Fungsi Enzim

Enzim adalah biomolekul berupa protein yang berfungsi sebagai katalisator dalam suatu reaksi kimia organik. Faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja enzim antara lain substrat, suhu, pH, aktivator dan inhibitor.

Fungsi enzim dari beberapa golongan enzim secara khusus :

1.     Golongan enzim karbohidrase => enzim yang mengkatalis karbohidrat

-       Enzim amilase berperan mengubah amilum menjadi maltosa

-       Enzim sukrase berperan mengubah sukrosa menjadi fruktosa + glukosa

-       Enzim laktosa berperan mengubah glukosa menjadi galaktosa

-       Enzim maltosa berperan mengubah maltosa menjadi glokusa

2.     Golongan enzim protease

-       Enzim tripsin berfungsi mengurai pepton menjadi asam amino

-       Enzim peptidase berfungsi mengurai peptida menjadi asam amino

3.     Golongan enzim ekterase

-       Enzim lipase berperan mengurai lemak menjadi asam lemak + gliserol

-       Enzim phosforase berperan mengurai ester dan mendorong pelepasan phospor

4.     Enzim berdasarkan proses metabolis dan kimiawi

-       Enzim katalase mengubah hidrogen peroksida menjadi air +oksigen

-       Enzim oksidase mempercepat penggabungan O₂ pada substrat tertentu dan mereduksi pembentukan air

Dari uraian diatas dari fungsi enzim tersebut maka dapat disimpulkan bahwa fungsi enzim adalah :

1.     Mengatur sebuah reaksi tanpa ikut bereaksi

2.     Mempercepat dan memperlambat reaksi kimia

3.     Menurunkan energi aktivasi sehingga reaksi dapat berlangsung dalam suhu atau kondisi normal, dengan kata lain enzim berfungsi sebagai unsur katalistik atau sebagai katalisator dalam suatu reaksi

Metode Pemurnian enzim

Metode pemurnian enzim terdiri dari:

1.       Dialisis adalah suatu teknik pemisahan dengan cara menggunakan membran yang memisahkan dua fasa cairan. Membran tersebut bersifat semipermeabel terhadap partikel solute. Partikel solute berpindah melalui membran ke larutan dengan konsentrasi rendah. Dialisis digunakan untuk memisahkan garam-garam dari suspensi dalam biokimia dengan tujuan untuk mencegah koagulasi atau penggumpalan.

2.       Elektroforesis adalah teknik memisahkan komponen atau molekul bermuatan berdasarkan perbedaan tingkat migrasinya dalam sebuah medan listrik. Elektroforesis memanfaatkan muatan listrik yang ada pada makromolekul.

3.       Kromatografi adalah suaru teknik memisahkan molekul berdasarkan perbedaan pola pergerakan antara fase gerak dengan fase diam untuk memisahkan komponen (berupa molekul) yang berada pada larutan. Molekul yang terlarut dalam fase gerak akan melewati kolom yang merupakan fase diam.

4.       Presipitasi adalah proses pemisahan partikel non enzim yang bercampur dengan enzim dengan cara pengendapan. Presipitasi dapat dilakukan dengan penambahan senyawa penggumpal seperti ammonium fosfat, asam korbat, garam-garam kalsium, sistein, dan serat selulose.

5.       Sentrifugasi adalah memisahkan larutan dari molekul yang lebih besar dalam skala laboratorium. Pemisahan akan lebih mudah tercapai apabila diameter partikel, besar perbedaan masa jenis partikel dan larutan yang besar, serta fiskositas yang rendah.

6.       Filtrasi adalah kecepatan aliran cairan yang melalui penyaring yang tergantung pada perbedaan tekanan, hambatan oleh materi, kekentalan cairan dan hambatan oleh lapisan yang sudah terbentuk.

