Makalah ini membahas aktivitas katalitik enzim aldo-ketoreductase (AKR) pada reaksi aldol asimetris antara berbagai aldehida aromatik dengan sikloheksanon dan aseton. Penelitian menunjukkan bahwa AKR1A1 dapat mengkatalisis reaksi aldol tersebut dengan hasil yang baik hingga 65% dan enantioselektivitas hingga 60%. Faktor-faktor seperti pH, rasio substrat, muatan enzim, dan pelar

1. MAKALAH
KATALIS ENZIM
Berdasarkan jurnal : Asymmetric Aldol Reactions Catalyzed
By The Promiscuous Aldo–Ketoreductase Enzyme
Makalah ini dibuat untuk memenuhi salah satu tugas
Mata Kuliah Kimia Katalis
Disusun Oleh:
Ahmad Dzikrullah 24030114140097
Departemen Kimia
Fakultas Sains dan Matematika
Universitas Diponegoro
2017

2. Daftar Isi
BAB I..........................................................................................................................3
PENDAHULUAN ..........................................................................................................3
I.1. Latar Belakang.............................................................................................3
I.2. Rumusan Masalah........................................................................................3
I.3. Tujuan Penulisan..........................................................................................3
TINJAUAN PUSTAKA....................................................................................................4
II.1. Enzim ...........................................................................................................4
II.2. Aldo – Keto Reductase..................................................................................4
II.3. Reaksi Aldol.................................................................................................5
BAB III........................................................................................................................6
METODE PERCOBAAN.................................................................................................6
BAB IV........................................................................................................................7
PEMBAHASAN ............................................................................................................7
BAB V....................................................................................................................... 13
PENUTUP ................................................................................................................. 13
V.1. Kesimpulan................................................................................................ 13
Daftar Pustaka.......................................................................................................... 14

3. BAB I
PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang
Enzim merupakan katalisator protein yang mempercepat reaksi kimia dalam
makhluk hidup, enzim juga merupakan suatu protein yg tersusun dari asam amino.
Enzim termasuk biokatalis, biokatalis dewasa ini sangat sering digunakan karena
efisiensinya yang tinggi, selektivitas yang bagus, dan ramah terhadap lingkungan.
Namun, walaupun enzim dapat mengatalis reaksi spesifik secara efektif, beberapa
hasil eksperimen tak terduga menunjukkan bahwa banyak enzim dapat mengatalisis
dengan promiscuous/tidak membedakan substratnya (tidak terlalu spesifik). Enzim
promiscuous telah berkembang sebagai biokatalis asimetris yang populer untuk
berbagai jenis organik reaksi dalam beberapa tahun terakhir.3-5 Jenis enzim ini
dapat mengkatalisis transformasi kimia yang berbeda dari substrat alami dan non-
alami. 6-8 Enzim promiscuous telah digunakan untuk mengkatalisis pembentukan
ikatan karbon-karbon dan karbon-heteroatom via reaksi organik klasik dan banyak
digunakan. Reaksi aldol adalah reaksi organik dasar untuk konstruksi ikatan C-C.
Umumnya aldolases (kelas I dan II) dan Antibodi aldolase (38C2 dan 33F12) adalah
yang paling umum enzim yang digunakan dalam katalisis reaksi aldol, penelitian
ini, berfokus pada enzim aldo-ketoreductase (AKR) untuk menyelidiki aktivitas
katalitiknya pada reaksi aldol asimetris, aldo-ketoreductase belum dilaporkan
sebagai enzim untuk mengkatalisis karbon-karbon reaksi pembentukan ikatan. Oleh
karena itu digunakan AKR1A1 sebagai enzim untuk mengkatalisis reaksi aldol .
I.2. Rumusan Masalah
Berfokus pada aktivitas katalitik enzim aldo-ketoreductase (AKR) pada
reaksi aldol asimetris.
I.3. Tujuan Penulisan
Untuk mengetahui aktivitas katalitik enzim AKR1A1 promiscuous dengan
fokus pada kemampuannya untuk mengkatalisis reaksi antara sikloheksanon dan 4-
nitrobenzaldehida.

4. BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1. Enzim
Enzim adalah biokatalisator organik yang dihasilkan organisme hidup di
dalam protoplasma, yang terdiri atas protein atau suatu senyawa yang berikatan
dengan protein, berfungsi sebagai senyawa yang mempercepat proses reaksi tanpa
habis bereaksi dalam suatu reaksi kimia. Hampir semua enzim merupakan protein.
Pada reaksi yang dikatalisasi oleh enzim, molekul awal reaksi disebut sebagai
substrat, dan enzim mengubah molekul tersebut menjadi molekul-molekul yang
berbeda, disebut produk. Jenis produk yang akan dihasilkan bergantung pada suatu
kondisi/zat, yang disebut promoter. Semua proses biologis sel memerlukan enzim
agar dapat berlangsung dengan cukup cepat dalam suatu arah lintasan
metabolisme yang ditentukan oleh hormon sebagai promoter.(Girindra, 1986).
II.2. Aldo – Keto Reductase
Aldo-Keto Reductase (AKRs) adalah kelompok protein yang terkait secara
struktural. Protein ini mengadopsi motif (βα) 8 atau TIM-barrel (triosphosphate
isomerase), yang merupakan perancah kompak namun mudah disesuaikan dengan
variasi struktural yang diperlukan untuk mengikat beragam substrat karbonil
kimiawi. Situs aktif AKR terletak di permukaan terminal C laras dan dioptimalkan
untuk interaksi afinitas tinggi dengan nukleotida piridin dengan tidak adanya
lipatan Rossman yang kanonik. Menggunakan nukleotida piridin sebagai kofaktor,
kebanyakan AKR mengkatalisis reaksi reduksi oksidasi sederhana. Semua
tumbuhan dan hewan, mulai dari ragi sampai manusia, mengekspresikan banyak
gen Akr. Protein AKR juga ditemukan dalam berbagai mikroorganisme, namun
sulit untuk menarik persamaan langsung antara gen dari organisme yang lebih
rendah dan AKRs mamalia karena AKR dari organisme yang lebih rendah
membentuk keluarga mereka sendiri (AKR familes 2-5 dan 8-13). Dalam setiap
spesies, beberapa gen Akr diekspresikan di sebagian besar jaringan. Aktivitas
reduktase aldehida tertinggi telah ditemukan di ginjal dan hati pada mamalia,
burung, reptil, amfibi, dan ikan (Barski, 2009).

5. II.3. Reaksi Aldol
Reaksi aldol adalah salah satu reaksi pembentukan ikatan karbon-karbon
yang penting dalam kimia organik. Dalam bentuk yang umum, ia melibatkan adisi
nukleofilik enolat keton ke sebuah aldehida,membentuk sebuah keton β-hidroksi,
atau "aldol" (aldehida + alkohol), sebuah struktur senyawa obat-obatan yang
ditemukan secara alami. Kadang-kadang, produk adisi aldol melepaskan sebuah
molekul air selama reaksi dan membentuk keton α,β-takjenuh. Kondensasi dengan
katalis asam suatu asetaldehid memberikan “aldol”. Dalam kondensasi ini sejumlah
katalis asam membantu enolisasi danmenyebabkan asetaldehida lebih reaktif untuk
adisi. Pada umumnya enolmengalami serangan nukleufilik atau elektrofilik oleh
asam konjugat darikmponen karbonil, proses ini terjadi dalam keseimbangan dan
biasanya reaksitidak berhenti pada tahap aldol, melainkan dapat pula terjadi
dehidrasi dan memberikan alfa, beta-karbonil tidak jenuh
Kondensasi aldol yang paling sederhana adalah gabungan duamolekul asetaldehid,
yang terjadi jika larutan aldehid diberi larutan basa. Hasilnyaadalah reaksi dengan
4 karbon dinamakan aldol(namanya berasal dari suku kataaldehid dan
karbon). (Sastrawijaya, 1985).

