Ilovepdf_merged (2).pdf

Enzim Fumarase

Oleh : Kelompok 7: Aini Hafizah

1807113178

Irfan Alfandi

1807113204

Melyana Thoresia Manalu

1807113181

Muhammad Afdil

1807111742

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA S-1 FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU 2019

BAB I PEMBAHASAN Asam fumarat merupakan senyawa kimia yang memiliki rumus kimia HO2CCH=CHCO2H. Senyawa ini berupa senyawa kristal dan merupakan isomer asam dikarboksilat tak jenuh asam maleat. Senyawa ini memiliki rasa seperti buah-buahan. Garam dan ester asam fumarat dikenal sebagai fumarat. Sifat-sifat kimia asam fumarat dapat terlihat dari gugus fungsinya. Asam lemah ini dapat membentuk diester, mengalami adisi di ikatan gandanya, dan merupakan dienofil yang baik. Asam fumarat berbentuk kristal putih dan mempunyai rumus molekul C4H4O4. Proses produksi asam fumarat ini menggunakan bahan baku butena. Selain itu, asam fumarat juga dapat dibuat dari fermentasi jus apel menggunakan jamur Rhizopus nigricans. Bahan baku butena yang dalam ini berupa fasa gas mempunyai rumus molekul C4H8 dengan flash point -112 oF. Pada Enzim fumarase dapat terjadi defesiensi, yang disebabkan oleh mutasi gen yang mengkode fumarase. Kekurangan enzim fumarase menyebabkan ensefalopati, retardasi wajah yang berat, fitur wajah yang tidak biasa, kelainan otak, dan serangan epilepsi karena jumlah abnormal rendah fumarase dalam sel. Pola penurunan penyakit ini disebut autosomal resesif. I.1. Pemilihan Proses Asam fumarat pertama kali dibuat dari asam suksinat. Cara sintesis tradisional melibatkan oksidasi furfural (dari hasil pemrosesan jagung) menggunakan natrium klorat dengan keberadaan katalis berbasis vanadium. Zaman sekarang, sintesis asam fumarat dalam skala industri kebanyakan berdasarkan isomerisasi katalitik asam maleat (yang bisa didapatkan dalam jumlah besar dari hidrolisis maleat anhidrat, yang diproduksi dari oksidasi katalitik benzena atau butana) dalam larutan akuatik. Pada saat ini, kebanyakan asam fumarat diproduksi dari benzena, butana, dan butena. Asam fumarat yang dibuat dari butena dilakukan dengan tiga tahap reaksi yaitu adalah oksidasi butena

menjadi maleat anhidrat dilanjutkan oleh hidrolisis maleat anhidrat menjadi asam maleat dan yang terakhir adalah asam maleat diisomerisasi menjadi asam fumarat. 1. Reaksi Kimia Butena adalah bahan baku dari pembuatan asam fumarat. Tahap pertama dari proses produksi asam fumarat yaitu adalah oksidasi butena yang akan menghasilkan maleat anhidrat. Mekanisme reaksinya adalah sebagai berikut : Reaksi utama: C4H8 + 3O2

4H2O3

+ 3H2O

Reaksi samping: C4H8 + 6O2 C4H8 + O2 C4H8 + O2

2

+ 4H2O

2H4O 6H6O

+ H2O

Maleat anhidrid yang terbentuk ditambahkan pada aquadest yang telah dididihkan. Dalam hal ini aquadest berfungsi sebagai pelarut sehingga mempermudah terjadinya pembukaan ikatan pada senyawa siklik dari anhidrida maleat dan terbentuknya karbokation. Mekanisme reaksinya sebagai berikut:

Gambar 1.1. Mekasnisme reaksi pengubahan asam maleat menjadi Fumarat Reaksi hidrolisis tersebut akan membentuk asam maleat. Sebagian asam maleat mengkristal dalam air, karena kelarutan asam maleat dalam air adalah sekitar 44,1 g/100 g air pada 25°C. Sebagian asam maleat lainnya larut dalam air,

yang kemudian digunakan untuk mengubah menjadi asam fumarat. Mekanisme reaksi pengubahan asam maleat menjadi asam fumarat sebagai berikut:

Gambar 1.2. Mekasnisme perpindahan elektron pada reaksi asam maleat Larutan filtrat asam maleat dari proses sebelumnya ditambahkan HCl pekat dan direfluks perlahan-lahan. Dalam hal ini HCl pekat berfungsi sebagai katalis yang digunakan untuk memprotonasi salah satu gugus karbonil sehingga ikatan rangkap pada atom karbon dapat beresonansi dan terjadi rotasi pada ikatan tunggal, selanjutnya ikatan rangkap beresonansi kembali. Setelah dilakukan refluks mulai terbentuk endapan kristal asam fumarat dari larutan panas. Larutan didinginkan pada suhu kamar dan direkristalisasi dengan air. Pada tahap rekristalisasi digunakan air sebagai pelarut yang sesuai karena asam fumarat termasuk senyawa yang polar sehingga akan larut dalam pelarut yang polar pula. 2. Katalis Dalam reaksi oksidasi yang terjadi, katalis yang digunakan adalah Vanadium Phosphorus Oxide (VPO). Katalis ini memiliki komposisi berikut vanadium (9,53 %), oksigen (77,74 %), phospat (12,74 %). Susunannya berupa macroporus VPO phases dengan template berupa polysterene spheres. Massa jenis katalis ini 4,339 g/cm3 dengan surface area-nya 38,2 m2/g. Harga katalis ini sekitar 1200 – 1300 USD per tonnya. Sedangkan untuk reaksi isomerisasi digunkan katalis Ammonium Bromide (NH4Br). Katalis ini memiliki bulk density

sebesar 600 g/L. Bentuknya berupa kristal berwarna putih yang dilarutkan dalam air. Harga katalis ini sekitar 1500 – 3500 USD per tonnya. 3. Justifikasi Proses yang Dipilih Proses yang dipilih untuk perancangan pabrik ini adalah proses berbasis petrokimia. Proses ini membutuhkan 3 tempat untuk terjadinya reaksi yang utama. Reaksi oksidasi akan dilakukan di reaktor multitubular, reaksi hidrolisis terjadi di absorber, dan reaksi isomerasi terjadi di reaktor tangki alir berpengaduk dengan bantuan asam klorida. I.2. Market Analysis (Penentuan Kapasitas Pabrik) 1. Potensi Pasar yang Ada Asam Fumarat (HOOCC2H2COOH) adalah senyawa dengan dua gugus karboksilat. Asam fumarat, yang merupakan building block, memiliki cakupan aplikasi yang luas, mulai dari aplikasi untuk produk bernilai jual tinggi seperti bahan tambahan pada makanan dan farmasi hingga aplikasi pada produksi dengan kapasitas besar seperti, BDO (1,4- butanediol), polybutylene terephthalate, tetrahydrofuran, ᵞ-butyrolactane, polyurethane, plasticizer, resin, dan coating (pelapisan). Potensi dari asam fumarat yang sangat besar adalah senyawa ini dapat berfungsi sebagai pengganti maleat anhidrat dalam proses produksi butanediol. Selain itu asam fumarat juga digunakan di industri tinta dan kertas. Dari, sisi harga, pada tahun 2014 asam fumarat berbasis petrokimia berada di kisaran USD 14.000 – 15.000 per metrik ton. Harga dari asam fumarat tentunya dapat diturunkan lagi jika kapasitas produksi global sudah meningkat yang diiringi dengan peningkatan efisiensi teknologi serta performa alat. Di sisi lain harga butena internasional yakni sekitar USD 1400 per ton relatif sangat murah jika dibandingkan harga asam fumarat yang mencapai USD 14.000. Namun dengan perkembangan saat ini tepatnya di tahun 2014 di mana permintaan global asam fumarat juga meningkat. Jadi, pabrik ini tergolong sangat menarik untuk didirikan dengan analisis kuantitatif secara kasar rasio antara harga produk dan bahan baku.

Gambar 1.3. Potensi Penggunaan Asam Fumarat

Gambar 1.4. Konsumsi Asam Fumarat di Dunia Berdasarkan Negaranya (chemical. Salah satu senyawa derivatif dari asam fumarat adalah Poly Buthylene Terphthalate (PBT). Karena semakin naiknya harga dari polipropilen dan polietilen, pemakaian PBT diprediksi akan tumbuh cepat di masa depan. Seiring dengan berkembangnya isu-isu lingkungan, PBT merupakan produk “hijau” dibandingkan polipropilen dan polietilen karena PBT bersifat biodegradable. Menurut Frost dan Sullivan, investasi di bidang pasar rekayasa plastik di Asia Tenggara tumbuh 10-15% per tahun dalam delapan tahun terakhir. Pada tahun 2011, investasinya sebesar 6 miliar EURO. Sedangkan permintaan plastik di Indonesia mencapai 2,1 juta ton di tahun 2012. 2. Kapasitas Pabrik yang Sudah Ada Di China tepatnya di Changzaou, produksi asam fumarat cukup besar yaitu sekitar 150.000 metrik ton per tahun, seperti yang dilaporkan oleh Changzhou Yabang Chemical Co.,Ltd. Perusahaan ini menyuplai bahan baku dari asam fumarat untuk memproduksi resin poliester tak jenuh di dunia. Sedangkan di pabrik lain yang juga di China, tepatnya di Anhui, Anhui Sealong Biotechnology Co. Ltd. juga memproduksi asam fumarat namun dengan kapasitas 20.000 ton per tahun. Di India juga terdapat pabrik asam fumarat dengan kapasitas 14.000 ton per tahun yaitu Thirumalai Chemicals Ltd. Pabrik ini menyuplai asam fumarat sejak

tahun 1992 sebagai fine chemical, sedangkan suplai asam fumarat untuk industri makanan dimulai pada tahun 1996. 3. Kapasitas Produksi yang Optimum Kapasitas produksi yang optimum didasarkan oleh trend penggunaan asam fumarat di dunia pada tabel I dan butena sebagai raw material yang tersedia. Dimisalkan jangka waktu dari studi kelayakan sampai dengan pabrik siap produksi 100%, yang termasuk di dalamnya adalah pembangunan pabrik dan commisioning, adalah 3 tahun dimulai dari 1 Januari 2016. Jadi pabrik ini siap menyuplai kebutuhan asam fumarat mulai aktif beroperasi selama 10 tahun dimulai dari 1 Januari 2017 sampai 31 Desember 2027. Berdasarkan aspek suplai bahan baku, jumlah butena yang di Indonesia sudah mencukupi. Kebutuhan plastik di Indonesia akan meningkat, maka sebagai bahan baku plastik, asam fumarat produksinya mampu ditingkatkan dari pabrik-pabrik yang sudah ada sebelumnya. Pada tahun 2014 produksi butena di Indonesia mencapai 100466,1 ton/tahun. Dengan demikian pemenuhan bahan baku telah terpenuhi, sehingga desain kapasitas produksi pabrik sebesar 50.000 ton per tahun menjadi ideal.

DAFTAR PUSTAKA Kuchel, P.H., dan Gregory B.R. 2006. Biokimia. Jakarta: Erlangga. Ngili, Yohanis. 2009. Biokimia: struktur & fungsi Biomolekul. Yogyakarta : Graha Ilmu. Ngili, Y., dan Richardo U. 2015. Enzimologi : sifat, mekanisme, katalisis, dan kinematika enzim. Yogyakarta : Innosain. WirahadiKusumah, Muhamad. 1985. Biokimia: metabolisme energi, karbohidrat, dan lipid. Bandung : ITB.

Enzim dan Metabolisme Karbohidrat

Oleh : Kelompok 7: Aini Hafizah

1807113178

Irfan Alfandi

1807113204

Melyana Thoresia Manalu

1807113181

Muhammad Afdil

1807111742

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA S-1 FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU 2019

A. Enzim Enzim adalah protein yang mengkatalis reaksi kimia. Enzim biasanya terdapat pada konsentrasi yang sangat rendah didalam sel, dimana mereka meningkatkan laju reaksi tanpa mengubah posisi kesetimbangan. Laju reaksi kedepan maupun reaksi kebalikan ditingkatkan oleh faktor yang sama. faktor ini biasanya sekitar 103-1012(Ngili, 2009). Enzim bersifat sangat efisien sebagai katalis biologis selektif. Tiap sel hidup punya ratusan enzim yang mengataliskan reaksi yang esential bagi kehidupan. Bahkan organisme multi sel, komplemen enzim yang ada mendiferensiasi satu tipe sel dari yang lain. Kebanyakan reaksi yang dikataliskan oleh enzim tidak berlangsung pada laju signifikan dalam kondisi fisiolgis tanpa enzim. Reaksi katalis enzim atau reaksi enzimatik adalah 103- 107 kali lebih cepat daripada reaksi tanpa katalis (Ngili dan Ricardo, 2015). Enzim sangat spesifik untuk reaktan atau substrat yang dikerjakan, derajat spesifitas substrat bervariasi. Sebagian enzim bekerja pada kelompok substrat berkaitan, yang hanya pada satu senyawa. Banyak enzim mengeluarkan stereospesifitas, berarti bahwa mereka bekerja hanya pada satu stereoisomer substrat. Sebagian reaksi enzim berfungsi sebagai titik kontrol dalam metabolisme. Metabolisme diatur dalam berbagai cara, termasuk perubahan dalam konsentrasi enzim, substrat, dan inhibitor enzim dan modulasi level aktivitas enzim tertentu. Nama enzim diambil dari kata yunani yang berarti “dalam ragi”. Ini menandakan bahwa katalis ini ada dalam sel. Pada akhir 1980an, ilmuan mempelajari fermentasi gula oleh sel ragi. Vitalists (yang mempertahankan bahwa senyawa organik hanya bisa dibuat oleh sel hidup) berkata bahwa sel utuh diperlukan untuk fermentasi. Pada mekanis mengkalim bahwa enzim dalam sel ragi mengkatalis reaksi fermentasi. Kesimpulan akhir didukung oleh pengamatan bahwa ekstrak bebas sel ragi bisa mengkatalisis fermentasi. Penemuan ini lalu diikuti oleh identifikasi reaksi-reaksi individu dan enzim yang mengkatalisnya.

