TUGAS MATA KULIAH BIOKIMIA
Disusun
oleh
:
HENDRA
WAHYULIANTO RAHMAN
C31120537
Dosen
Erfan Kustiwan S.Pt, MP
JURUSAN
PETERNAKAN
PROGRAM STUDI PRODUKSI TERNAK
POLITEKNIK
NEGERI JEMBER
2013
Pengertian dan Peranan
Enzim
Enzim adalah protein yang
berfungsi sebagai katalisator (protein katalitik) untuk reaksi-reaksi kimia di
dalam sistem biologi. Katalisator mempercepat reaksi kimia. Walaupun
katalisator ikut serta dalam reaksi, ia kembali ke keadaan semula bila reaksi
telah selesai. Suatu katalis adalah suatu agen kimiawi yang mengubah laju
reaksi tanpa harus dipergunakan oleh reaksi tersebut. Aktivitas enzim
dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya konsentrasi substrat, pH, suhu,
dan inhibitor (penghambat). (Campbell, 1987: 98).
Berbeda dengan
katalisator nonprotein (H+, OH-, atau ion-ion logam),
tiap-tiap enzim mengkatalisis sejumlah kecil reaksi, kerapkali hanya satu. Jadi
enzim adalah katalisator yang reaksi-spesifik karena semua reaksi biokimia perlu
dikatalis oleh enzim, sehingga terdapat banyak jenis enzim.
Menurut Smith (1981: 39),
enzim merupakan komplek molekul organik yang berada dalam sel hidup yang
beraksi sebagai katalisdalam mempercepat laju reaksi kimia. Tanpa enzim, tidak
akan ada kehidupan. Meskipun enzim hanya dibentuk dalam sel hidup, namun
beberapa dapat dipisahkan dari selnya dan melanjutkan fungsinya dalam
kondisi in vitro.
Menurut Steve Prentis
(1990: 12), enzim adalah katalisator biologis, karena suatu katalisator
merupakan suatu senyawa yang mempercepat laju reaksi kimia. Hampir semua reaksi
kimia yang penting bagi kehidupan akan berlangsung sangat lambat tanpa adanya
katalisator yang sesuai.
Bisa disimpulkan bahwa
enzim merupakan senyawa organik bermolekul besar yang berfungsi untuk
mempercepat jalannya reaksi metabolisme di dalam tubuh tanpa memperngaruhi
keseimbangan reaksi. Dari beberapa pengertian tersebut jelaslah bahwa enzim
sangat berperan dalam sebagian besar reaksi kimia dalam tubuh makhluk hidup,
tak terkecuali mikroba yang banyak digunakan sebagai agen biologi dalam
bioteknologi.
Mekanisme kerja enzim
berlangsung dalam dua tahap. Banyak enzim menggunakan lebih dari satu substrat
tetapi untuk memahami prinsip dasar kerja enzim dengan mudah dengan
memperhatikan reaksi enzim dengan satu substrat seperti berikut (Primrose,
1987: 40):
Enzim
(E) + Substrat (S) ═ kompleks ═ enzim + produk (P)
Substrat (ES)
Segera setelah enzim
bergabung dengan substratnya, akan bebas kembali.
Reaksi
Enzim dan Substrat
Kemampuan enzim yang unik,
spesifik terhadap substrat meningkatkan penggunaannya dalam proses industri
secara kolektif yang dikenal dengan istilah teknologi enzim. Teknologi enzim
mencakup produksi, isolasi, purifikasi, menggunakan bentuk yang dapat larutdan
akhirnya sampai pada immobilisasi dan penggunaan enzim dalam skala yang lebih
luas melalui sistem reaktor.
Peranan teknologi enzim
berkontribusi pada pemecahan beberapa masalah vital di era modern seperti
sekarang, misalnya produksi makanan, kekurangan dan pemeliharaan energi, dan
peningkatan lingkungan. Teknologi baru ini dasarnya dari biokimia tetapi
diterangkan lebih luas dengan mikrobiologi, kimia, dan proses alat teknologi
yang mendukung keberadaan sains.
Sumber Enzim
Berbagai enzim yang
digunakan secara komersial berasal dari jaringan tumbuhan, hewan, dan dari
mikroorganisme yang terseleksi. Enzim yang secara tradisional diperoleh dari
tumbuhan termasuk protease (papain, fisin, dan bromelain), amilase,
lipoksigenase, dan enzim khusus tertentu. Dari jaringan hewan, enzim yang
terutama adalah tripsin pankreas, lipase dan enzim untuk pembuatan mentega.