Contoh pemurnian enzim:

1.       Pemurnian enzim lipase

2.       Pemurnian enzim papain dari getah papaya

3.       Pemurnian enzim bromelain menggunakan aseton

4.       Pemurnian enzim bromelain menggunakan ammonium sulfat

White-, Red-, Green-, and blue biotechnology

1.         Bioteknologi Putih

Bioteknologi putih adalah penerapan bioteknologi dalam bidang industri, yang mengacu pada penggunaan sel-sel hidup dan / atau enzim  untuk menciptakan produk industri seperti pengembangan dan produksi senyawa baru serta pembuatan sumber energi terbarukan.  Bioteknologi putih juga memiliki satu motto terkenal, yaitu “fuel the world”. Bioteknologi putih berkaitan dengan erat untuk memperbaiki bumi, yaitu  dengan memanipulasi mikroorganisme seperti misalnya bakteri dan khamir/ragi, enzim-enzim juga organisme lebih baik telah tercipta untuk mempermudah proses produksi dan pengolahan limbah produksi.Bioteknologi putih secara luas dianggap sebagai mewakili langkah evolusi berikutnya menuju industri manufaktur kimia yang berkelanjutan dan ramah lingkungan. Salah satu faktor yang merusak atmosfer bumi adalah karbon dioksida yang dihasilkan oleh pembakaran di pabrik maupun kendaraan bermotor. Bioteknologi putih memperkirakan semuanya itu. Pembuatan cerobong asap dengan prinsip koagulasi memungkinkan gas karbon dioksida yang dihasilkan pabrik dapat dikumpulkan dan tidak lepas ke udara bebas. 
Contoh produk yang dihasilkan: tempe dan pembuatan bir 

 2. Bioteknologi Merah

Bioteknologi merah mewakili bioteknologi dalam bidang kesehatan. Dengan mottonya “heal the world”, bioteknologi merah menghasilkan banyak produk yang berperan serta dalam meningkatkan taraf kesehatan umat manusia. Cakupannya meliputi seluruh spektrum pengobatan manusia, mulai dari tahap preventif, diagnosis, dan pengobatan. Contoh penerapannya adalah pemanfaatan organisme untuk menghasilkan obat antibiotik dan vaksin, penggunaan sel induk untuk pengobatan regeneratif, serta terapi gen untuk mengobati penyakit genetik dengan cara menyisipkan atau menggantikan gen abnomal dengan gen yang normal. Bioteknologi merah memiliki beberapa produk yang saat ini masih menjadi kontroversi seperti cloning (kloning) yaitu penggandaan suatu makhluk hidup dan rekayasa genetika. Dengan kloning, sangat memungkinkan dibuat suatu organisme baru yang sangat persis dengan aslinya, baik itu manusia maupun hewan. Contoh nyata hasil kloning adalah eve (manusia kloning pertama) dan domba Dolly. Sedangkan rekayasa genetika memungkinkan untuk memodifikasi kecacatan atau kekurangan pada makhluk hidup. 
Contoh penerapan: pemanfaatan organisme untuk menghasilkan obat dan vaksin (penggunaan sel induk untuk pengobatan regeneratif, serta terapi gen untuk mengobati penyakit genetik).

3.         Bioteknologi Biru

Bioteknologi biru adalah bioteknologi yang bergerak dalam bidang perairan dan kelautan. Bioteknologi biru berupaya untuk mengembalikan keseimbangan ekosistem laut sebagai akibat dari pemanasan global. Namun, bioteknologi biru juga dapat menjadi industri yang hebat tanpa merusak lingkungan. Salah satunya adalah produksi nori (rumput laut) secara masal, rekayasa genetika pada ikan untuk memodifikasi ukuran ikan, dan pembuatan golden pearl di Philipina. Golden pearl adalah mutiara berwarna emas yang dihasilkan oleh tiram-tiram mutiara yang telah direkayasa genetikanya, sehingga dapat menghasilkan mutiara yang berkilauan seperti emas.

            Salah satu contoh bioteknologi biru yang paling tua adalah akuakultura, menumbuhkan ikan bersirip atau kerang-kerangan dalam kondisi terkontrol sebagai sumber makanan, (diperkirakan 30% ikan yang dikonsumsi di seluruh dunia dihasilkan oleh akuakultura). Perkembangan bioteknologi akuatik termasuk rekayasa genetika untuk menghasilkan tiram tahan penyakit dan vaksin untuk melawan virus yang menyerang salmon dan ikan yang lain. Contoh lainnya adalah salmon transgenik yang memiliki hormon pertumbuhan secara berlebihan sehingga menghasilkan tingkat pertumbuhan sangat tinggi dalam waktu singkat.