Meskipun fenomena fermentasi dan pencernaan telah dikenal, tetapi penjelasan pertama tentang enzim baru dibuat oleh payen dan persoz ketika mereka menemukan bahwa endapan alkohol dari ekstrak ragi mengandung suatu zat yang tidak tahan panas yang dapat mengubah tepung menjadi gula. Zat ini disebut sebagai diastase (dalam bahasa yunani berarti “pemisahan”) karena kemampuannya untuk memisahkan dekstrin yang dapat larut dengan butiran tepung yang tidak larut. Diastase menjadi istilah yang biasa digunakan untuk pencampuran enzim ini sampai tahun 1989, ketika duclaux mengusulkan penggunaan akhiran ase dalam nama enzim(Ngili, 2009). B. Klasifikasi Umum Enzim Semua Enzim diberi nama menurut sistem yang dirancang oleh komisi enzim (Enzyme Commission, EC) dari International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), dan berdasarkan pada tipe reaksi yang dikatalis enzim tersebut. setiap tipe enzim mempunyai empat digit nomor EC yang spesifik, serta nama yang kompleks namun jelas dan bisa menepis kebingungan tentang enzimenzim yang mengkatalisis reaksi yang serupa tetapi tidak identik(Ngili dan Ricardo, 2015) Berikut kelas-kelas utama enzim: Digit

Kelas Enzim

Tipe reaksi yang dikatalisis

Pertama EC 1

Oksodoreduktase Oksidasi-Reduksi. Pendonor hidrogen atau elektron adalah salah satu substratnya.

2

Tranferase

Transfer gugus Kimia dari bentuk umum A-X+B→A+B-X

3

Hidrolase

Pemotongan Hidrolitik pada C-C, C-N, C-O, dan Ikatan Lainnya

4

Liase

Pemotongan (Bukan Hidrolitik) pada C-C, CN, C-O, dan Ikatan Lainnya, meni ggalkan ikatan rangkap; atau alternatifnya yakni

penambahan

gugus

pada

suatu

ikatan

rangkap. 5

Isomerase

Perubahan penataan

geometrid

(Spasial)

suatu molekul. 6

Ligase

Ligasi

(menghubungkan)

dua

molekul

dengan mengikutsertakan hidrolisis senyawa yang memiliki △G besar untuk hidrolisis. C. Metabolisme Karbohidrat 1. Metabolisme Metabolisme adalah segala proses reaksi kimia yang terjadi dalam makhluk hidup, mulai dari makhluk ber sel satu yang paling sederhana seperti bakteri protozoa, jamur, tumbuhan, hewan ; sampai kepada manusia, makhluk yang susunan tubuhnya sangat kompleks. Didalam proses ini makhluk hidup dapat mengubah, dan memakai senyawa kimia dari sekitarnya untyk mempertahankan kelangsungan hidupnya(Wirahadikusuma, 1985) Metabolisme meliputi proses sintesis dan proses penguraian senyawa atau komponen kehidupan dalam sel hidup. Proses sintesis itu disebut anabolisme dan proses penguraiannnya disebut proses katabolisme. Semua reaksi metabolisme dikatalisis oleh enzim , termasuk reaksi yang sederhana seperti penguraian asam karbonat menjadi air dan karbondioksida, proses pemasukan dan pengeluaran zat kimia dari dan kedalam sel melalui membran; proses biosintesis protein yang panjang dan rumit ataupun proses penguraian bahan makanan dalam sistem pencernaan, penyerapan hasil penguraian tersebut, serta penyebaran keseluruh bagian tubuh yang memerlukannya. Hal lain yang penting dari metabolisme adalah peranannya dalam proses pengawaracunan atau detoksifikasi, yaitu mekanisme reaksi pengubahan zat yang beracun menjadi senyawa tak beracun yang dapat dikeluarkan dari tubuh.

Sebagai contoh dari metabolisme yaitu pada proses pencernaan makanan. Sistem pencernaan pada hakekatnya merupakan saluran pipa panjang kenyal yang berbelok-belok, mulai dari mulut sampai ke anus. Sebagaimana terlihat digambar:

Sumber: Wirahadikusuma, 1985 Gambar saluran pencernaan manusia Polisakarida atau Karbohidrat, yang merupaka salah satu komponen utama bahan makanan, diubah menjadi monosakarida. Protein , komponen utama lainnya, diubah menjadi berbagai asam amino, sedangkan lipid menjadi asam lemak dan gliserol. Dengan demikian pencernaan pada hakikatnya mempunyai peranan menghasilkan molekul yang cukup kecil untuk dapat diserap oleh tubuh melalui dinding usus halus, untuk selanjutnya dibawa oleh aliran darah untuk disebarkan ke seluruh bagian tubuh yang memerlukannya.

Berikut ringkasan proses pencernaan karbohirat, protein, dan lipida.

2. Karbohidrat Istilah karbohidrat pada awalnya digunakan untuk golongan senyawa yang mengandung C, H, dan O yang dianalisis mempunyai rumus (CH2O)n, yaitu senyawasenyawa yang n atom karbonnya tampak terhidrasi oleh n molekul air. Senyawasenyawa ini memiliki sifat sebagai zat pereduksi karena mengandung gugus karbonil seperti aldehida dan keton, dan memiliki gugus hidroksil dalam jumlah yang sangat banyak. Saat ini, istilah karbohidrat mengacu pada polihidroxil-aldehida atau polihidroxil-keton, atau senyawa-senyawa yang diturunkan dari gugus ini(Kuchel, 2006). Terdapat dua jenis monosakarida sederhana, yaitu senyawa polihidroksilik yang mengandung gugus fungsi karbonil: aldosa, yang mengandung gugus aldehida, dan ketossa, yang mengandung gugus keton. Monosakarida sederhana juga dapat digulongkan menurut jumlah atom karbon yang dikandungnya- triosa, tetrosa, pentosa, heksosa, dan lain-lain, yang masing-masing mengandung tiga, empat, lima, atau enam atom karbon. Kedua sistem penggolangan tersebut dapa digabungkan.

3. Metabolisme Karbohidrat Setelah melewati proses penyerapan melalui dinding usus halus, sebagian besar monosakarida dibawa oleh aliran darah ke hati. Didalam hati, monosakarida mengalami proses sintesa menghasilkan glikogen, oksidasi menjadi CO2 dan H2O, atau dilepaskan untuk dibawa dengan aliran darah ke bagian tubuh yang memerlukannya. Sebagian lain dari monosakarida dibawa langsung ke sel jaringan organ tertentu dan mengalami proses metabolisme lebih lanjut. Karena pengaruh beberapa faktor dan hormon insulin yang dihasilkan oleh kelenjar pankreas, hati dapat mengatur kadar glukosa dalam darah, bila kadar glukosa dalam darah meningkat sebagai akibat naiknya proses pencernaan dan penyerapan karbohidrat, sintesis glikogen dari glukosa oleh hati akan naik. Sebaliknya bila kadar glukosa menurun, umpamanya akibat olahraga, glikogen diuraikan menjadi glukosa untuk selanjutnya mengalami proses katabolisme menghasilkan energi(Wirahadikusuma, 1985).

a. Biosintesis dan perombakan glikogen Glukosa 6-fosfat dan glukosa 1-fosfat merupakan senyawa antara dalam proses glikogenesis atau pembentukan glikogen dari glukosa. Proses kebalikannya, penguraian glikogen menjadi glukosa yang disebut glikogenolisis, juga melibatkan terjadinya kedua senyawa antara tersebut tetapi dengan jalur yang berbeda. Senyawa antar UDP-glukosa (glukosa uridin difosfat) terjadi pada jalur pembentukan tetapi tidak pada jalur penguraian glikogen. Demikian pula enzim yang berperan dalam kedua jalur tersebut berbeda.

Sumber: Wirahadikusuma, 1985 Gambar jalan reaksi glikogenesis dan glikogenolisis, UTP = uridin trifosfat. ATP= adenosin Trifosfat. ADP = adenosin difosfat. (P) = gugus fosfat anorganik. UDPglukosa = uridin difosfat glukosa, Enzim : E1 = fosforilase; E2 = fosfoglukomutase; E3 = Fosfatase; E4 = glukokinase; E5 = pirofosforilase; E6 = glikogen sintase. Ppi = asam pirofosfat. b. Glikogenesis Gugus fosfat dan energi yang diperlukan dalam reaksi pembentukan glukosa 6-fosfat dari glukosa diberikan oleh enzim yang berperan sebagai senyawa kimia berenergi tinggi. Sedang enzim yang mengkatalisisnya adalah

glukokinase. Selanjutnya, dengan fosfoglukomutase, glukosa 6-fosfat mengalamin reaksi isomerisasi menjadi glukosa 1-fosfat. Mekanisme reaksi glikogenesis juga merupakan jalur metabolisme umum untuk biosintesis disakarida dan polisakarida. Dalam hal ini UDP-glukosa bereaksi dengan fruktosa

6-fosfat, dikatalisis oleh sukrosa fosfat sintase,

membentuk sukrosa 6-fosfat, yang kemudian dengan enzim sukrosa fosfatase dihidrolisis menjadi sukrosa. c. Glikogenolisis Tahap pertama penguraian glikogen adalah pembentukan glukosa 1-fosfat. Reaksi ini tidak melibatkan UDP glukosa, dan enzimnya adalah glikogen fosforilase. Selanjutnya glukosa 1-fosfat diubah menjadi glukosa 6-fosfat oleh enzim yang sama seperti pada reaksi kebalikannya (glikogenesis) yaitu fosfoglukomutase. d. Pengaturan pembentukan dan penguraian glikogen Enzim yang mengkatalis reaksi pembentukan dan enguraian glikogen adalh masing-masing glikogen sintase dan glikogen fosforilase. Kerja kedua enzim ini diatur oleh beberapa enzim lainnya secara bertahap dan terkoordinasi sedemikian rupa sehinga kedua enzim tersebut dapat berada dalam keadaan bentuk aktif atau tidak aktif. Bila glikogen sintase berada dalam bentuk aktif, glikogen fosforilase berada dalam bentuk tak aktif, dan sebaliknya. Glikogen sintase-I dan glikogen sintesa-D masing-masing adalah bentuk aktif dan tidak aktif enzim pembentuk glikogen, sedangkan glikogen fosforilase-a dan fosforilase-b masing-masing adalah bentuk aktif dan tak aktif dari enzim pengurai glikogen. Perubahan dari glikogen sintase-D ke glikogen sintase-I yang aktif terjadi dengan cara pelepasan gugus fosfat yang terkandung dalam glikogen sintase-D oleh enzim lain yaitu sintase fosfatase. Reaksi kebalikannya, yaitu perubahan dari I ke D terjadi melalui proses fosforilasi sintase-I oleh ATP dan dikatalisis oleh

enzim sintesa kinase, menghasilkan ADP dan glikogen sintase-D. Sintase kinase adalah enzim yang kerjanya dapat dihambat oleh insulin. Kadar glukosa yang rendah dalam darah akan menimbulkan rangsangan kepada kelenjar anak ginjal untuk mensekresi hormon epinefrin yang akan mengurai ATP menjadi AMP melingkar dan PPi dengan cara mengaktifkan adenil siklase. e. Penguraian dan pembentukan glukosa Proses penguraian glukosa menjadi piruvat, alkohol, laktat, atau CO2 dan air dapat berlangsung melalui beberapa jalan metabolisme, tergantung dari keadaan lingkungan, keadaan sel, atau keadaan jasadnya. Satu macam jasad hidup dapat melakukan satu atau lebih metabolisme penguraian glukosa tergantung pada diperlukan atau tidaknya proses penguraian tersebut.

Sumber: Wirahadikusuma, 1985 Gambaran umum proses pernafasan secara keseluruhan

f. Glikolisis dan glikoneogenesis Dengan adanya oksigen (aerob), glikolisis berlangsung menghasilkan piruvat,

atau

tanpa

oksigen

(anaerob)

menghasilkan

laktat.

Glikolisis

menghasilkan dua senyawa karbohidrat beratom tiga dari senyawa beratom enam; pada proses ini terjadi sintesis ATP dari ADP + Pi.

Sumber: Wirahadikusuma, 1985 Gambar Glikolisis (→) dan glikogenesis (--→) secara keseluruhan. Glukogenesis: pembentukan glukosa dari piruvat Bila glikolisis dimulai dari glukosa: Reaksi tahap pertamanya adalah memasukkan satu gugus fosfat dalam molekul glukosa menghasilkan satu gugus fosfat dalam molekul glukosa

menghasilkan glukosa 6-fosfat dengan katalis Mg2+. Reaksi kebalikannya dikatalis oleh enzim glukosa 6-fosfatase. Reaksi tahap kedua mengkatalisis isomerisasi glukosa 6-fosfat menjadi fruktosa 6-fosfat, dikatalis oleh fosfoheksoisomerase yang juga mengkatalis reaksi kebalikannya. Reaksi tahap tiga adalah pemasukan gugus fosfat dri ATP, dikatalisis oleh fosfofruktokinase dengan ion Mg2+ sebagai kofaktor menghasilkan fruktosa 1,6difosfat. Reaksi tahap empat merupakan pemecahan senyawa karbohidrat beratom enam menjadi senyawa beratom tiga, gliseraldehida 3-fosfat dan dihidroksiaseton fosfat dengan dikatalis oleh enzim aldolase yang juga bekerja untuk reaksi kebalikannya. Selanjutnya terjedai reaksi isomerisasi bolak-balik antara kedua senyawa beratom tiga ini dikatalisis oleh triosafosfat isomerase. Reaksi tahap lima merupakan perubahan gliseraldehida 3-fosfat menjadi 1,3-difosfogliserat. Reaksi ini dikatalis oleh enzim gliseraldehida 3-fosfat dehidrogenase dan dirangkaikan dengan reaksi reduksi pembentukan NADH. Reaksi tahap keenam ini dikatalis oleh enzim fosfogliserat kinase menghasilkan asam 3-fosfogliserat. Reaksi tahap kelima dalam urutan tahap glikolisis merupakan reaksi pertama yang menghasilkan energi. Tahap ketujuh adalah isomerisasi asam gliserat 3-fosfat menjadi asam gliserat 2-fosfat, dikatalis oleh fosfogliserat mutase. Selanjutnya di tahap kedelpan enzim enolase melepaskan satu molekul H2O dari asam gliserat 2-fosfat menghasilkan asam fosfoenol piruvat. Reaksi tahap akhir glikolisis adalah pembentukan asam piruvat dari asam enolpiruvat melalui senyawa antara enolpiruvat .

g. Glikolisis Anaerob Dalam keadaan tanpa oksigen respirasi terhenti karena proses pengangkutan elektron yang dirangkaikan dengan fosforilasi oksida melalui rantai pernafasan yang menggunakan molekul oksigen sebagai penerima elektron terakhir tidak berjalan. Akibatnya jalan metabolisme lingkar asam trikarboksilat (daur krebs) akan terhenti pula sehingga piruvat tidak dapat masuk kedalam daur siklus krebs malainkan

dialihkan

dehidrogenase.

pemakaiannya

yaitu

diubah

menjadi

asam

laktat

DAFTAR PUSTAKA Kuchel, P.H., dan Gregory B.R. 2006. Biokimia. Jakarta: Erlangga. Ngili, Yohanis. 2009. Biokimia: struktur & fungsi Biomolekul. Yogyakarta : Graha Ilmu. Ngili, Y., dan Richardo U. 2015. Enzimologi : sifat, mekanisme, katalisis, dan kinematika enzim. Yogyakarta : Innosain. WirahadiKusumah, Muhamad. 1985. Biokimia: metabolisme energi, karbohidrat, dan lipid. Bandung : ITB.

