanyakannya protein) yang mempercepatkan tindak balas biokimia
- Mengapa enzim diperlukan
- Merendahkan tenaga pengaktifan supaya metabolisme cukup pantas pada suhu badan
- Penamaan enzim
- Nama substrat + ase (laktosa → laktase)
- Organel penghasilan enzim ekstrasel
- Ribosom pada JEK, jasad Golgi, vesikel rembesan
- Tapak aktif
- Bahagian enzim tempat substrat terikat (mangga)
- pH optimum pepsin
- Kira-kira pH 2
Semak kefahaman
Nyatakan definisi enzim. (SP 5.2.1)
Lihat jawapan
Enzim ialah mangkin biologi yang mempercepatkan tindak balas biokimia dalam sel dan tidak berubah pada akhir tindak balas.
Bagaimanakah enzim membolehkan tindak balas metabolisme berlaku cukup pantas pada suhu badan? (SP 5.2.2)
Lihat jawapan
Enzim merendahkan tenaga pengaktifan, maka tindak balas berlaku dengan cepat pada suhu badan 37 °C.
Namakan enzim yang bertindak ke atas substrat laktosa. (SP 5.2.3)
Lihat jawapan
Laktase (laktosa + ase).
Nyatakan dua sifat umum enzim. (SP 5.2.4)
Lihat jawapan
Enzim mempercepatkan tindak balas, tidak berubah pada akhir tindak balas, spesifik terhadap substrat, diperlukan dalam kuantiti sedikit dan dinyahasli oleh suhu tinggi.
Namakan organel yang mensintesis enzim intrasel. (SP 5.2.5)
Lihat jawapan
Ribosom bebas dalam sitoplasma.
Dalam hipotesis mangga dan kunci, apakah yang diwakili oleh mangga? (SP 5.2.6)
Lihat jawapan
Mangga mewakili enzim, iaitu tapak aktifnya.
Nyatakan maksud tenaga pengaktifan. (SP 5.2.7)
Lihat jawapan
Tenaga pengaktifan ialah tenaga minimum yang diperlukan untuk memulakan tindak balas.
Mengapakah aktiviti amilase air liur menurun apabila suhu melebihi 37 °C? (SP 5.2.8)
Lihat jawapan
Ikatan dalam enzim putus, tapak aktif berubah bentuk dan enzim ternyahasli, maka substrat tidak lagi sepadan.
Nyatakan pemboleh ubah bergerak balas dalam eksperimen kesan suhu terhadap aktiviti amilase. (SP 5.2.9)
Lihat jawapan
Masa yang diambil untuk kanji dihidrolisis sepenuhnya, iaitu larutan iodin tidak lagi bertukar biru gelap.
27 soalan latihan pelbagai aras, kad imbas dan Kad Tahniah ada dalam mod interaktif.
Tahap Penguasaan (TP)
| TP | Tafsiran |
|---|---|
| TP1 | Mengingat kembali pengetahuan dan kemahiran asas sains mengenai metabolisme dan enzim. |
| TP2 | Memahami metabolisme dan enzim serta dapat menjelaskan kefahaman tersebut. |
| TP3 | Mengaplikasi pengetahuan mengenai metabolisme dan enzim dalam kehidupan harian untuk menerangkan kejadian atau fenomena alam dan melaksanakan tugasan mudah. |
| TP4 | Menganalisis pengetahuan mengenai metabolisme dan enzim dalam konteks penyelesaian masalah mengenai kejadian atau fenomena alam. |
| TP5 | Menilai kesan pengetahuan mengenai metabolisme dan enzim dalam kehidupan dalam konteks penyelesaian masalah dan membuat keputusan untuk melaksanakan satu tugasan. |
| TP6 | Mereka cipta dengan menggunakan pengetahuan dan kemahiran sains berkaitan metabolisme dan enzim dalam konteks penyelesaian masalah dan membuat keputusan atau dalam melaksanakan tugasan/ aktiviti dalam situasi baharu secara kreatif dan inovatif dengan mengambil kira nilai sosial/ ekonomi/ budaya masyarakat. |
Untuk guru: cadangan aktiviti mencapai TP (6)
- TP1
Mengingat kembali pengetahuan dan kemahiran asas sains mengenai metabolisme dan enzim.