4.         Bioteknologi Hijau

Bioteknologi hijau mewakili bioteknologi yang bergerak dalam bidang agrikultur dan pangan. Tak mau kalah dengan bioteknologi merah, bioteknologi hijau memiliki motto “feed the world”. Sesuai dengan mottonya, bioteknologi hijau dapat memecahkan masalah pangan di dunia. 

Di bidang pertanian, bioteknologi telah berperan dalam menghasilkan tanaman tahan hama, bahan pangan dengan kandungan gizi lebih tinggi dan tanaman yang menghasilkan obat atau senyawa yang bermanfaat. Sementara itu, di bidang peternakan, binatang-binatang telah digunakan sebagai "bioreaktor" untuk menghasilkan produk penting contohnya kambing, sapi, domba, dan ayam telah digunakan sebagai penghasil antibodi-protein protektif yang membantu sel tubuh mengenali dan melawan senyawa asing (antigen).

GM Food (Genetically Modified Food) adalah salah satu produk bioteknologi hijau yang sangat terkenal. GM Food memiliki komposisi gizi yang dapat diatur sesuai kebutuhan gizi manusia. Salah satu produk GM Food adalah makanan-makanan yang telah difortivikasi dengan vitamin maupun mineral, seperti margarin dan mentega yang difortivikasi dengan vitamin A.
Golden rice merupakan perbincangan hangat di kalangan ilmuwan bioteknologi. Golden rice merupakan hasil rekayasa pada padi, sehingga bulir-bulir padi yang dihasilkan berwarna kuning keemasan karena telah difortivikasi dengan beta karoten. Golden rice dibuat untuk menanggulangi defisiensi vitamin A pada anak-anak kecil di Afrika.
Contoh penerapan: di bidang pertanian = mikroorganisme lokal pembuatan pupuk organik, fermentasi dan menghasilkan tanaman tahan lama, bahan pangan dengan kandungan gizi lebih tinggi; di bidang peternakan = aplikasi bioteknologi hijau digunakan untuk bioreaktor pada ternak guna menghasilkan produk penting seperti kambing, sapi domba dan ayam sebagai penghasil antibodi protein protektif yang membantu sel tubuh mengenali dan melawan senyawa asing (anti gen)

DAFTAR PUSTAKA

http://sumaryati-syukurunand.blogspot.co.id/2011/03/bioteknologi-adalahcabang-ilmu-yang.html

http://smart-pustaka.blogspot.co.id/2013/09/bioteknologi.html

Yusof, Farahwahida Mohd., A. S. Rosman., S. Mahmood., S. H. M. Sarip dan T. U. Noh. 2013. Green technology management in the muslim word. J. Technology. 65 (1) : 107 - 115

IMOBILITAS ENZIM

PENGERTIAN :

Imobilisasi enzim adalah proses menggabungkan suatu enzim dengan suatu matriks padat (support) secara fisik, sehingga dapat digunakan secara berulang kali dan secara kontinyu. Teknik ini dikembangkan untuk memperbaiki beberapa kekurangan penggunaan enzim tersebut.

Teknik Imobilisasi Enzim (Chibata, 1978)  : merupakan Enzim yang secara fisik ditempatkan di dalam suatu daerah/ruang tertentu, sehingga dapat menahan aktivitas katalitiknya serta dapat digunakan secara berulang-ulang dan kontinyu.

Metode imobilisasi enzim

Bentuk enzim imobil : Partikel, membran, selongsong atau serat

Keterangan metode imobilisasi enzim :

1.     “Carrier Binding : Enzim yang  diikat pada “carrier” (matriks) yang tidak larut air.dibagi menjadi 3 jenis yaitu :1.) Adsorbsi fisik, mudah dilakukan dan ekonomis, Enzim diadsorbsi pada permukaan “carrier”. Kelebihan :  Kondisi lunak → aktivitas enzim tetap tingg, Dapat diregenerasi.  Kelemahan : Kekuatan ikatan lemah ⇒ pH atau kekuatan ion berubah mengakibatkan terjadinya bocor, Enzim dirusak oleh m.o/enzim proteolitik. 