Metabolisme Glukosa Menjadi Aseton

Oleh : Kelompok 7: Aini Hafizah

1807113178

Irfan Alfandi

1807113204

Melyana Thoresia Manalu

1807113181

Muhammad Afdil

1807111742

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA S-1 FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU 2019

Banyak usaha telah dilakukan untuk memanfaatkan bahan limbah yang kaya akan selulose sebagai bahan pakan ternak atau sebagai sumber gizi (substrat) dalam proses fermentasi yang mampu menghasilkan produk yang mempunyai nilai tambah, misalnya asam amino, vitamin, asam, organik, dan larutan solven (aseton dan etanoat), salah satunya proses secara simultan antara proses ensimatik dan proses biologik, seperti pada gambar 1.1

Gambar 1.1 Proses perubahan lignocellulosic menjadi beberapa produk secara simultan antara reaksi ensimatik dan reaksi biologik. Dalam proses hidrolisis selulose dan hemiselulose yang merupakan komponen utama limbah pertanian, akan menghasilkan beberapa campuran gula, misalnya dglukose dan xylose sebagai produk utama. B.macerans,salah satu fakultatif bakteri anaerob yang mampu mengubah dglukose menjadi senyawa asetat, aseton, dan etanol melalui proses glikolisis dan heterofermentasi. Adapun tipe fermentasi d-glukose oleh B.macerans ditandai adanya dua fase: fase pertama merupakan fase pembentukan asam, dengan diikuti oleh turunnya pH serta sel tumbuh secara exponential. Fase kedua disebut fase pembentukan solven, terjadi kenaikan pH, karena sebagian asetat diubah menjadi aseton. Karena ketersedian bahan dalam medium terbatas serta adanya produk yang

bersifat toksik, maka sel akan mengalami pertumbuhan yang tetap, yang akhirnya akan berhenti. Di samping fase pertumbuhan memengaruhi produk yang dihasilkan, ternyata pH medium juga memengaruhi tipe produk yang dihasilkan dari proses fermentasi dglukose oleh B.macerans. Pada pH 6.0, akhir dari proses fermentasinya ditandai dengan pertumbuhan sel yang mampu menghasilkan solven, sedangkan pada pH 7.0, asam asetat merupakan produk utama dari proses fermentasi d-glukose. Sebagai konsekuensi dari pengaruh pH serta perbedaan fase pertumbuhan terhadap tipe fermentasi d-glukose oelh B.macerans, maka sangat dimungkinkan adanya perbedaan dalam level aktivitas enzim pada proses fermentasi d-glukose tersebut. Analisa aktivitas enzim Ensim yang berperan dalam proses fermentasi d-glukose oleh B.macerans adalah: Phosphotransacetylase: aktivitas enzim phosphotransacetyla dikur spektophotometer pada suhu 25ºC, dengan mengukur kadar Coensim-A yang dibebaskan karena adanya penambahan Acetyl co-A sebagai substrat. Coensim-A transferase: pengukuran enzim coensim A transferase ditentukan dengan pengukuran tidak langsung. Acetyl co-A yang terbentuk akan mengalami proses pembebasan Co-A dengan adanya enzim phosphotrasacetylase dan arsenat. Co-A yang dibebaskan akan ditentukan dengan DTNB 5.5’-dithiobis (2-nitro-benzoic acid) Acetatkinase: aktivitas enzim acetatekinase ditentukan dengan mengukur kecepatan terbentuknya senyawa ADP karena adanya pyruvatekinase dan lactatdehidrogenase. Thiolase: enzim thiolase ditentukan berdasarkan reaksi thiolitik di mana acetoacetyl co-A sebagai substrat. Aktivitas enzim tersebut diukur dengan memonitor penurunan Co-A pada panjang gelombang 303 nm. Glyceral dehyde-3-phosphodehydrogenase: metode yang dilakukan untuk analisis enzim tersebut.

Hidrogenase: pengukuran enzim hidrogenase dilakukan pada kondisi anaerob. Aktivitas enzim tersebut dilakukan dengan memonitor reaksi reduksi dari methil viologen. Pyruvat dehydrogenase: penentuan enzim pyruvat dehydrogenase pada dasarnya sama dengan pengukuran enzim hydrogenase. Acetaldehyde reductase dan ethanol dehydrogenase: metode pengukuran kedua enzim tersebut. Sesuai dengan tipe fermentasi d-glukose oleh B.macerans, yang terbagi dalam 2 fase: fase acidogenic ditandai dengan adanya proses pembentukan asetat serta turunnya pH medium. Pada fase ini pula sel tumbuh secara exponential. Fase yang kedua adalah fase solventogenic. Pada fase ini sel memanfaatkan sisa glukose yang tersedia, serta senyawa asetat yang terbentuk untuk disintesis menjadi aseton dan etanol. Hasil dari proses fermentasi secara batch kultur, menunjukkan bahwa pH medium sangat berhubungan dengan produk yang dihasilkan. Batch fermentasi pada pH 6,0 akan menunjukkan bahwa sel mampu memproduksi aseton pada kadar yang lebih tinggi dibandingkan pada pH 7,0. pada pH 7,0 tipe proses fermentasi d-glukose ditandai dengan produksi asetat pada konsentrasi yang tinggi. Dengan demikian, secara garis besar enzim yang berperan dalam proses fermentasi d-glukose oleh B.macerans dibagi menjadi tiga kelompok: 1) enzim yang berperan dalam proses glikolisis, 2) enzim yang memproduksi asam asetat, 3) enzim yang mampu menghasilkan aseton dan etanol. Aktivitas enzim karena perbedaan fase pertumbuhan sel Enzim acetatekinase dan phosphotransacetylase pada fase pertumbuhan awal mempunyai aktivitas yang tinggi daripada fase akhir pertumbuhan. Aktivitas enzim phosphotransacetylase

terjadi

penurunan

kira-kira

sebesar

50%

dari

540

µmole/min/mg protein pada awal pertumbuhan menjadi 250 µmole/min/mg protein

pada akhir pertumbuhan, sedangkan asetatkinase aktivitasnya menurun hanya sebesar 20% dari 52 µmole/min/mg protein menjadi 43µmole/min/mg. Berbeda dengan enzim pembentuk asetat, ternyata enzim yang bertanggung jawab pada pembentukan aseton dan etanol mempunyai tipe aktivitas yang berlawanan. Enzim thiolase dan co-A transferase mempunyai aktivitas yang tinggi pada fase akhir pertumbuhan dibanding dengan fase awal pertumbuhan. Thiolase misalnya mempunyai aktivitas sebesar 2880 µmole/min/mg protein pada akhir pertumbuhan (stationary growth), dan hanya 1120 µmole/min/mg protein pada exponential growth. Begitu juga terjadi pada enzim aceto acetyl co-A transferase secara berturut-turut mempunyai aktivitas sebesar 180 dan 50µmole/min/mg protein pada akhir dan awal pertumbuhan. Metabolisme Lipida dalam Hati Metabolisme lipida dalam tubuh, hati memegang peranan yang penting sebab di dalam organ ini terjadi proses sintesis TG, phosplipid, kolesterol, dan lipoprotein. Juga, di sini terjadi oksidasi -β yang aktif, mengahsilkan energi bagi keperluan berbagai proses metabolisme. Di samping itu, hati masih memiliki peranan yang unik dalam metabolisme lipida, yakni kemampuannya membentuk senyawa-senyawa keton (keton boddies), yang merupakan sumber energi bagi berbagai organ tubuh. Pada keadaan-keadaan tertentu. Asam lemak yang banyak disintesis di hati kemudian dierterifikasi menjadi TG, phosplipid, dan kolesterol ester. Ketiga senyawa ini bersama-sama dengan apoprotein selanjutnya membentuk VLDI (Very Low Density Lipoprotein) untuk ditransport ke jaringan ekstrahepatik, di mana asam lemak dalam TG dibebaskan dari TG tersebut, diesterifikasi kembali. Dengan demikian, hati menghasilkan asam-asam lemak untuk dipakai sebagai sumber energi bagi jaringan-jaringan tubuh/disimpan di jaringan lemak. Selain VLDI, lipoprotein lain yang dibentuk oleh hati adalah HDL (High Density Lipoprotein) yang berfungsi membantu metabolisme kilomikron dan VLDI.

Gambar 1.2 Pengaturan oksidasi asam lemak rantai panjang dalam hati Ketogenesis Ketone bodies (senyawa keton dalam tubuh) adalah hasil oksidasi asam lemak yang tidak sempurna. Ketidakseimbangan hormonal terutama produksi insulin yang tidak cukup untuk mengimbangi aktivitas glukagon di dalam tubuh memungkinkan kondisi metabolisme yang cenderung mengarah ke produksi yang relatif banyak ketone bodies yang disebut ketosis. Pengertian lain Ketogenesis adalah pembentukan keton dari proses glukoneogenesis yang berlangsung dalam hepar. Keton merupakan senyawaan asam bilamana diproduksi berlebihan menyebabkan KETOASIDOSIS atau KETOSIS. Kelainan ini banyak ditemukan pada penderita DM. Seperti telah dijelaskan pada uraian terdahulu, asam lemak dioksidasi dan dibelah menjadi ASETIL KOENZIM A, dan diikuti oleh oksidasi gugus asetil

melalui DAUR ASAM SITRAT (KREB’S CYCLE) pada sel yang sama. Proses seperti ini banyak berlangsung dalam otot (baik otot lurik maupun otot jantung) yang berguna untuk penyediaan energi. Namun demikian di dalam hati dan ginjal, oksidasi asam lemak hanya sampai pada pembentukan ASETOASETAT dengan proses sebagai berikut: Asetil KoA bergabung dengan Asetoasetil KoA dan dikatalisasi enzim hidroksimetil glutaril KoA sintetase membentuk 3-hidroksi-3-metilglutaril KoA dengan melepas satu molekul Koenzim A, selanjutnya dibelah lagi oleh enzim hidroksi di atas menjadi Asetoasetat dengan melepas satu molekul asetil KoA. Asetoasetat ( 3-OKSOBUTIRAT atau D-3HIDROKSIBUTIRAT) kemudian diangkut melalui peredaran, dan mengoksidasinya lebih lanjut pada jaringan lain (OTOT dan OTAK). COO-

COO-

∣

∣

∣

∣

CH2 C=O ∣

CH3 3-OKSOBUTIRAT

CH2

H-C-OH ∣

CH3

D-3 HIROKSOBUTIRAT

1. Asam lemak yang tersimpan di dalam sel-sel adipose dengan cepat dilepas ke aliran darah. Alasan utama terjadinya hal ini adalah jika insulin sangat rendah di dalam darah, karena insulin akan menghambat lipolisis, sebaliknya akan menyimpan lemak. Pertambahan yang berlimpah dari asam lemak di dalam darah akan diambil oleh hati. 2. Oksidasi asam lemak menjadi asetil-CoA mendominasi/melebihi sintesis asam lemak di dalam hati.

3. Karena hati mengambil asam lemak dan memecahkannya menjadi asetil-CoA, kapasitas siklus asam sitrat untuk memproses molekul-molekul asetil-CoA yang dihasilkan menurun. Terutama hal ini karena metabolisme asam lemak menjadi asetilCoA menghasilkan banyak ATP, dan jumlah ATP yang tinggi akan memperlambat aktivitas siklus asam sitrat di dalam sel-sel hati. Pada dasarnya, tidak perlu memakai siklus asam sitrat (yang peranan utamanya mentransfer energi dari bahan bakar untuk digunakan dalam sintesis ATP) jika sel-sel sudah memiliki banyak ATP. Perubahanperubahan metabolisme ini akan memicu sel-sel hati membentuk asetil-CoA dan kemudian menyatukan dua molekul asetil-CoA menjadi senyawa yang mengandung empat atom karbon. Senyawa ini kemudian dimetaboliser dan akhirnya disekresikan ke dalam aliran darah sebagai ketone bodies seperti asam asetoasetat dan senyawa sejenisnya asam beta-hidroksibutirat dan aseton. Kebanyakan ketone bodies akhirnya akan diubah menjadi kembali ke asetil-CoA di dalam sel lain yang memakai ketone bodies sebagai bahan bakar. Kemudian ketone bodies di tolakkan melalui siklus asam sitrat. Salah satu ketone bodies yang terbentuk (aseton) meninggalkan badan melalui paru-paru menyebabkan pernapasan seseorang sebagai karakteristik kondisi ketosis, napas berbau seperti buah. Ketosis pada keadaan lapar atau masa puasa Jika seseorang dalam keadaan puasa, ketersediaan karbohidrat sangat rendah sehingga produksi insulin juga sedikit. Karena rendahnya kadar insulin akan menyebabkan asam lemak banyak terdapat di dalam darah dan akhirnya membentuk ketone bodies. Jantung, otot, dan bagian tertentu dari buah pinggang menggunakan ketone bodies sebagai bahan bakar. Sesudah beberapa hari dalam keadaan ketosis, otak juga mulai memetaboliser ketone bodies untuk energi. Ini adalah suatu respon penyesuaian (adaptive response) yang penting terhadap puasa. Karena semakin banyak sel-sel tubuh mulai menggunakan ketone bodies untuk sumber energi, kebutuhan akan glukosa sebagai sumber energi makin berkurang. Hal ini kemudian