Dari jaringan hewan, enzim yang terutama adalah tripsin pankreas, lipase, dan
enzim untuk pembuatan mentega. Dari kedua sumber tumbuhandan hewan tersebut
mungkin timbul banyak persoalan, yakni: untuk enzim yang berasal dari tumbuhan,
persoalan yang timbulantara lain variasi musim, konsentrasi rendah dan biaya
proses yang tinggi. Sedangkan yang diperoleh dari hasil samping industri
daging, mungkin persediaan enzimnya terbatas dan ada persaingan dengan
pemanfaatan lain. Sekarang jelas bahwa banyak dari sumber enzim yang
tradisional ini tidak memenuhi syarat untuk mencukupi kebutuhan enzim masa
kini. Oleh karena itu, peningkatan sumber enzim sedang dilakukan yaitu dari
mikroba penghasil enzim yang sudah dikenal atau penghasil enzim-enzim baru
lainnya.
Program pemilihan
produksi enzim sangat rumit, dan dalam hal tertentu jenis kultivasi yang
digunakan akan menentukan metode seleksi galur. Telah ditunjukkan dahwa galur
tertenttu hanya akan menghasilkan konsentrasi enzim yang tinggi pada permukaan
atau media padat, sedangkan galur yang lain memberi respon pada teknik
kultivasi terbenam (submerged), jadi teknik seleksi harus sesuai dengan proses
akhir produksi komersial.
Produksi Enzim
Produksi enzim secara
industri saat ini sangat mengandalkan metode fermentasi tangki dalam (deep
tank). Penggunaan mikroorganisme sebagai sumber bahan produksi enzim
dikembangkan dengan beberapa alasan penting, yaitu:
1.
Secara normal mempunyai aktivitas spesifik
yang tinggi per unit berat kering produk.
2.
Fluktuasi musiman dari bahan mentah dan
kemungkinan kekurangan makanan kaitannya dengan perubahan iklim.
3.
Mikroba mempunyai karakteristik cakupan
yang lebih luas, seperti cakupan pH, dan resistansi temperatur.
4.
Industri genetika sangat meningkat sehingga
memungkinkan mengoptimalisasi hasil dan tipe enzim melalui seleksi strain,
mutasi, induksi dan seleksi kondisi pertumbuhan, yang akhir-akhir ini,
menggunakan inovasi teknologi transfer gen.
Bahan mentah (raw
material) untuk industri fermentasi enzim biasanya terbatas pada
unsur-unsur dimana bahan tersedia dengan harga yang murah, dan aman secara
nutrisi. Beberapa yang lazim menggunakan substrat amilum hidrolase, mollase,
air dadih, dan beberapa gandum.
Dalam produksi enzim,
menggunakan batch untuk proses fermentasi dengan aerasi yang
baik (diagram 1), tetapi proses mungkin ditingkatkan dengan memelihara satu
atau beberapa komponen selama fermentasi.
Produksi
enzim cair
Beberapa enzim yang digunakan
dalam skala industri adalah enzim ekstraseluler, enzim yang secara normal
dihasilkan oleh mikroorganisme sesuai dengan substratnya dalam lingkungan
eksternal dan dapat disamakan dengan enzim pencernaan pada manusia dan hewan.
Kemudian ketika mikroorganisme memproduksi enzim untuk memisahkan molekul
eksternal besar agar bisa dicerna biasanya digunakan media fermentasi. Dalam
fermentasi sari dari kultivasi mikroorganisme tertentu, seperti contoh,
bakteri, yeast atau filamentous jamur, dijadikan sumber utama protease, amilase
dan sedikit selolosa, lipase, dsb. Kebanyakan industri enzim hidrolase mampu
bertindak tanpa komplek kofaktor, yang segera dipisahkan dari mikroorganisme
tanpa merusak dinding sel dan larut dalam air. Beberapa enzim intraseluler,
sekarang juga banyak diproduksi secara industri dan diantaranya glukosa
oksidase untuk pengawetan makanan, asparginase untuk terapi kanker, dan
penicilin asilase untuk antibiotikTahap pemulihan standar untuk enzim
ekstraseluler seperti berikut: memindah mikroorganisme, mengkonsentrasikan,
penambahan bahan pengawet, standarisasi dan pengepakan. Untuk ekstraksi enzim
intraseluler memerlukan cara mekanis, fisik atau gangguan kimiapada dinding sel
atau membran.
Pada akhir proses
fermentasi, kondisi ideal adalah cairan dengan konsentrasi enzim tinggi, sebuah
organisme biomass yang mudah dipisahkan.
Produk enzim yang aman
sebaiknya mempunyai potensi alergi yang rendah, dan dalam partikelnya terbebas
dari kontaminan.
Legislasi Enzim
Produk enzim dari mikroba
harus memenuhi spesifikasi yang ketat berkenaan dengan sifat racun dan aspek
keamanan yang lain. Lingkup pemikiran penting yang berhubungan dengan penentuan
keamanan dari enzim komerisal teruatam adalah :
1.