                     2.) Ikatan Ionik, terjadi ikatan ionik antara enzim dengan “carrier” yang tidak larut air dan mengandung residu penukar ion (R).  Kelebihan dan kekurangan sama dengan cara adsorbsi.

                     3.)  Ikatan Kovalen,  terbentuk ikatan kovalen antara enzim dengan “carrier” tidak larut dalam air ⇒ ikatan kuat & tdk bocor

2.     Cross Linking (Ikatan Silang) : Terjadi ikatan kimia, tetapi tidak digunakan carrier tidak larut air ⇒ Pembentukan ikatan melintang inter molekuler antara moleklul enzim dengan pereaksi bifungsional atau multifungsional.

3.     Entrapping (penjeratan) : Lokalisasi enzim dalam kisi matriks atau mikrokapsul (membran semipermeabel) ⇒ Enzim tidak terikat pada matriks gel atau membran.  

ü  Tipe kisi (lattice type)

Metode penjeratan tipe kisi meliputi penjeratan enzim dalam bidang batas (interstitial space) dari suatu ikat – silang polimer yang tidak larut dalam air misalnya gel matriks.

ü  Mikrokapsul

Penjeratan dengan cara mikrokapsul melibatkan pelapisan enzim dengan membrane polimer semipermeable. Prosedur untuk mikro enkapsulasi enzim dapat dibagi ke dalam tiga kategori, yaitu:

-Polimerisasi interfasial

-Pengeringan cair (liquid drying)

-Pemisahan fase (phase separation)

Keuntungan Imobilisasi

Menurut Messing,1975 disitasi oleh Smith, 1990  yaitu:

1.     Dapat digunakan berulang

2.     Penghentian proses cepat  (diambil dengan filtrasi, laju alir <<)

3.     Kestabilan lebih baik dengan adanya ikatan dengan adanya ikatan pada imobilisasi.

4.   Hasil tidak terkontaminasi enzim Îuntuk pangan dan farmasi

5.  Dapat digunakan untuk tujuan analisis, misalnya menentukan umur tengah enzim dan

     perkiraan penurunan aktivitas

6.  Dapat digunakan untuk proses kontinyu

7.  Pengontrolan lebih baik

PEMURNIAN ENZIM

Tujuan pemurnian enzim adalah untuk mengidentifikasi fungsi dan struktur protein.

Beberapa teknik pemurnian enzim

·       Sentrifugasi

Metode ini dipilih untuk memisahkan larutan dari molekul yang lebih besar dalam skala laboratorium. Sentrifugasi jarang digunakan dalam skala besar atau industry karena kapastitasnya yang kecil dan dibutuhkan kecepatan yang sangat tinggi. Diameter partikel yang besar, perbedaan massa jenis partikel dan larutan besar, serta viskositas larutan yang rendah akan mempermudah terjadinya pemisahan. Kecepatan sudut yang tinggi, radius putaran yang besar, dan lapisan cairan yang tipis dapat mempercepat proses.

·       Filtrasi

Filtrasi merupakan pemisahan padatan dari sejumlah larutan melalui sebuah penyaring sehingga partikel padat akan tertahan di penyaring tadi. Kecepatan aliran cairan yang melewati penyaring bergantung pada perbedaan tekanan, hambatan oleh materi, kekentalan cairan, dan hambatan oleh lapisan yang sudah terbentuk. Hal ini menyebabkan keefektifan penyaringan yang mula-mula tinggi menurun drastic dengan semakin banyaknya materi yang tersaring. Penyaring yang biasa dipakai merupakan filter press dan rotary drum filter.

·       Flokulasi dan koagulasi

Teknik ini baik digunakan sebelum sentrifugasi atau filtrasi. Pada cairan yang sangat encer, flokulasi terjadi dengan penambahan suatu reagen. Koagulasi merupakan adhesi spontan antar partikel bila muatan partikel yang satu dapat dinetralkan oleh muatan partikel lain. Teknik ini dapat diterapkan untuk pengendapan seluruh pecahan sel, atau larutan protein.