mengurangi kebutuhan bagi buah pinggang dan hati untuk menghasilkan glukosa dari asam amino, akan menghemat protein yang dimanfaatkan sebagai sumber energi. Penghematan jumlah protein dengan cara seperti ini merupakan kunci utama kemampuan utntuk melewati masa puasa atau keadaan lapar. Kematian dapat terjadi bila kira-kira separoh dari protein tubuh berkurang, biasanya sesudah kira-kira 50-70 hari puasa total. Proses Ketogenesis. Proses ketogenesis merupakan proses pembentukan badan-badan keton di mana proses ini terjadi akibat pemecahan lemak dan karbohidrat tidak seimbang. Proses ketogenesis sering terjadi pada keadaan kelaparan dan DM yang tak terkontrol. Asetil KoA yang terbentuk pada oksidasi asam lemak akan memasuki daur asam sitrat hanya jika pemecahan lemak dan karbohidrat terjadi secara berimbang. Karena masuknya asetil KoA ke dalam daur asam sitrat tergantung pada tersedianya oksaloasetat untuk pembentukan sitrat. Tetapi konsentrasi oksaloasetat akan menurun jika karbohidrat tidak tersedia atau penggunaannya tidak sebagaimana mestinya. Oksaloasetat dalam keadaan normal dibentuk dari piruvat. Pada puasa atau diabetes, oksaloasetat dipakai untuk membentuk glukosa pada jalur glukoneogenesis dan demikian tidak tersedia untuk kondensasi dengan asetil KoA. Pada keadaan ini asetil KoA dialihkan kepembentukan asetoasetat dan D3hidroksibutirat. Asetoasetat, D- 3- hidroksibutirat dan Aseton disebut dengan zat keton. Asetoasetat dibentuk dari asetil KoA dalam tiga tahap. Dua molekul asetil KoA berkondensasi membentuk asetoasetil KoA. Reaksi yang dikatalisis oleh tiolase ini merupakan kebalikan dari tahap tiolisis pada oksidasi asam lemak. Selanjutnya astoasetil KoA bereaksi dengan asetil KoA dan air untuk menghasilkan 3 - hidroksi3 – metilglutaril KoA ( HMG - KoA ) dan KoA. Kondensasi ini mirip dengan kondensasi

yang

dikatalisis

oleh

sitrat

sintase.Keseimbangan

yang

tidak

menguntungkan bagi pembentukan asetoasetil KoA diimbangi oleh reaksi ini, yang keseimbangannya menguntungkan karena hidrolisis iaktan tioester. 3 - Hidroksi - 3 metilglutaril KoA kemudian terpecah menjadi asetil KoA dan asetoasetat. Hasil dari keseluruhan reaksi adalah: 2 Asetil KoA + H20

Asetoasetat +2 KoA H+

3–Hidroksibutirat terbentuk melalui reduksi asetoasetat di matriks mitokondria. Rasio hidroksibutirat terhadap astoasetat tergantung pada rasio NADH / NAD+ di dalam mitokondria. Karena merupakan asam keto - β, asetasetat secara lambat mengalami dekarboksilasi spontan menjadi aseton. Bau aseton dapat dideteksi dalam udara pernafasan seseorang yang kadar asetoasetat dalam darahnya tinggi. Asetoasetat adalah merupakan salah satu bahan bakar yang utama dalam jaringan. Situs utama produksi asetasetat dan 3 - hidroksibutirat adalah hati. Senyawa-seyawa ini berdifusi dari mitokondria hati ke dalam darah dan diangkut ke jaringan perifer. Asetoasetat dan 3- hidroksibutirat merupakan bahan bakar normal pada metabolisme energi dan secara kwantitatif penting sebagai sumber energi. Otot jantung dan korteks ginjal menggunakan asetoasetat sebagai sumber energi dibanding glukosa. Glukosa merupakan bahan bakar utama bagi otak dan sel darah merah pada orang yang mempunyai gizi baik dengan diet seimbang. Akan tetapi, otak dapat beradaptasi dan menggunakan asetoasetat dalam keadaan kelaparan dan diabetes. Pada kelaparan berkepanjangan, 75% bahan bakar yang diperlukan oleh otak didapat dari asetoasetat. Asetoasetat dapat diaktifkan melalui pemindahan KoA dari suksinil KoA dalam suatu reaksi yang dikatalisis oleh suatu koA transferase spesifik. Kemudian, asetoasetil KoA dipecah oleh tiolase menjadi dua molekul asetil KoA, yang selanjutnya memasuki daur asam sitrat. Hati dapat membekali organ-organ lain dengan asetoasetat karena hati tidak memiliki KoA transferase spesifik ini. Asam lemak dilepaskan oleh jaringan adiposa dan diubah menjadi unit- unit astil oleh hati, yang kemudian mengeluarkannya sebagai asetoasetat. Kadar

asetoasetat yang tinggi dalam darah menandakan berlimpahnya unit asetil yang menyebabkan berkurangnya laju lipolisis di jaringan adiposa. Asetoasetat atau keton bodies yang diproduksi secara terus menerus akan diDEKARBOKSILASI sehingga terbentuk ASETON dan b-HIDROKSIBUTIRAT. Kedua senyawaan inilah yang dikenal sebagai KETON BODIES. Produksi yang meningkat dari asetoasetat atau keton bodies dalam darah menyebabkan penyakit KETONEMIA, sedangkan proses pembentukan keton (KETOGENESIS) yang cepat sehingga jumlahnya berlebihan akan dibuang bersama urin. Kadar senyawa keton yang tinggi dalam urin dikenal sebagai KETONURIA, sedangkan penderitanya dikenal mengalami gejala KETOSIS. Gejala ketosis sering disertai dengan gejala ASIDOSIS, karena bersama oksibutirat juga terbentuk H+ yang menyebabkan pH darah sangat asam. Beberapa penyebab gejala ketonemia atau ketosis: (1) Keadaan Kelaparan atau STARVATION, (2) Penderita Diabetes mellitus, dan (3) Diet Abnormal. Karena tubuh kekurangan glukosa maka asam lemak akan digunakan secara besar-besaran sehingga produksi aseton tinggi terjadilah Ketosis tersebut. Oleh karenanya diet pada penderita DM harus dikendalikan ketat. Ciri ketosis adalah bau mulut seperti aseton, terutama penderita DM tipe II (berat).

REAKSI REDUKSI

Oleh: Angga Khorniawan

1807113382

Cici Meida Sari

1807111546

Rio Rifaldo

1807112645

Sunariyo

1807111677

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA S-1 FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU 2018

REAKSI REDUKSI Reaksi reduksi ialah reaksi pelepasan oksigen dan reaksi penangkapan elektron. H2O



H2S 

H2 + O2 (reaksi pelepasan oksigen) S+ 2H+ + 2e- (reaksi penangkapan elekton)

Reaksi reduksi juga merupakan reaksi penurunan bilangan oksidasi. HNO3 

NO

+5

+2

Senyawa yang mengalami reaksi reduksi disebut: Oksidator

Contoh reaksi reduksi dalam kehidupan sehari-hari: Dalam kehidupan sehari-hari, Reaksi reduksi selalu dibarengi dengan reaksi oksidasi. Contoh dari reaksi reduksi-oksidasi dalam kehidupan sehari-hari adalah, sebagai berikut: 1. Pembakaran Reaksi pembakaran pada dasarnya merupakan reaksi suatu zat dengan oksidator, biasanya oksigen. Contoh: reaksi pembakaran gas metana yang terkandung dalam LPG. CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(g) 2. Pengolahan logam dari bijihnya Sebagian besar logam diperoleh dengan cara mereduksi bijihnya. Contoh: pengolahan bijih besi. Fe₂O₃(s) + 3CO(g) → 2 Fe(s) + 3CO₂(g) 3. Proses pemutihan Zat

pemutih

adalah

senyawa

yang

dapat

digunakan

untuk

menghilangkan warna benda, seperti pada tekstil, rambut, dan kertas. Penghilangan warna terjadi melalui reaksi oksidasi. Oksidator yang biasa digunakan adalah natrium hipoklorit (NaOCl) dan hidrogen peroksida (H₂O₂). 4. Pelapisan logam dengan logam lain

Pelapisan

logam

menggunakan

listrik

dikenal

dengan

istilah electroplating. Electroplating biasanya dilakukan terhadap logamlogam yang reaktif supaya tahan lama, terhindar dari korosi, dan memiliki penampilan menarik. Misalnya sendok dan garpu makan dilapisi oleh logam nikel atau bemper mobil dilapisi dengan logam kromium. 5. Pengawetan bahan makanan Bahan makanan bisa rusak karena proses oksidasi. Misalnya mentega dan minyak sayur jika dibiarkan lama akan berbau tengik. Untuk menghindari proses oksidasi pada bahan makanan dapat ditambahkan zat antioksidan misalnya BHA dan BHT. 6. Pembuatan biogas Bakteri aerob bekerja terjadi reaksi oksidasi, sedangkan pada saat bakteri anaerob bekerja terjadi reaksi reduksi. Bakteri anaerob bisa digunakan untuk mereduksi senyawa-senyawa organik untuk dimanfaatkan pada proses pembuatan biogas contohnya gas metana (CH₄). 7. Pengolahan limbah cair dengan lumpur aktif Proses pengolahan limbah cair dilakukan melalui tiga tahap, yaitu pengolahan secara fisik, kimiawi, dan biologis. Proses pengolahan secara biologis dilakukan dengan memanfaatkan mikroorganisme sebagai agen pengurai limbah. Mikroorganisme tersebut diperoleh dengan memanfaatkan kerja lumpur aktif. 8. Sel Volta komersial Sel Volta adalah sumber energi listrik siap pakai yang dikemas dalam bentuk dan ukuran sesuai kegunaan. Sel Volta terdiri atas elektroda—anoda dan katoda—tempat terjadinya reaksi redoks. Kedua elektroda ini dicelupkan ke dalam zat kimia yang berperan sebagai medium aliran listrik dan sebagai oksidator atau reduktor. Umumnya, sel Volta komersial berupa sel kering baterai dan accumulator (accu). Jenis baterai bermacam-macam diantaranya baterai seng-karbon, baterai litium, dan baterai nikel-kadmium (nicad). 9. Fotosintesis Fotosintesis merupakan proses yang kompleks dan melibatkan tumbuhan hijau, alga hijau atau bakteri tertentu yang mampu menggunakan

energi dalam cahaya matahari (cahaya ultraviolet) melalui reaksi redoks menghasilkan oksigen dan gula. 10. Baterai Nikel Kadmium Baterai nikel-kadmium merupakan jenis baterai yang dapat diisi ulang seperti aki,baterai HP, dll. Anoda yang digunakan adalah kadmium, katodanya adalah nikel danelektrolitnya adalah KOH. Reaksi yang terjadi: anoda : Cd + 2 OH-→Cd(OH)2+ 2e katoda : NiO(OH) + H2O→Ni(OH)2+ OHPotensial sel yang dihasilkan sebesar 1,4 volt. 11. Baterai alkali Baterai alkali hampir sama dengan bateri karbon-seng. Anoda dan katodanya samadengan baterai karbon-seng, seng sebagai anoda dan MnO2 sebagai katoda.Perbedaannya terletak pada jenis elektrolit yang digunakan. Elektrolit pada bateraialkali adalah KOH atau NaOH. Reaksi yang terjadi adalah: anoda: Zn + 2 OH-→ZnO + H2O + 2e katoda: 2MnO2+ H2O + 2e-→Mn2O3+ 2OHPotensial sel yang dihasilkan baterai alkali 1,54 volt. Arus dan tegangan pada baterai alkali lebih stabil dibanding baterai karbon-seng. 12. Baterai perak oksida Bentuk baterai ini kecil seperti kancing baju biasa digunakan untuk baterai arloji,kalkulator, dan alat elektronik lainnya. Anoda yang digunakan adalah seng,katodanya adalah perak oksida dan elektrolitnya adalah KOH. Reaksi yang terjadi: anoda : Zn→Zn2++ 2 ekatoda : Ag2O + H2O + 2e→2Ag + 2 OHPotensial sel yang dihasilkan sebesar 1,5 volt. 13. Aki Jenis baterai yang sering digunakan pada mobil adalah baterai 12 volt timbal-asam yang biasa dinamakan Aki. Baterai ini memiliki enam sel 2 volt yang dihubungkanseri. Logam timbal dioksidasi menjadi ion Pb2+ dan melepaskan duaelektron di anoda. Pb dalam timbal (IV) oksida mendapatkan

dua elektron danmembentuk ion Pb2+ di katoda. Ion Pb2+bercampur dengan ion SO42- dari asamsulfat membentuk timbal (II) sulfat pada tiap-tiap elektroda. Jadi reaksi yang terjadiketika baterai timbal-asam digunakan menghasilkan timbal sulfat pada keduaelektroda .PbO2+ Pb + 2H2SO4→2PbSO4+ 2H2O Reaksi yang terjadi selama penggunaan baterai timbal-asam bersifat spontan dan tidak memerlukan input energi. Reaksi sebaliknya, mengisi ulang baterai, tidak spontan karena membutuhkan input listrik dari mobil. Arus masuk ke baterai dan menyediakan energi bagi reaksi di mana timbal sulfat dan air diubah menjadi timbal (IV) oksida, logam timbal dan asam sulfat. 2PbSO4+ 2H2O→PbO2+ Pb + 2H2SO4 14. Baterai karbon-seng Sering juga disebut sel kering karena tidak terdapat larutan nelektrolit, yang menggantikannya adalah pasta semi padat. Pasta mangan(IV) oksida (MnO2) berfungsi sebagai katoda. Amonium klorida(NH4Cl) dan seng klorida (ZnCl2) berfungsi sebagai elektrolit. Seng pada lapisanluar berfungsi sebagai anoda.Reaksi yang terjadi : anoda : Zn→Zn2++ 2 ekatoda : 2MnO2+ H2O + 2e-→Mn2O3+ 2OHDengan menambahkan kedua setengah reaksi akan membentuk reaksi redoks utama yang terjadi dalam sel kering karbon-seng. Zn + 2MnO2+ H2O→Zn2++ Mn2O3+ 2OHBaterai ini menghasilkan potensial sel sebesar 1,5 volt. baterai ini bisa digunakan untuk menyalakan peralatan seperti senter, radio, CD player, mainan, jam dansebagainya. 15. Redoks dalam Fotografi Film fotografi dibuat dari plastik yang dilapisi gelatin yang mengandung milyaran butiran AgBr, yang peka terhadap cahaya. Ketika cahaya mengenai butiran-butiran AgBr, terjadilah reaksi redoks sehingga ion Ag+ tereduksi menjadi logamnya, dan ion Br- menjadi gas Bromin.