Aktiviti: Murid memadankan kad enzim (amilase, pepsin) dengan substrat dan hasilnya. Murid sebut definisi enzim, 10 minit, berpasangan.
Evidens PBD: Guru semak padanan kad dan dengar definisi murid.
SP disasar: 5.2.1, 5.2.3 · Latihan sepadan: aras Mengingat - TP2
Memahami metabolisme dan enzim serta dapat menjelaskan kefahaman tersebut.
Aktiviti: Murid menerangkan sifat umum enzim dan hipotesis mangga dan kunci menggunakan model mangga dan kunci daripada kad. 15 minit, berpasangan.
Evidens PBD: Guru semak model dan penerangan lisan.
SP disasar: 5.2.4, 5.2.6 · Latihan sepadan: aras Memahami - TP3
Mengaplikasi pengetahuan mengenai metabolisme dan enzim dalam kehidupan harian untuk menerangkan kejadian atau fenomena alam dan melaksanakan tugasan mudah.
Aktiviti: Murid menjalankan eksperimen kesan suhu pada amilase dengan kanji dan iodin. Murid merekod masa dan menerangkan hasil, 30 minit berkumpulan.
Evidens PBD: Guru semak jadual data dan penerangan hasil eksperimen.
SP disasar: 5.2.9 · Latihan sepadan: aras Mengaplikasi - TP4
Menganalisis pengetahuan mengenai metabolisme dan enzim dalam konteks penyelesaian masalah mengenai kejadian atau fenomena alam.
Aktiviti: Murid menganalisis graf suhu, pH dan kepekatan substrat terhadap aktiviti enzim, dan mentafsir rajah tenaga tindakan enzim. 20 minit berkumpulan.
Evidens PBD: Guru semak tafsiran graf dan rajah tenaga murid.
SP disasar: 5.2.7, 5.2.8 · Latihan sepadan: aras Menganalisis - TP5
Menilai kesan pengetahuan mengenai metabolisme dan enzim dalam kehidupan dalam konteks penyelesaian masalah dan membuat keputusan untuk melaksanakan satu tugasan.
Aktiviti: Murid menilai situasi apabila enzim tidak berfungsi pada suhu tinggi atau pH ekstrem dan menghujah keperluan enzim dalam metabolisme, 20 minit.
Evidens PBD: Guru nilai hujah menggunakan rubrik ringkas.
SP disasar: 5.2.2, 5.2.8 · Latihan sepadan: aras Menilai dan Menghayati - TP6
Mereka cipta dengan menggunakan pengetahuan dan kemahiran sains berkaitan metabolisme dan enzim dalam konteks penyelesaian masalah dan membuat keputusan atau dalam melaksanakan tugasan/ aktiviti dalam situasi baharu secara kreatif dan inovatif dengan mengambil kira nilai sosial/ ekonomi/ budaya masyarakat.
Aktiviti: Murid mereka bentuk eksperimen baharu untuk mengkaji satu faktor pada aktiviti pepsin atau amilase dan membentang rancangan, 30 minit berkumpulan.
Evidens PBD: Guru nilai rancangan menggunakan rubrik reka bentuk dan keselamatan.
SP disasar: 5.2.5, 5.2.9 · Latihan sepadan: aras Mencipta
Cadangan sahaja; TP rasmi ditentukan guru melalui pertimbangan profesional (PBD). Buka unit dan latihan
Siapkan unit ini dalam mod interaktif untuk mendapat bintang, anggaran TP dan Kad Tahniah. Siapkan semua 71 unit Biologi Tingkatan 4 untuk Sijil Penghargaan SistemGuru.My.