6. BAB III
METODE PERCOBAAN
Reaksi dilakukan dalam campuran buffer i-PrOH / fosfat-natrium (1: 1)
menggunakan p-nitrobenzaldehyde (30 mg, 0,1998 mmol, 1 equiv), sikloheksanon
(23,3 mg, 0,99 mmol, 5 equiv), dan AKR1A1 (10 mg). Reaksi yang dikatalisis oleh
AKR1A1 dilakukan pada pH berbeda (4,0 sampai 8,0).

7. BAB IV
PEMBAHASAN
Hasil yang didapat dari penelitian ini adalah pada Tabel 1. Dapat dilihat
bahhwa, pH memiliki pengaruh yang signifikan terhadap hasil dan
stereoselektivitas. Untuk pH = 5,0 dan 5,5, yang sesuai. Produk aldol diperoleh
dengan hasil sedang (entri 3 dan 4, 51% dan 60%) dan enantioselektivitas cukup
(39% dan 40% ee). Di pH = 8,0, reaksinya menjadi hampir sebagai proses katalis
dasar, Oleh karena itu, enantioselektivitas sangat rendah (masuk 9, 4% ee) dan hasil
yang lebih tinggi (95%) diperoleh. Eksperimen kontrol menunjukkan bahwa
dengan tidak adanya AKR1A1, pada pH = 5,5, tidak terjadi reaksi dalam kondisi
ini (entry 10). Akhirnya, pH 5.5 dipilih sebagai pH optimum dalam hal efisiensi dan
selektifitas proses katalisator AKR1A1.

8. Untuk lebih mengoptimalkan kondisi reaksi, efek rasio mol substrat pada reaksi
aldol katalis AKR1A1 diselidiki. Hasil penelitian menunjukkan bahwa faktor ini
memiliki dampak yang sangat signifikan terhadap hasil dan ee
(enansioselektivitas), tapi perubahan pada diastereoselektivitas kurang jelas (Tabel
2). Akibatnya, rasio mol substrat, 4-nitrobenzaldehida / sikloheksanon = 1: 5 (entry
4), dipilih sebagai rasio optimum untuk eksplorasi lebih lanjut. Pengaruh
pembebanan katalis terhadap reaksi aldol antara 4-nitrobenzaldehida dan
sikloheksanon selanjutnya diselidiki. Hasilnya menunjukkan bahwa terjadi
peningkatan muatan AKR1A1 (dari 2 mg sampai 20 mg) menyebabkan kenaikan
hasil (dari 10% sampai 69%), dengan sedikit peningkatan selektivitas (dari 65:45
sampai 85:15 dr, dan dari 39% menjadi 43% ee) (Tabel 3). Jadi, konsentrasi enzim
dari 10 mg / mL dianggap sebagai optimum untuk penyelidikan lebih lanjut. Media
reaksi telah dikenal sebagai salah satu yang paling banyak faktor penting yang
mempengaruhi reaksi enzimatik. Jadi, Reaksi aldol di berbagai pelarut dengan
adanya beberapa tetes 1 M benzoic acid (BA) sebagai aditif untuk penyesuaian pH
tersebut diselidiki. Hasilnya ditunjukkan pada Tabel 4. Hasilnya jelas menunjukkan
bahwa media reaksi secara signifikan mempengaruhi aktivitas katalitik dan
stereoselektivitas AKR1A1. Umumnya, reaksi aldol dalam pelarut polaritas tinggi
seperti DMF dan NMP memberikan hasil yang lebih tinggi (entri 1 dan 2) dari pada
mereka yang memiliki pelarut polaritas rendah seperti CHCl3 (entri 4).
Menariknya, CHCl3 dan i-PrOH menghasilkan ekses enansiomerik yang sangat
buruk dan hasil ketika mereka digunakan secara terpisah sebagai pelarut. Namun,
enantioselektivitas dan hasil yang lebih tinggi diperoleh dengan menambahkan
volume H2O yang sama untuk kedua pelarut ini (entri 6 dan 7).