16. Pernapasan sel Oksidasi glukosa (C6H12O6) menjadi CO2 dan reduksi oksigen menjadi air. Persamaan ringkas dari pernapasan sel adalah: C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O 17. Reaksi dalam sel bahan bakar 2H2+4OH-→4H2O+4e O2(g)+2H2O+4e-→4OHReaksitotal:

2H2(g)+O2(g)→2H2O(l)

18. Las karbits Karbit (CaC2) digunakan dalam proses las karbit dan juga dapat mempercepat pematangan buah. Persamaan reaksi Kalsium Karbida dengan air adalah: CaC2 + 2 H2O → C2H2 + Ca(OH)2 Karena itu CaC2 menghasilkan asetilen yang kemudian dibakar untuk menghasilkan panas yang diperlukan dalam pengelasan. 19. Pada perkaratan besi Pada peristiwa perkaratan (korosi), logam mengalami oksidasi, sedangkan oksigen (udara) mengalami reduksi. Rumus kimia dari karat besi adalah Fe2O3 . xH2O => berwarna coklat-merah. Korosi merupakan proses elektrokimia. Pada korosi besi, bagian tertentu dari besi itu berlaku sebagai anode, dimana besi mengalami oksidasi. Fe(s) —–> Fe2+(aq) +2e ………….. E=+0,44V O2(g) + 2H2O(l) +4e ——–> 4OH- ……. E=+0,40V Ion besi (II) yg terbentuk pd anode selanjutnya teroksidasi membentuk ion besi (III) yg kemudian membentuk senyawa oksida terhidrasi, Fe2O3 . xH2O, yaitu karat besi. 20. Penyapuhan emas Dalam proses penyepuhan dengan emas reaksi yg terjadi adalah reduksi ion-ion emasmenjadi logamnya, Au+ + e- -> Au atau Au3+ + 3e- -> Au2. 21. Peleburan biji logam

Untuk besi, reaksi totalnya adalah 2Fe2O3 + 3C -> 4Fe + 3CO2 Fe2O3 adalah bijih besi (hematit) dengan kokas (karbon/C) sebagai reduktor. 22. Dalam sistem biosensor Sistem biosensor berupa alat pengukur kadar gula dan kolesterol berbasis enzim didalam tanah untuk keperluan medis yang menggunakan teknologi film tebal (thick film). Alat Pengukur kadar gula dan kolesterol dalam darah bekerja menggunakan prinsip elektrokimia amperometrik. Prinsip kerja deteksi dari alatini didasari pada reaksi yang terjadi antara enzim glucose oxidase dan cholesterol oxidase dengan sample darah yang diukur. Proses reaksi kimiawi ini menghasilkan aliran arus listrik yang kemudian diproses oleh signal conditioning dan data akusisi. Hasil proses ini merupakan besar kadar gula dan kolesterol didalam darah. Peralatan ini bersifat portable, kompak dan berdaya rendah 23. Pengolahan Alumunium Cara memperoleh aluminium dengan elektrolisistidak berhasil karena apabila larutan garam alumunium dihidrolisis, air lebih mudah direduksi daripada Ion Alumunium. Hal ini menyebabkan gas Hidrogen yang terbentuk di anoda dan bukannya Alumunium. 24. Pengolahan Magnesium Ion magnesium diendapkan dari air laut sebagai hidroksida, kemudian Mg(OH)2 diubah menjadi kloridanya dengan cara mereduksinya dengan asam klorida. Setelah airnya menguap, MgCl2 dilelehkandan dielektrolisis. Magnesium dihasilkan di katoda dan Klor di Anoda.

Daftar Pustaka Mc. Murry, Jhon, dan Robert C.F., 1998. Kimia(Terjemahan) Edisi Kedua. Erlangga: Jakarta. Syukri, S., Kimia Dasar 1, Penerbit ITB, Bandung, 1999 Syukri, S., Kimia Dasar 2, Penerbit ITB, Bandung, 1999

Enzim dan Enzim pada Protein I. Teori Enzim A. Pengertian Enzim adalah protein yang dihasilkan oleh sel hidup yang mempengaruhi reaksi kimia. Ditinjau dari fungsinya enzim merupakan katalis dalam sistem biologi. Katalis adalah molekul yang berfungsi mempercepat reaksi kimia. Hampir semua enzim merupakan protein. Dua sifat penting enzim adalah memiliki daya katalitik yang sangat besar dan sangat spesifik. B. Daya katalitik enzim Daya katalitik enzim sangat besar, yaitu mampu mempercepat reaksi kimia minimal sejuta kali. Tanpa enzim, kecepatan sebagian besar reaksi kimia di dalam sistem biologi sangatlah rendah sehingga tak dapat diukur. Bahkan reaksi yang sederhana sekalipun seperti hidrasi CO2 harus dikatalisis oleh enzim karbonat anhidrase. Karbonat anhidrase CO2 + H2O―――――――――→H2CO3 C. Spesifitas enzim Enzim sangat spesifik, baik terhadap terhadap jenis reaksi yang dikatalisisnya maupun terhadap substrat atau reaktan yang diolahnya. Gambaran spesifitas enzim\tercantum pada Gambar di ba wah ini. Satu enzim biasanya mengkatalisis sat u jenis reaksi kimia saja, atau seperangkat reaksi yang sejenis. Dalam reaksi enzimatik sangat jarang terjadi reaksi sampingan yang menyebabkan terbentuknya hasil sampin gan yang tak berguna. Gambar Model spesifitas enzim terhadap substrat dan reaksi tertentu

Kompleks enzim-substrat Sebagian besar daya katalitik enzim berasal dari kemampuan enzim menempatkan substrat ke dalam kedudukan yang menguntungkan pada kompleks enzim-sub strat. Enzim memiliki situs aktif, yaitu tempat tertentu pada molekul enzim untuk men gikat substrat. Emil Fischer mengumpamaka n substrat dan situs aktif sebagai anak kunci da n kunci. Lihat Gambar di bawah ini untuk ilustrasi yang lebih jelas.

Gambar Kompleks enzim-substrat D, Klasifikasi enzim Enzim diklasifikasikan berdasarkan tipe reaksi dan mekanisme reaksi yang dikatalisis. Pada awalnya hanya ada beberapa enzim yang dikenal, dan kebanyakan mengkatalisis reaksi hidrolisis ikatan kovalen. Semua enzim ini diidentifikasi dengan menambahkan akhiran –ase pada nama substansi atau substrat tempat enzim bekerja (dihidrolisis). Secara ringkas, sistem penamaan enzim menurut IUB dijelaskan sebagai berikut:

1. Reaksi dan enzim yang mengkatalisis membentuk 6 kelas, masing-masing mempunyai 4- 13 subkelas 2. Nama enzim terdiri atas 2 bagian, pertama menunjukkan substrat dan kedua ditambah dengan –ase yang menunjukkan tipe reaksi yang dikatalisis. Contoh: heksosa isomerase (substrat: heksosa dengan reaksi isomerase). 3. Jika diperlukan, ditambah dengan informasi tambahan tentang reaksi dalam tanda kurung di bagian akhir nama. Contoh: 1.1.1.37 L-malat:NAD + oksidoreduktase (dekarboksilasi). 4. Setiap enzim mempunyai nomor kode (EC) yang terdiri atas: - Digit pertama

: kelas tipe reaksi

- Digit kedua

: subkelas tipe reaksi

- Digit ketiga

: sub-subkelas tipe reaksi

- Digit keempat

: untuk enzim spesifik

: E Cara kerja Enzim 1. Sisi aktif enzim Karakteristik sisi aktif enzim: 1. Merupakan bagian kecil dari enzim (Mengapa enzim harus memiliki ukuran besar?) 2. Sisi aktif merupakan suatu cekukan yang bersifat 3 dimensi. 3. Substrat terikat pada sisi aktif dengan interaksi atau ikatan yang lemah. 4/ Spesifitas enzim dipengaruhi oleh asam amino yg menyusun sisi aktif suatu enzim \Gambar sisi aktif enzim dan asam amino yang terlibat

Sisi aktif mempunyai 2 bagian yang penting: 1. Bagian yang mengenal substrat dan kemudian mengikatnya 2. Bagian yang mengkatalisis ngkatalisis reaksi, setelah substrat diikat oleh enzim Asam amino yang membentuk kedua bagian tersebut tidak harus berdekatan dalam urutan secara linear, tetapi dalam konformasi 3D mereka berdekatan. 2.. Mekanisme reaksi enzim Molekul selalu bergerak dan bertumbukan satu sama lain. Jika suatu molekul substrat menumbuk molekul enzim yang tepat, substrat akan menempel pada enzim. Ada dua teori mengenai kerja enzim, yaitu teori lock and key (gembok – ana k kunci) dan induced fit (kecocokan terinduuksi). uksi). Berikut mekanisme cara kerja enzim: 1. Teori Gembok - anak kunci Bentuk substra t sesuai dengan sisi aktif, seperti gembok cocok dengan anak kuncinya. Hal itu menyebabkan enzim bekerja secara spesifik. Substrat yang mempuyai me bentuk rua ng yang sesuai dengan sisi aktif enzim akan berkaitan dan membentuk kompleks transisi enzim – substrat. Senyawa transisi i ni tidak stabil sehingga pembentuka n produk berlangsung dengan sendirinya.

2. Teori Induced Fit (Koshland) Reaksi antara substrat dengan enzim berlangsung karena adanya induksi molekul substrat terhadap molekul enzim. Menurut teori ini, sisi aktif enzim bersifat fleksibel dalam menyesuaikan struktur sesuai dengan struktur substrat. Ketika substrat memasuki sisi aktif enzim, maka enzim akan terinduksi dan kemudian mengubah bentuknya sedikit sehingga mengakibatkan perubahan sisi aktif yang semula tidak cocok menjadi cocok (fit). Kemudian terjadi pengikatan substrat oleh enzim, yang selanjutnya substrat diubah menjadi produk. Produk kemudian dilepaskan dan enzim kembali pada keadaan semula, siap untuk mengikat substrat baru.

Enzim dapat bekerja dengan beberapa cara, yang kesemuanya menurunkan ΔG ‡: 1. Menurunkan energi aktivasi dengan menciptakan suatu lingkungan yang mana keadaan transisi terstabilisasi (contohnya mengubah bentuk substrat menjadi konformasi keadaan transisi ketika ia terikat dengan enzim.) 2. Menurunkan energi keadaan transisi tanpa mengubah bentuk substrat dengan menciptakan lingkungan yang memiliki distribusi muatan yang berlawanan dengan keadaan transisi. 3. Menyediakan lintasan reaksi alternatif. Contohnya bereaksi dengan substrat sementara waktu untuk membentuk kompleks Enzim-Substrat antara. 4 Menurunkan perubahan entropi reaksi dengan menggiring substrat bersama pada orientasi yang tepat untuk bereaksi. Menariknya, efek entropi ini melibatkan destabilisasi keadaan dasar, dan kontribusinya terhadap katalis relatif kecil. II. Enzim pada Protein Protein (asal kata protos dari bahasa Yunani yang berarti “yang paling utama”) adalah senyawa organik kompleks berbobot molekul tinggi yang merupakan polimer dari monomer-

monomer asam amino yang dihubungkan satu sama lain dengan ikatan peptida. Molekul protein mengandung karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen dan kadangkala sulfur serta fosfor. Protein berperan penting dalam struktur dan fungsi semua sel makhluk hidup dan virus. Kebanyakan protein merupakan enzim atau subunit enzim. Jenis protein lain berperan dalam fungsi struktural atau mekanis, seperti misalnya protein yang membentuk batang dan sendi sitoskeleton. Protein terlibat dalam sistem kekebalan (imun) sebagai antibodi, sistem kendali dalam bentuk hormon, sebagai komponen penyimpanan (dalam biji) dan juga dalam transportasi hara. Sebagai salah satu sumber gizi, protein berperan sebagai sumber asam amino bagi organisme yang tidak mampu membentuk asam amino tersebut (heterotrof). Protein merupakan salah satu dari biomolekul raksasa, selain poliskarida, lipid, dan polinukleotida, yang merupakan penyusun utama makhluk hidup. Selain itu, protein merupakan salah satu molekul yang paling banyak diteliti dalam biokimia. Protein ditemukan oleh Jons Jakob berzelius pada tahun 1838. Biosintesis protein alami sama dengan ekspresi genetik. Kode genetik yang dibawa DNA ditranskripsi menjadi RNA, yang berperan sebagai cetakan bagi translasi yang dilakukan ribosom. Sampai tahap ini, protein masih “mentah”, hanya tersusun dari asam amino proteinogenik. Melalui mekanisme pascatranslasi, terbentuklah protein yang memiliki fungsi penuh secara biologi. Macam asam amino Ada 20 macam asam amino, yang masing-masing ditentukan oleh jenis gugus R atau rantai samping dari asam amino.Jika gugus R berbeda maka jenis asam amino berbeda.Contohnya ada pada Gambar 2.2.Dari gambar tersebut tampak bahwa asam amino serin, asam aspartat dan leusin memiliki perbedaan hanya pada jenis gugus R saja. 1) Alanin (alanine) 2) Arginin (arginine) 3) Asparagin (asparagine) 4) Asam aspartat (aspartic acid) 5) Sistein (cystine) 6) Glutamin (Glutamine)

20) Valin (Valine)

7) Asam glutamat (glutamic acid) 8) Glisin (Glycine) 9) Histidin (histidine) 10) Isoleusin (isoleucine) 11) Leusin (leucine) 12) Lisin (Lysine) 13) Metionin (methionine) 14) Fenilalanin (phenilalanine) 15) Prolin (proline) 16) Serin (Serine) 17) Treonin (Threonine) 18) Triptofan (Tryptophan) 19) Tirosin (tyrosine) 1. Pemecahan Protein (Katabolisme Protein) Enzim-enzim yang menguraikan golongan protein disebut proteinase/protease. Protease

adalah enzim yang berfungsi untuk menghidrolisis ikatan peptida dari senyawa-senyawa protein dan diurai menjadi senyawa lain yang lebih sederhana (asam amino). Protease yang dipakai secara komersial seperti serine, protease, dan metalloprotease biasanya berasal dari Bacillus subtilis yang mempunyai kemampuan produksi dan sekresi enzim yang tinggi. Contoh dari enzim protease adalah sebagai berikut: 1. Enzim peptidase adalah enzim yang berfungsi mengurai senyawa peptide menjadi senyawa asam amino. 2. Enzim renin adalah enzim yang berfungsi mengurai senyawa kasein dan susu. 3. Enzim tripsin adalah enzim yang berfungsi mengurai pepton menjadi senyawa asam amino. 4. Enzim galaktase adalah enzim yang berfungsi mengurai senyawa gelatin. 5. Enzim entrokinase adalah enzim yang berfungsi mengurai senyawa pepton menjadi sentawa asam amino.