Reaksi alergenik yang disebabkan oleh suatu
protein yang ada dalam produk termasuk protein enzim dan bahan lainnya.
2.
Aktivitas katalisis dari enzim.
3.
Terjadinya senyawa racun, seperti
mikotoksin dan antibiotika.
Mikroorganisme yang
digunakan utuk memproduksi enzim dpat diklasifikasikan menjadi 3 kelompok. Tergantung
pada kelompoknya, maka ada tingkatan yang berbeda dalam pengujian sifat
racunnya. Kelompok mikroorganisme yang secara tradisional digunakan dalam
makanan dan mikroorganisme yang dianggap sebagai kontaminan tidak berbahaya
yang ada dalam makanan umumnya pengujian tidak dibutuhkan. Tetapi
mikroorganisme yang tidak termasuk dalam dua kelompok tersebut perlu
penyelidikan sifat racun yang lebih ekstensif.
Immobilisasi Enzim
Sebagai molekul bebas
yang laruut dalam air, enzim sulit dipisahkan dari substrat dan produk, selain
itu enzim sulit untuk digunakan secara berulang-ulang. Dewasa ini, berbagai
usaha telah dilakukan untuk mengatasi hambatan tersebut, yaitu dengan proses
immobilisasi enzim. Immobilisasi biasanya dapat dianggap sebagai perubahan
enzim dari yang larut dalam air, keadaan bergerak menjadi keadaan tak bergerak
yang tidak larut. Immobilisasi mencegah difusi enzim ke dalam campuran reaksi
dan mempermudah memperoleh kembali enzim tersebut dari aliran produk dengan
teknik pemisahan padat atau cair yang sederhana.
Immobilisasi enzim dapat
dicapai dengan mengikat enzim secara kovalen ke permukaan bahan yang tak larut
dalam air: pengikatan silang dengan bahan yang cocok untuk menghasilkan
partikel yang baru; penjebakan di dalam suatu matrik atau gel yang permeabel
terhadap enzim, substrat, dan produk; enkapsulasi; dan dengan absorbsi pada zat
pendukung.
Keuntungan immobilisasi
enzim antara lain;
1.
Memungkinkan penggunaan kembali enzim yang
sudah pernah digunakan.
2.
Ideal untuk proses berkelanjutan (continous
procces).
3.
Memungkinkan kontrol yang lebih akurat
untuk proses katalisis.
4.
Meningkatkan stabilitas enzim.
5.
Memungkinkan pengambangan sistem reaksi
multienzim.
Aplikasi Enzim
Ribuan tahun yang lalu
proses seperti membuat bir, membuat roti, dan produksi keju melibatkan enzim
yang belum diketahui jenisnya. Dalam cara konvensional ini, teknologinya
dipercayakan pada konversi enzim sebelum bangun pengetahuan yang koheren
dikembangkan.
Di negara barat, industri
menggunakan enzim pada produksi yeast dan ragi dimana pembuatan bir dan roti
secara tradisional sudah jarang dikembangkan. Beberapa perkembangan awal
biokimia dipusatkan pada fermentasi yeast dan konversi energi pada glukosa. Di
negara timur, industri yang sama memproduksi sake dan banyak makanan
fermentasi, semuanya dibuat dari filamentous fungi sebagai sumber aktivitas
enzim.
Pada tahun 1896,
memperlihatkan permulaan yang sebenarnya dari teknologi mikrobia enzim dengan
pemasaran pertama takadiastase, campuran kasar dari enzim
hidrolitik yang disiapkan pada pertumbuhan jamur Aspergillus oryzae pada
tepung gandum. Perkembangan lebih lanjut dari penggunaan enzim meningkatkan
proses secara konvensional ke era baru. Meskipun sebagian besar produksinya
masih menghasilkan enzim kasar.
Sampai saat ini lebih
dari 200 enzim telah diisolasi dari mikroorganisme, tumbuhan dan hewan, tetapi
kurang dari 20 macam enzim yang digunakan pada skala komersial atau industri.
Kini, produsen enzim komersial memasarkan enzim dalam bentuk kasar karena
proses isolasinya lebih sederhana, terutama digunakan dalam makanan dan dalam
industri detergen (menggunakan enzim amilase), industri roti (menggunakan enzim
proteinase), industri pembuatan bir (menggunakan enzim betaglukanase,
amiloglukosidase), industri tekstil (menggunakan enzim amilase), industri kulit
(menggunakan enzim tripsin), industri farmasi dan obat-obatan (menggunakan
enzim tripsin, enzim pankreatic tripsin).
tkz info x
BalasHapus