10. Di antara pelarut yang disurvei, hasil terbaik diperoleh dengan campuran
CHCl3: H2O (1: 1, entri 6). Untuk mengejar asimetris Reaksi aldol, CHCl3: H2O
(1: 1) dipilih sebagai media reaksi untuk penyelidikan lebih lanjut. Selanjutnya,
cakupan dan batasan substrat diselidiki menggunakan aldehida dan sikloheksanon
aromatik yang berbeda dalam Reaksi aldol asimetris AKR1A1. Hasilnya diberikan
pada Tabel 5. Dapat dilihat bahwa berbagai aldehida aromatik direaksikan dengan
keton siklik dan asiklik di bawah kondisi optimal. Efek elektronik dan sterik dari
substituen pada aldehida aromatik juga diselidiki. Secara umum, produk aldol
diperoleh dengan hasil yang lebih tinggi Saat keton direaksikan dengan aromatik
aldehida substituen yang menarik elektron (entri 1-7). Sebaliknya, hanya sejumlah
kecil produk yang diperoleh saat 4-methoxybenzaldehyde membawa sebuah
kelompok penyumbang elektron yang digunakan (entry 8). Hal ini dapat dijelaskan
oleh fakta bahwa penarikan elektron kelompok meningkatkan elektrofilisitas gugus
karbonil, yang memfasilitasi reaksi untuk membentuk intermediate enamine yang
mungkin, sementara kelompok penyumbang elektron menurunkan elektrofilisitas.
AKR1A1 mengkatalisis penambahan aldol sikloheksanon dengan aldehida
aromatik untuk memberikan produk yang diinginkan, hasil rendemen (sampai
65%), enantioselektivitas (sampai 60% ee), dan untuk diastereoselectivities yang
sangat baik (sampai 96: 4, anti: syn). 4- (Trifluorometil) benzaldehida (entry 4)
memberikan hasil terbaik. Itu Reaksi aseton dengan 4-nitrobenzaldehida

11. memberikan dosis sedang hasil (68%) dan enansioselektivitas yang kecil (22%)
(Tabel 5, entri 9).
Mekanisme yang mungkin untuk reaksi aldol katalis AKR1A1
diilustrasikan dalam Skema 1. Terdapat berspekulasi bahwa komponen keton dapat

12. diaktifkan dengan pembentukan enamin dengan kelompok amino lisin dengan
penghilangan air. Sebuah proton dilepas oleh nitrogen cincin dasar imidazol dari
histidin yang sesuai. Tedapat dugaan bahwa karbonil komponen aldehida diaktifkan
oleh interaksi dengan hidroksil fenolik tirosin.

13. BAB V
PENUTUP
V.1. Kesimpulan
Telah tergambarkan reaksi aldol pertama dengan katalisator AKR
menggunakan aldehida aromatik dengan sikloheksanon dan aseton dengan hasil
yang baik. Hal – hal yang mempengaruhi reaksi ini yaitu, pelarut, kadar air, dan
kapasitas enzim juga diteliti. Eksperimen kontrol juga dilakukan untuk
menunjukkan katalisis spesifik AKR. Reaksi aldol yang dikatalisis AKR1A1 ini
memberikan gambaran baru tentng katals dimana dapat memperlebar penerapan
AKR dalam sintesis organik..

14. Daftar Pustaka
Girindra, A. 1986. Biokimia 1. Gramedia: Jakarta
Oleg A. Barski, Srinivas M. Tipparaju, and Aruni Bhatnagar. 2009. The Aldo-Keto
Reductase Superfamily and its Role in Drug Metabolism and Detoxification Drug.
Metab Rev. 2008; 40(4): 553–624
Saadi Bayat, et al. 2014. Asymmetric Aldol Reactions Catalyzed By The
Promiscuous Aldo–Ketoreductase Enzyme. Tetrahedron Letters 55 (2014) 6303–
6306
Sastrawijaya, T. 1985. Mekanisme Reaksi Organik. IKIP Surabaya : Surabaya