Dalam memecah protein, protease dibantu oleh proenzim berikut: 1. Prokarboksipeptidase menguraikan asam amino dari ujung karboksil polipeptida. 2 Kimotripsinogen menguraikan ikatan peptida menjadi asam amino methionine, tryptophan, tyrosine, asparagine, phenylalani,dan Histidine.. 3. Tripsinogen menguraikan ikatan peptida menjadi asam amino arginine dan lysine. 4. Proelastase dan collagenase menguraikan polipeptida menjadi tripeptida dan polipeptida yang lebih kecil.

2. Sintesis Protein (Anabolisme Protein) Secara garis besar, DNA sebagai bahan genetis mengendalikan sifat individu melalui proses sintesis protein. Ada dua kelompok protein yang dibuat ADN, yaitu protein struktural dan protein katalis. Protein struktural akan membentuk sel, jaringan, dan organ hingga penampakan fisik suatu individu. Inilah yang menyebabkan ciri fisik tiap orang berbeda satu sama lain. Protein katalis akan membentuk enzim dan hormon yang berpengaruh besar terhadap proses metabolisme, dan akhirnya berpengaruh terhadap sifat psikis, emosi, kepribadian, atau kecerdasan seseorang. Proses sintesis protein dapat dibedakan menjadi dua tahap. Tahap pertama adalah transkripsi yaitu pencetakan ARNd oleh ADN yang berlangsung di dalam inti sel. ARNd inilah yang akan membawa kode genetik dari ADN. Tahap kedua adalah translasi yaitu penerjemahan kode genetik yang dibawa ARNd oleh ARNt. 1. Transkripsi Langkah transkripsi berlangsung sebagai berikut:

1. Sebagian rantai ADN membuka, kemudian disusul oleh pembentukan rantai ARNd. Rantai ADN yang mencetak ARNd disebut rantai sense/template. Pasangan rantai sense yang tidak mencetak ARNd disebut rantai antisense. 2. Pada rantai sense ADN didapati pasangan tiga basa nitrogen (triplet) yang disebut kodogen. Triplet ini akan mencetak triplet pada rantai ARNd yang disebut kodon. Kodon inilah yang disebut “kode genetika” yang berfungsi mengkodekan jenis asam amino tertentu yang diperlukan dalam sintesis protein. Selanjutnya boleh dikatakan bahwa ARNd atau kodon itulah yang merupakan kode genetika. Lihat daftar kodon dan asam amino yang dikodekannya di bawah ini. 3. Setelah terbentuk, ARNd keluar dari inti sel melalui pori-pori membran inti menuju ke ribosom dalam sitoplasma. Untuk setiap satu molekul protein yang dibentuk akan selalu dimulai dengan kodon inisiasi atau kodon start yaitu AUG yang mengkodekan asam amino metionin. Jika satu molekul protein telah terbentuk akan selalu diakhiri dengan tanda berupa kodon stop atau kodon terminasi, yaitu UGA, UAA, atau UAG (lihat daftar di atas). 2. Translasi ARNt memiliki triplet yang merupakan pasangan kodon dan disebut antikodon. Setiap ARNt hanya dapat mengikat satu jenis asam amino sesuai yang dikodekan oleh kodon. Jadi dalam translasi terjadi penerjemahan kode genetik yang dibawa ARNd (kodon) oleh ARNt (antikodon) dengan cara ARNt mengikat satu asam amino yang sesuai. Setelah ARNd keluar dari dalam inti, selanjutnya ia bergabung dengan ribosom dalam sitoplasma. Langkah berikutnya adalah penerjemahan kode genetik (kodon) yang dilakukan oleh ARNt. Caranya, ARNt akan mengikat asam amino tertentu sesuai yang dikodekan oleh kodon, lalu membawa asam amino tersebut dan bergabung dengan ARNd yang telah ada di ribosom. Langkah tersebut dilakukan secara bergantian oleh banyak ARNt yang masingmasing mengikat satu jenis asam amino yang lain. Setelah asam amino dibawa ARNt

bergabung dengan ARNd di ribosom, selanjutnya akan terjadi ikatan antar asam amino membentuk polipeptida. Protein akan terbentuk setelah berlangsung proses polimerisasi. Dalam Sintesis Protein, Teradapat enzim yang berperan sebagai berikut: 1. Enzim DNA Helikase Enzim DNA Helikasi membuka dua untai DNA, memperlihatkan untai template, yang akan mengkode untuk RNA yang akan ditranskripsi. 2. Enzim RNA polimerase Enzim Rberikatan dengan untai cetakan, bergerak sepanjang dan mensintesiskan untai RNA (mRNA) yang melengkapi untai DNA template. Setiap nukleotida tunggal DNA akan mengkode untuk satu nukleotida RNA yang akan ditambahkan ke untai mRNA.

DAFTAR PUSTAKA

Halimah, dkk. 2010. Bahan Ajar Biokimia. Bengkulu: Politeknik Kesehatan Bengkulu. Azhar, Minda. 2016. Biomolekul Sel: Karbohidrat, Protein, dan Enzim. Padang: UNP Press.

Enzim dan Enzim pada Protein

Oleh: Angga Khorniawan

1807113382

Cici Meida Sari

1807111546

Rio Rifaldo

1807112645

Sunariyo

1807111677

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA S-1 FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU 2019

Asam Malat 

Proses penguraian karbohidrat menjadi piruvat. Juga disebut jalur metabolisme Emden-

Meyergoffdan sering diartikan pula sebagai penguraian glukosa menjadi piruvat. Proses ini terjadi dalam sitoplasma. Glikolisis anaerob: proses penguraian karbohidrat menjadi laktat melalui piruvat tanpa melibatkan oksigen. 

Proses penguraian glukosa menjadi CO 2 dan air seperti juga semua proses oksidasi.

Energi yang dihasilkan dari proses penguraian glukosa ini adalah 690 kilo-kalori (kkal). 

Jumlah energi ini sebenarnya jauh lebih besar daripada jumlah energi yang dapat

disimpan secara sangkil dalam bentuk energi kimia ATP yang dihasilkan dalam proses penguraian tersebut. 

Dengan adanya oksigen (dalam suasana aerob), glikolisis menghasilkan piruvat, atau

tanpa oksigen (glikolisis anaerob) menghasilkan laktat. Glikolisis menghasilkan dua senyawa karbohidrat beratom tiga dari satu senyawa beratom enam; pada proses ini terjadi sintesis ATP dari ADP + Pi. Gambar 13 me-nunjukkan proses glikolisis secara keselurhan. 

Seperti halnya reaksi dengan glukokinase (reaksi tahap pertama) dan fosfofruktokinase

(reaksi tahap ketiga), reaksi dengan piruvat kinase ini juga merupakan reaksi yang tidak reversibel, sehingga merupakan salah satu tahap reaksi pendorong glikolisis.



Reaksi kebalikannya yang merupakan reaksi tahap pertama glukoneogenesis merupakan

suatu reaksi yang kompleksyang melibatkan beberapa enzim dan organel sel yaitu mitokondrion, yang diperlukan untuk terlebih dahulu mengubah piruvat menjadi malat sebelum terbentuknya fosfoenol piruvat. 

Pada jalan metabolisme ini, piruvat diangkut kedalam mitokondria dengan cara

pengangkutan aktif melalui membran mitokondrion. Selanjutnya piruvat bereaksi dengan CO 2 menghasilkan asam oksalasetat. 

Reaksi ini dikatalis oleh piruvat karboksilase (enzim yang terdapat pada mitokondria

tetapi tidak terdapat pada sitoplasma), dan memerlukan koenzim biotin dan kofaktor ion maggan, serta ATP sebagai sumber energi.



Dalam mekanisme reaksinya, biotin (sebagai gugus biotinil) yang terikat pada gugus

lisina dari piruvat karboksilase, menarik CO 2 atau HCO 3 dalam mitokondrion kemudian mengkondensasikan dengan asam piruvat ( dengan bantuan ATP dan Mn -2) menghasilkan asam oksalasetat. 

Asam oksalasetat kemudian direduksi menjadi asam malat oleh NADH dan dikatalis

malat dehidrogenase. Asam malat diangkut keluar mitokondria dengan cara pengangkutan aktif melalui membran mitokondrion yang kemudian dioksidasi kembali menjadi asam oksalasetat oleh NAD + dan malat dehidrogenase yang terdapat dalam sitoplasma.

Asam oklalasetat + NADH

Malat dehidrogenase

Asam Malat + NAD+

Merupakan reaksi yang reversible sehingga untuk menghentikan reaksi tsb. Menggunakan inhibitor Glutamat. Inhibitor akan berikatan dengan senyawa pada memberan mitokondria lalu kompleks ini akan berikatan dengan malat dehidrogenasi sehingga Asam Oksalasetat akan menghasilkan asam Malat dan Asam Malat tidak akan kembali menjadi Asam oksalasetat

DAFTAR PUSTAKA

Azhar, Minda. 2016. Biomolekul Sel: Karbohidrat, Protein, dan Enzim. Padang: UNP Press.

ASAMA MALAT

Oleh: Angga Khorniawan

1807113382

Cici Meida Sari

1807111546

Rio Rifaldo

1807112645

Sunariyo

1807111677

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA S-1 FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU 2019

KELOMPOK 4

TEKNIK KIMIA S1-B

Annisa Salsabillah Nasution

(1807113452)

Brastian Natan

(1807113114)

Eka Novrian Saputra

(1807113195)

Yara Pra Adha

(1807113189)

Reaksi Reduksi dan Reaksi Oksidasi pada Metabolisme Reaksi oksidasi adalah suatu reaksi yang melibatkan oksigen dengan pelepasan elektron dari satu atom atau senyawa, sebaliknya reaksi reduksi adalah suatu reaksi yang melibatkan oksigen dengan penambahan elektron dari satu atom atau senyawa.

Di dalam sel, kedua reaksi tersebut terjadi secara bersamaan (simultan), artinya jika elektron dipindahkan dari molekul sebagai pemberi (donor) elektron maka ada molekul lain yang bertindak sebagai penerima (akseptor) elektron. Dengan demikian, donor elektron menjadi molekul yang teroksidasi sedangkan akseptor menjadi molekul yang tereduksi. Reaksi simultan antara oksidasi dan reduksi disebut dengan reaksi redoks.

CONTOH REAKSI REDOKS Dalam Bidang Industri 1. Baterai Karbon Seng Baterai yang murah ini adalah sel galvani karbon-seng, dan terdapat beberapa jenis, termasuk standard dan alkaline. Jenis ini sering juga disebut sel kering karena tidak terdapat larutan elektrolit, yang menggantikannya adalah pasta semi padat.

Gambar 2. Baterai Karbon-Seng

Pasta mangan(IV) oksida (MnO2)

berfungsi sebagai katoda. Amonium

klorida (NH4Cl) dan seng klorida (ZnCl2) berfungsi sebagai elektrolit. Seng pada lapisan luar berfungsi sebagai anoda. Reaksi yang terjadi : anoda : Zn ‡ Zn2+ + 2 ekatoda : 2MnO2 + H2O + 2e-‡ Mn2O3 + 2OHDengan menambahkan kedua setengah reaksi akan membentuk reaksi redoks utama yang terjadi dalam sel kering karbon-seng. Zn + 2MnO2 + H2O ‡ Zn2+ + Mn2O3 + 2OHBaterai ini menghasilkan potensial sel sebesar 1,5 volt. Baterai ini bias digunakan untuk menyalakan peralatan seperti senter, radio, CD player, mainan, jam dan sebagainya.

Dalam Biologi Banyak proses biologi yang melibatkan reaksi redoks. Reaksi ini berlangsung secara simultan karena sel, sebagai tempat berlangsungnya reaksi-reaksi biokimia, harus melangsungkan semua fungsi hidup. Agen biokimia yang mendorong terjadinya oksidasi terhadap substansi berguna dikenal dalam ilmu pangan dan kesehatan sebagai oksidan. Zat yang mencegah aktivitas oksidan disebut antioksidan. Pernapasan sel, contohnya, adalah oksidasi glukosa (C6H12O6) menjadi CO2 dan reduksi oksigen menjadi air. Persamaan ringkas dari pernapasan sel adalah: C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O

Proses pernapasan sel juga sangat bergantung pada reduksi NAD+ menjadi NADH dan reaksi baliknya (oksidasi NADH menjadu NAD+). Fotosintesis secara esensial merupakan kebalikan dari reaksi redoks pada pernapasan sel: 6 CO2 + 6 H2O + light energy → C6H12O6 + 6 O2 Energi biologi sering disimpan dan dilepaskan dengan menggunakan reaksi redoks. Fotosintesis melibatkan reduksi karbon dioksida menjadi gula dan oksidasi air menjadi oksigen. Reaksi baliknya, pernapasan, mengoksidasi gula, menghasilkan karbon dioksida dan air. Sebagai langkah antara, senyawa karbon yang direduksi digunakan untuk mereduksi nikotinamida adenina dinukleotida (NAD+), yang kemudian berkontribusi dalam pembentukan gradien proton, yang akan mendorong sintesis adenosina trifosfat (ATP) dan dijaga oleh reduksi oksigen. Pada sel-sel hewan, mitokondria menjalankan fungsi yang sama. Lihat pula Potensial membran. Istilah

keadaan

redoks

juga

sering

digunakan

untuk

menjelaskan

keseimbangan antara NAD+/NADH dengan NADP+/NADPH dalam sistem biologi seperti pada sel dan organ. Keadaan redoksi direfleksikan pada keseimbangan beberapa set metabolit (misalnya laktat dan piruvat, betahidroksibutirat dan asetoasetat) yang antarubahannya sangat bergantung pada rasio ini. Keadaan redoks yang tidak normal akan berakibat buruk, seperti hipoksia, guncangan (shock), dan sepsis.