·       Ultra filtrasi dan Osmosa Balik

Pada ultrafiltrasi, molekul-molekul dipaksa melewati suatu membrane dengan ukuran pori sangat kecil dengan menggunakan tekanan hidraulik. Pada osmosa balik ukuran pori sedemikian kecilnya sehingga yang dapat menembus melalui membrane hanya molekul-molekul pelarut. Osmosa balik sering dipakai untuk pemekatan enzim sedangkan ultrafiltrasi digunakan untuk fraksionasi protein berdasarkan ukurannya.

·       Kromatografi

Kromatografi merupakan cara pemisahan berdasarkan perbedaan interaksi antara komponen-komponen yang akan dipisahkan dengan fasa diam dan fasa gerak.

ü  Kromatografi gel filtrasi

Prinsip dari teknik filtrasi gel (kromatografi filtrasi gel) adalah pemisahan molekul berdasarkan perbedaan ukurannya. Perlakuan enzim selanjutnya adalah pemurnian berdasarkan ukuran dengan kolom kromatografi filtrasi gel menggunakan sephadex G-100.

ü  Kromatografi penukar ion

Dalam kromatografi kolom penukar ion terdapat dua fasa, yaitu fasa diam dan fasa gerak. Syarat-syarat bahan yang bisa digunakan untuk fasa diam adalah tidak terlarutpada fasa gerak, stabil pada kondisi proses yang dikehendaki dan mampu menyerap zat-zat yang dipisahkan. Sedangkan bahan yang bisa dipakai sebagai fasa gerak harusmempunyai sifat - sifat tidak melarutkan fasa diam, stabil terhadap kondisi proses danmampu melepaskan atau melarutkan unsur - unsur atau ion - ion yang terserap/terikatpada fasa diamnya, dengan besar kelarutan yang berbeda - beda. Bahan yang dipakai untuk fasa diam adalah resin penukar ion. Resin penukar ion ini dapat menyerap ion – ion yang dipisahkan, dengan menukarkan ion - ion yang sesuai antara ion fasa diamnyadengan ion pada fasa geraknya. Dalam proses pertukaran ion, fasa gerak bertugasmengambil kembali ion-ion yang terkait pada penukar ion dengan jalan mengalirkannyamelalui tumpukan penukar ion. Pada umumnya proses ini berlangsung pada sebuahkolom, dan fasa gerak ini dialirkan dari atas ke bawah dengan kecepatan tertentu,sehingga mampu menyebabkan reaksi pertukaran ion ketika fasa gerak mengalir melaluitumpukan resin penukar ion

ü  Kromatografi afinitas

Pemurnian enzim atau protein menggunakan teknik kromatografi afinitas pada saat ini sangat popular dan menjadi pilihan utama. Pemurnian ini dilakukan berdasarkan afinitas enzim atau protein terhadap biomolekul lain (ligan), misalnya enzim terhadap inhibitor, substrat atau produknya, afinitas antibody terhadap antigennya, atau afinitas hormone terhadap reseptornya. Prinsip kromatografi afinitas adalah pengikatan spesifik ligan dengan reseptor. Jadi, dalam kromatografi afinitas minimum harus ada dua senyawa yang berikatan spesifik. Dalam proses pemurnian satu tahap menggunakan kromatografi afinitas diperlukan interaksi spesifik antara protein rekombinan dengan suatu ligan. Keterbatasan metode ini adalah protein rekombinan yang akan dimurnikan harus berinteraksi secara spesifik dengan suatu ligan. Jadi, jika tidak diketahui ligan yang dapat berinteraksi secara spesifik maka tidak dapat dilakukan pemurnian satu tahap.

Pertimbangan Penggunaan Enzim Imobil untuk Industri :

1.   ™ Biaya pembuatan enzim imobil “carrier” sering mahal & sulit diperoleh ™

2.  Aktivitas enzim imobil mengalami penuruanan aktivitas dpt menyebabkan konversi rendah

3.  Kestabilan enzim imobil penting untuk menjaga keseragaman produk & tingkat konversi yang tinggi karena dapat menyebabkan rendemen rendah & waktu lbh lam™

4.    Kemudahan regenerasi enzim