Kiri : asam dehidroaskorbat (bentuk teroksidasi vitamin C) Kanan : asam askorbat (bentuk tereduksi vitamin C)

METABOLISME MENGHASILKAN ASPARTAT A. Metabolisme Asam Amino Peran utama dari asam amino yaitu sebagai substrat dalam sintesis protein. Asam amino berfungsi sebagai prekursor dari berbagai jenis molekul kecil yang memiliki peran biologis yang penting dan beragam. Dalam hal ini, asam amino yang baru disintesis diaktifkan oleh kovalen lampiran tRNA dan aminoasil-tRNA digunakan sebagai substrat untuk sintesis polipeptida dengan sintesis protein . (Horton,2012) Kira-kira 75% asam amino digunakan untuk sintesis protein. Asam-asam amino dapat diperoleh dari protein yang kita makan atau dari hasil degradasi protein di dalam tubuh kita. Degradasi ini merupakan proses kontinu. Karena protein di dalam tubuh secara terus menerus diganti (protein turnover). Contoh dari protein turnover, tercantum pada tabel berikut. Protein

Turnover rate (waktu paruh)

Enzim

7-10 menit

Di dalam hati

10 hari

Di dalam plasma

10 hari

Hemoglobin

120 hari

Otot

180 hari

Kolagen

1000 hari

Asam-asam amino juga menyediakan kebutuhan nitrogen untuk: 1. Struktur basa nitrogen DNA dan RNA 2. Heme dan struktur lain yang serupa seperti mioglobin, hemoglobin, sitokrom, enzim dll. 3. Asetilkolin dan neurotransmitter lainnya. 4. Hormon dan fosfolipid Selain menyediakan kebutuhan nitrogen, asam-asam amino dapat juga digunakan sebagai sumber energi jika nitrogen dilepas.

a. Jalur Metabolik Utama dari Asam Amino Jalur metabolik utama dari asam-asam amino terdiri atas pertama, produksi asam amino dari pembongkaran protein tubuh, digesti protein diet serta sintesis asam amino di hati. Kedua, pengambilan nitrogen dari asam amino. Sedangkan ketiga adalah katabolisme asam amino menjadi energi melalui siklus asam serta siklus urea sebagai proses pengolahan hasil sampingan pemecahan asam amino. Keempat adalah sintesis protein dari asam-asam amino.

b. Katabolisme Asam Amino Asam-asam amino tidak dapat disimpan oleh tubuh. Jika jumlah asam amino berlebihan atau terjadi kekurangan sumber energi lain (karbohidrat dan protein), tubuh akan menggunakan asam amino sebagai sumber energi. Tidak seperti karbohidrat dan lipid, asam amino memerlukan pelepasan gugus amin. Gugus amin ini kemudian dibuang karena bersifat toksik bagi tubuh. Ada 2 tahap pelepasan gugus amin dari asam amino, yaitu: 1) Transaminasi, dimana enzim aminotransferase memindahkan amino kepada α-ketoglutarat menghasilkan glutamat atau kepada oksaloasetat menghasilkan aspartate. 2) Deaminasi oksidatif, dimana terjadinya elepasan amin dari glutamat menghasilkan ion ammonium.

Ringkasan skematik mengenai reaksi transaminasi dan deaminasi oksidatif Dari 20 jenis asam amino, ada yang tidak dapat disintesis oleh tubuh kita sehingga harus ada di dalam makanan yang kita makan. Asam amino ini dinamakan asam amino esensial. Selebihnya adalah asam amino yang dapat disintesis dari asam amino lain. Asam amino ini dinamakan asam amino non-esensial.

Asam Amino Non-Esensial

Asam Amino Esensial

Alanine Asparagine Aspartate Cysteine Glutamate Glutamine Glycine Proline Serine Tyrosine

Arginine Histidine Isoleucine Leucine Lysine Methionine Phenylalanine Threonine Tyrptophan Valine

B. Pembentukan Aspartat Aspartat merupakan anggota pertama dari keluarga aspartat asam amino, berasal dari oksaloasetat dalam reaksi transaminasi.

Enzim yang mengkatalisis reaksi ini adalah aspartat transaminase . Aspartat transaminase (AST) (juga dikenal sebagai glutamat oksaloasetat transaminase, atau GOT), yang paling aktif dari aminotransferase, dan ditemukan di sebagian besar sel. Karena Isozim AST terjadi baik di mitokondria dan sitoplasma, reaksinya reversible. Aktivitas enzim ini secara signifikan mempengaruhi aliran karbon dan nitrogen dalam sel. (Trudy McKee.2004) Keluarga aspartat juga mengandung asparagin, lisin, metionin, dan treonin. Treonin berkontribusi pada jalur reaksi dimana isoleusin disintesis. Asparagin, amida dari aspartat, tidak terbentuk langsung dari aspartat dan NH4+. (Trudy McKee.2004) Asparagin disintesis oleh ATP dari nitrogen amida glutamin dalam reaksi yang dikatalisasi oleh asparagin sintetase. Dalam beberapa bakteri, asparagin sintetase mengkatalisis pembentukan asparagin dari aspartat menggunakan amonia daripada glutamat sebagai sumber dari kelompok amida. Reaksi ini mirip dengan reaksi yang dikatalis oleh glutamine sintetase. Dalam beberapa kasus, asparagin sintetase dapat menggunakan salah amonia atau glutamat sebagai substrat. (Horton.2006)

a. Biosintesis glutamat dan aspartat Glutamat dan aspartat disintesis dari asam α-keto dengan reaksi tranaminasi sederhana. Katalisator reaksi ini adalah enzim glutamat dehidrogenase dan selanjutnya oleh aspartat aminotransferase, AST. Glutamat disintesis dengan aminasi reduktif α-ketoglutarat yang dikatalisis oleh glutamat dehidrogenase yang merupakan reaksi nitrogen-fixing. Glutamat juga dihasilkan oleh reaksi aminotranferase, yang dalam hal ini nitrogen amino diberikan oleh sejumlah asam amino lain. Sehingga, glutamat merupakan kolektor umum nitrogen amino. Aspartat dibentuk dalam reaksi transaminasi yang dikatalisis oleh aspartat transaminase, AST. Reaksi ini menggunakan analog asam α-keto aspartat, oksaloasetat, dan glutamat sebagai donor amino. Aspartat juga dapat dibentuk dengan deaminasi asparagin yang dikatalisis oleh asparaginase. Asparagin sintetase dan glutamin sintetase mengkatalisis produksi asparagin dan glutamin dari asam α-amino yang sesuai. Glutamin dihasilkan dari glutamat dengan inkorporasi langsung amonia dan ini merupakan reaksi fixing nitrogen lain. Tetapi asparagin terbentuk oleh reaksi amidotrans ferase

Reaksi biosintesis glutamat

Aspartat juga diturunkan dari asparagin dengan bantuan asparaginase. Peran penting glutamat adalah sebagai donor amino intraseluler utama untuk reaksi transaminasi. Sedangkan aspartat adalah sebagai prekursor ornitin untuk siklus urea.

b. Jalur Glukoneogenesis Piruvat

mengalami

membentuk oksaloasetat.

karboksilasi

Enzim

oleh

piruvat

ini memerlukan biotin,

karboksilase

yaitu

katalisasi

anaplerotik pada siklus asam trikarboksilat. Pada glukoneogenesis, reaksi ini melengkapi lagi oksaloasetat yang digunakan untuk sintesis glukosa. Karbon dioksida

yang

dibebaskan

oleh

fosfoenolpiruvat

karboksikinase

(PEPCK) ditambahkan ke piruvat untuk membentuk oksaloasetat. Oksaloasetat akan

mengalami

dekarboksilasi

oleh

fosfoenolpiruvat

karboksikinase

menghasilkan fosfoenolpiruvat. Untuk reaksi ini, GTP merupakan sumber energi serta sumber gugus fosfat fosfoenolpiruvat. Enzim-enzim yang mengkatalisis kedua langkah ini terletak di dua kompartemen yang berbeda. Piruvat karboksilase dijumpai di mitokondria manakala fosfoenolpiruvat karboksikinase terletak di sitosol atau mitokondria. Oksaloasetat tidak mudah menembus membran mitokondria maka dapat diubah menjadi malat atau aspartat. Perubahan oksaloasetat menjadi malat memerlukan NADH. Fosfoenolpiruvat, malat, dan aspartat dapat dipindahkan ke dalam sitosol. Setelah menembus membran mitokondria dan masuk ke dalam sitosol, terjadi perubahan kembali malat kepada oksaloasetat membebaskan NADH dan perubahan aspartat kepada oksaloasetat. Di sitosol, oksaloasetat diubah kembali menjadi fosfoenolpiruvat oleh fosfoenolpiruvat karboksikinase sitosol. Langkah glukoneogenesis selanjutnya berlangsung di dalam sitosol. Fosfoenolpiruvat membentuk gliseraldehida 3-fosfat, berkondensasi untuk membentuk fruktosa 1,6-bifosfat. Enzim fruktosa 1,6-bifosfotase membebaskan fosfat inorganik dari fruktosa 1,6-bifosfat untuk membentuk fruktosa 6-fosfat. Dalam reaksi glukoneogenik berikutnya, fruktosa 6-fosfat diubah menjadi glukosa 6-fosfat oleh isomerase.

Glukosa 6-fosfatase memutuskan Pi dari glukosa 6-fosfat, dan membebaskan glukosa bebas untuk masuk ke dalam darah. Glukosa 6-fosfatase terletak di membran retikulum endoplasma. Glukosa 6-fosfatase digunakan tidak saja pada glukoneogenesis, tetapi juga menghasilkan glukosa darah dari pemecahan glikogen hati (Murray R. K. et al., 2003). Glukoneogenesis berlangsung selama puasa, juga dapat dirangsang olahraga yang lama, diet tinggi protein, dan keadaan stres. Faktor yang mendorong secara keseluruhan aliran karbon dari piruvat ke glukosa meliputi ketersediaan substrat dan perubahan aktivitas atau jumlah enzim kunci tertentu pada glukoneogenesis (Cranmer H. et al., 2009). Selama reaksi glukoneogenik, terjadi penguraian 6 mol ikatan fosfat berenergi tinggi. Diperlukan dua mol piruvat untuk sintesis 1 mol glukosa. Sewaktu 2 mol piruvat mengalami karboksilasi oleh piruvat karboksilase, terjadi hidrolisis 2 mol ATP. Fosfoenolpiruvat karboksikinase memerlukan 2 mol GTP untuk mengubah 2 mol oksaloasetat menjadi 2 mol fosfoenolpiruvat. Digunakan tambahan 2 mol ATP untuk melakukan 2 mol fosforilasi 3-fosfogliserat yang membentuk 2 mol 1,3-bifosfogliserat. Diperlukan juga energi dalam bentuk ekuivalen reduksi

(NADH)

untuk perubahan

1,3-bifosfogliserat

menjadi

gliseraldehida 3-fosfat. Pada keadaan puasa, energi yang diperlukan untuk glukoneogenesis diperoleh dari oksidasi-β asam lemak (Murray R. K. et al., 2003). Substrat untuk glukoneogenesis adalah : 1. Asam laktat yang berasal dari otot, sel darah merah, medulla dari glandula supra-renalis,retina dan sumsum tulang 2. Gliserol, yang berasal dari jaringan lemak 3. Asam propionat, yang dihasilkan dalam proses pencernaan pada hewan memamah biak.

DAFTAR PUSTAKA Cranmer H., Shannon M., 2009. Neonatal Hypoglycemia. Available from: http://emedicine.medscape.com/article/802334-overview. Diabetes Health Center, 2009. Horton, Robert.dkk . 2012. Principle of Biochemistry 5th ed. New York : Pearson Education. Horton,Robert. 2006. Principle of Biochemistry. New York: Pearson Education. McKee, McKee. 2004. Biochemistry : The Molecular Basis Of Life , 3rd edition. New York: Mc Graw Hill. Murray R. K., Granner D. K., Mayes P. A., Rodwell., 2003. Carbohydrates of Physiologic Significance. In: Meyes P. A., Bender D. A. 26th ed. Harper’s Illustrated Biochemistry. USA: Appleton & Lange, 102-162.

ASAM FORMIAT Asam

format atau asam

formiat (nama sistematis: asam

metanoat)

adalah asam karboksilat yang paling sederhana. Asam format secara alami antara lain terdapat pada sengat lebah dan semut, sehingga dikenal pula sebagai asam semut.

Asam

format

merupakan senyawa antara

yang

penting

dalam

banyak sintesis bahan kimia. Rumus kimia asam format dapat dituliskan sebagai HCOOH atau CH2O2. Di alam, asam format dihasilkan banyak serangga dari bangsa Hymenoptera, misalnya lebah dan semut sebagai alat serang atau alat bertahan. Asam format juga merupakan hasil pembakaran yang signifikan dari bahan bakar alternatif, yaitu pembakaran metanol (dan etanol yang tercampur air), jika dicampurkan

dengan bensin.

kata Latin formica yang

berarti

Nama

asam

"semut".

Pada

format awalnya,

berasal senyawa

dari ini

diisolasi melalui distilasi semut. Semut menghasilkan asam ini pada kantung yang disebut sebagai acidophore. Apabila semut "mengigit" (sebenarnya menjepit), ia juga menyemprotkan asam format dari acidophore untuk memperkuat rasa sakit pada

korbannya.

Senyawa

kimia

turunan

asam

format,

misalnya

kelompok garam dan ester, dinamakan format atau metanoat. Ion format memiliki rumus kimia HCOO−. Asam ini banyak dijumpaipada beberapa jenis tumbuhan, pada bulu-bulu jelatang dan hasil darifermentasi bakteri pada karbohidrat. Beberapa ilmuwan melakukan penelitian yang berhubungan dengan Asam formiat dari semut tersebut. Brunfles pada permulaanabad ke-16 menyelidiki uap dari semut gunung penyebab warna merah dari tumbuh-tumbuhan. Et-Muller pada tahun 1684 telah mendistilasi sejumlah semut gunung yang menghasilkan suatu “acid spirit” yang dapat merusak besi. Fisher mendistilasi sejumlah semut dengan air dan ditemukan pada larutan distilatnya suatu asam menyerupai “spirit of vinegar”. Pada umumnya, Asam formiat yang dijual dipasaran mempunyai kadar 85% dan 90% sedangkan dalam bentuk anhidrat tersedia dalam jumlah bebas. Asam formiat banyak digunakan untuk koagulen karet,

conditioner pada p ncelupantekstil, industri kulit serta sintesa bahan-bahan farmasi dan bahan kimia lain

Proses Pembuatan Asam Formiat A.

Proses Kimia

1. Oksidasi Hidrokarbon pada Fase Cair Pada proses ini Asam formiat didapat dari hasil samping oksidasi butane atau naphta ringan pada pembuatan Asam asetat. Reaksi yang terjadi adalah: C4H10 + O2↔ CH3COOH + HCOOH Butana segar, recycle butane dan udara diumpankan kedalam reaktor yang dikondisikan pada suhu 180 OC dan tekanan 50 atmosfer. Produk dari butane yang tidak bereaksi dipisahkan oleh separator gas cair dan separator cair cair.Pada separator gas cair, fasa atas yang kaya akan butane dikembalikan ke reaktor sedangkan gasnya dikondensasikan pada suhu –5 OC sebelum dikirim ke absorber untuk diambil kandungan butananya Pada separator cair cair dipisahkan fase bawah yaitu asam asetat, air, metil etil keton, metil asetat, etil asetat, asetaldehid, dan asam formiat yang diumpankan kekolom produk ringan. Hasil bawah kemudian dimasukkan kekolom solvent untuk diambil Aseton, metil asetat, etil asetat, dan metil etil keton. Sisanya dikeringkan dan melalui serangkaian kolom distilasi asam formiat dapat diperoleh. (Kirk and Othmer, 1992). 2. Dari Sodium Formiat Sodium formiat diproduksi melalui reaksi natrium hidroksida dengan karbon monoksida. Sodium format direaksikan dengan asam sulfat untuk memperoleh asam formiat dan garam sulfat sebagai hasil samping. Reaksi yang terjadi sebagai berikut: NaOH + CO → NaCOOH2NaCOOH + H2SO4→ 2HCOOH + Na2SO4 Pada tahap awal direaksikan antara natrium hidroksida dengan karbon monoksida pada suhu 180 OC dan tekanan 1,5–1,8 atm membentuk sodium

formiat. Produk yang terbentuk kemudian direaksikan dengan asam sulfat dalam reaktor berpengaduk pada suhu 350 OC membentuk asam formiat dan garam. Kadar asam formiat yang diperoleh yaitu sekitar 90 % dengan konversi pembentukan asam formiat sekitar 95 %. 3. Sintesa Langsung Karbon Monoksida Dengan Air Asam formiat dapat diperoleh secara langsung dengan cara menghidrolisis gas CO. Proses ini berlangsung secara kesetimbangan dengan reaksi sebagai berikut: CO + H2O ↔ HCOOH Katalis yang biasa digunakan adalah CuCl Dengan proses ini akan didapatkan asam formiat 90 %. 4. Hidrolisa Metil Format HCOOCH3 + H2O → HCOOH + CH3OH Reaksi berjalan pada temperatur 80 OC dan tekanan 3 atm Reaksi berjalan didalam reaktor CSTR Keluaran reaktor dikirim ke pemisahan hasil hidrolisa, dimana metanol dan metil formiat diambil dari seksi atas lalu dimasukkan ke menara distilasi, untuk seksi bawah dari reaktor berisi asam formiat dan air kemudian dialirkan ke pemurnian asam formiat. Secara teori hasil dari pemurnian ini adalah asam formiat 85 % berat tetapi pada prakteknya asam formiat yang dihasilkan sekitar 82 % berat. (Mc Ketta, 1975) Pada prarancangan pabrik asam formiat terkadang dipilih proses hidrolisa metil formiat dengan pertimbangan yaitu proses ini tidak menggunakan katalis sehingga lebih ekonomis dalam biaya produksinya, proses ini menghasilkan produk hanya kira kira 82 % berat, sehingga cukup ekonomis untuk dikembangkan, temperatur optimum yang digunakan dalam proses ini relatif rendah sehingga memudahkan dalam penanganan prosesnya, pada proses hidrolisa metil formiat ini dihasilkan produk samping yaitu metanol yang dapat dijual.

B. Proses Pembatan Glukosa menjadi Asam Format Telah dilakukan oksidasi glukosa dengan molekul oksigen menggunakan katalis palladium (II) klorida, tem-baga (II) klorida dan asam format dalam pelarut aseton yang menghasilkan suatu asam dikarboksilat, yaitu asam glukarat (52%). Namun, dalam proses pembuatan Asam Format sendiri tidak bisa langsung dilakakukan dari Glukosa. Ada beberapa proses yang perlu dilakukan dan memerlukan mikroorganisme ragi Saccharomyces Cerevisiae. Penjabarannya adalah sebagai berikut: 1. Sintesis Asam Format dengan Katalik Gliserol dari Udara a) Pembuatan Gliserol dari Tebu Secara Peragian Dengan Saccharomyces Cerevisieae menggunakan Metoda Sulfit Di Indonesia tetes tebu banyak digunakan sebagai bahan baku industri spiritus dan glutamat (bumbu masak). Disamping itu tetes tebu juga digunakan sebagai bahan baku pembuatan asam laktat, asam sitrat, produk-produk makanan ternak, minu man serta serta bahan baku pembuatan gliserol. ntuk pembuatan gliserol secara peragian, di sini dipilih me toda sulfit. Pada metoda ini digunakan sulfit (Na2S0^) sebagai pengikat akseptor hidrogen (asetaldehida) yang terbentuk selama proses peragian. Asetaldehida dalam bentuk terikat de. ngan sulfit tidak berfungsi sebagai akseptor hidrogen. Hidro gen berasal dari DPNH (Diphosphopyridine Nucleotide, dalam bentuk tereduksi), setelah melepas hidrogen DPNH berubah menja di DPN (Diphosphopyridine Nucleotide, dalam bentuk teroksida si). Dalam keadaan yang demikian DPN semula dihasilkan dari reaksi yang mengarah pada pembentukan etanol digeser menjadi mengarah pada pembentukan gliserol. Jumlah gliserol yang dihasilkan tergantung dari jumlah sulfit yang ditambahkan. Adapun gula yang terkandung dalam air tebu adalah sukrosa (30%40%), glukosa (4%-9%), dan fruktosa (5%-12%).

Dalam proses ini, Nutrisi dan beberapa hal yang mempengaruhi pertumbuhan Saccharomyces cerevisieae juga harus diperhatikan. Demi mendapatkan hasil pertumbuhan yang maksimum maka diusahakan keadaan lingkungan yang cocok dan mengandung bahan makanan cukup baik bahan organik maupun anorganik. Bahan - bahan tersebut antara lain yaitu: ∑

Karbon, sebagai karbon dapat dipakai gula, beet dan biji-bijian.

∑

Nitrogen, dajpat diberikan sebagai garam ammonium, bahan turunan protein yang larut seperti pepton, peptida, asam amino atau urea.

∑

Fosfor,

merupakan

nutrien

esensial,

dapat

diberikan

sebagai

diammoniunfosfat, dinatriumfosfat, asam fosfat. ∑

Magnesium, diberikan dalam bentuk hepta hidrat, hal ini dilakukan bila perlu, yaitu pada medium yang keku rangan nutrien tersebut setelah dilakukan pemeriksaan laboratoris.

Disamping bahan makanan tadi lingkungan juga sa ngat mempengarui pertumbuhan Saccharomyces cerevisieae. ∑

PH, dijaga konstan selama proses fermentasi berlangsung. Derajad keasaman tergantung pada metoda yang di gunakan. Pada derajad keasaman sangat rendah dan tinggi pertumbuhan sel terganggu.

∑

Suhu, suhu optimum berkisar antara 30-35°C.

∑

Udara (oksigen), pangaliran udara penting pada saat pembiakan sebelum dilakukan peragian yang sebenarnya. Fungsi oksigen dalam pertubuhan Saccharomvces cerevisieae belum diketahui secara pasti, diduga kerja oksigen adalah: ÿ Menghambat peragian dan meningkatkan respirasi. ÿ Membantu mengaduk medium. ÿ Menghilangkan hasil akhir yang bersifat racun. ÿ Merangsang pertumbuhan vegetative.

Peragian gula menjadi gliserol erat hubunganya dengan perubahan gula menjadi etanol (jalur Meyerhof-Emb den). Pada keadaan normal gliserol terbentuk dalam jumlah kecil, sedangkan etanol terbentuk dalam jumlah besar.

Pada gambar dua (skema Meyerhof-Embden) dapat dilihat bahwa peragian gula menjadi etanol terjadi dalam 1^ tahap dan melibatkan 15 enzim serta 3 koenzim. Kesemua enzim dan koenzim tersebut terkandung dalam ragi sebagai zimase. Glukosa

mengalami

fosforilasi

oleh

koenzim

ATP

dihasilkan

glukopiranosa-6-fosfat selanjutnya menjadi fruktofuranosa-6- fosfat dan terakhir menjadi fruktofuranosa-l,6-difosfat, Fruktofuranosa-l,6-difosfat pecah menjadi satu molekul glise- raldehid dan satu molekul dihidroksiasetonfosfat. Kedua mule- kul tersebut berada dalam keadaan setimbang antara satu dengan lainya. Koenzim DPNH (Diphosphopyridine Nucleotide, dalam ben- bentuk tereduksi) mereduksi dihidroksiasetonfosfat menjadi alfa gliserofosfat• Alafagliserofosfat dibawah pengaruh fosfatase dirubah menjadi gliserol. Pada tahap berikutnya katalisator enzim fosfogliseraldehid-dehidrogenase, enzim DPN (Diphospho pyridine Nucleotide , dalam bentuk teroksidasi) dan asam fos fat (Hy?0^) akan raerubah 3-gliseraldehidfosfat menjadi asam 1,3-difosfogliserat. Setelah melepas fosfat asam ini menjadi 3-fosfogliserat« ADP (Adenosin Difosfat) menangkap fosfat men jadi ATP (Adenosin trifosfat). Enzim fosfogliseromutase meru bah asam-3-^osfogliserat menjadi asam-2-fosfogliserat, kedua asam ini berada dalam kesetimbangan. Setelah melepas molekul air asam-2-fosfogliserat menjadi asam fosfo piruvat (enol). Enzim enolase mengkatalisa pelepasan molekul air. Fosfat dari asam fosfopiruvat dan ATP ditangkap oleh ADP dibawah pengaruh enzim karboksilase dan enzim kokarboksilase sehingga menghasil kan asetaldehid dan karbondioksida. Asetaldehid menerima hidro gen dari DPNH menjadi etanol.Di muka telah dikatakan bahwa gliserol terbentuk pada tahap pengantar, secara garis besar tahap tersebut dapat di - tunjukkan pada reaksi dibawah ini : Dihidroksiaseton fosfat + DPNH + H+ dehidrogenase Alfa-gliserol fos fat + DPN+ Alfa-gliserol fos fat + DPN+

H O osfatase 2

Gliserol + H3P04

Proses tersebut penting untuk peragian, karena mempunyai peranan menghasilkan DPN+ untuk mengoksidasi 3-gliseraldehidfosfat menjadi asam1,3-difosfogliserat pada tahap pemantapan (statio nary). Reaksi tersebut berguna

untuk pembentukan aetaldehida. Setelah asetaldehid terbentuk akan dihasilkan DPN+ dalam jumlah besar sebagai hasil reaksi DPNH dengan asetaldehid.Pada pembuatan gliserol secara peragian ditambahkan sulfit yang akan membuat proses berjalan tidak normal. Sulfit dalam media peragian akan berubah menjadi bisulfit, selanjutnya bisulfit berikatan dengan asetaldehid. Asetaldehid dalam bentuk terikat ini tidak dapat berfungsi sebagai hidrogen akseptor. Dengan demikian asetaldehid tidak tereduksi menja di etanol. Dalam keadaan demikian DPN+ dihasilkan melalui reaksi yang mengarah pada pembentukan gliserol. b) Sintesis Asam Format dengan Oksidasi Katalik Gliserol Pada penelitian ini, asam format akan disintesis dengan cara mengoksidasi gliserol dengan

udara sebagai oksidator dan Ferro Pyrophosphate sebagai

katalis. Pada awal penelitian, katalis Ferro Pyrophosphate dibuat karena katalis ini akan digunakan baik dalam percobaan pendahuluan maupun dalam percobaan utama. Percobaan pendahuluan dilakukan untuk mengetahui waktu optimum dan peranan CuSO4 yang dibutuhkan oleh proses oksidasi untuk menghasilkan yield asam format yang maksimum. Setelah waktu optimum ditentukan, dilakukan percobaan utama dengan memvariasikan temperatur dan konsentrasi katalis yang digunakan dalam proses oksidasi gliserol selama waktu optimum yang telah diperoleh. Hasil yang diperoleh akan dianalisis menggunakan titrasi dengan NaOH. Sedangkan residu yang ada pada reaktor akan dianalisis menggunakan asam periodat.

DAFTAR PUSTAKA Claus, Edward P. 1962. Pharmacognosy , fourth ed, Lea & Febiger. Philadelpia. Ginting, Tjurmin. 2009. Oksidasi Glukosa dengan Molekul Oksigen Menggunakan Katalis Paladium (II) Klorida, Tembaga (II) Klorida dan Asam Format dalam Pelarut Asetat. Jurnal Penelitian Sains. Palembang: Universitas Sriwijaya. Hari Purwono; Adiono. 1985. Ilmu pangan, Dep. P&K Dirjen Pendidikan Tinggi. Jakarta: Universitas Indonesia. Kirk, R.E., and Othmer, V.F., 1992-1997, “Encyclopedia of Chemical Technology, vol.4-23, John Wiley and Sons Inc, New York. Mc. Ketta, J.J., 1978. Encyclopedia of Chemical Processing and Design, Volume 8, Marcell Decker Inc. New York. Otto Soemarnoto, 1980, Aspek ekologi penganekaan pangan 1980. Yogyakarta: Bagian Penerbitan Yayasan Pertanian UGM.