Tugas Enzimo Terakhir.docx

1. IMOBILISASI ENZIM Imobilisasi enzim merupakan konsep yang cukup baru dan sangat menarik perhatian pada industri yang menggunakan enzim. Misalnya, pada industri makanan, enzim dimasukkan bersama dengan substrat dan reaksi dibiarkan untuk berlangsung. Ketika perubahan yang diinginkan telah tercapai maka enzim dinonaktifkan dengan cara pemanasan atau merubah pH dalam sistem. Jadi penggunaan dari enzim adalah sekali pakai, sedangkan pemurnian enzim sangat mahal. Untuk mengatasi masalah ini maka enzim diikat pada senyawaan yang tidak larut yang disebut sebagai matrik sehingga enzim dapat mengikuti reaksi dan dapat diambil kembali setelah selesainya reaksi. Pengikatan enzim pada matriks yang tidak larut dalam air ini disebut sebagai imobilisasi (Jhonson, 1978). Suatu enzim yang teramobil adalah yang gerakannya dalam ruang dibatasi secara sempurna atau hanya dalam daerah yang sangat terbatas. Pada umumnya dalam keadaan demikian, enzim dibentuk menjadi tidak larut dalam air dengan beberapa tujuan. Pertama bentuk demikian akan memudahkan untuk memperoleh kembali enzim dari cairan media yang merupakan faktor penting dalam ekonomi reaktor enzim. Kedua, bagi seorang ahli kimia sangat berguna sebagai model sistem bagi enzim yang secara normal berhubungan dengan membrane sel hidup . Walaupun syarat mutlak dalam pemilihan matriks untuk imobilisasi adalah ditentukan berdasarkan jenis enzim dan aplikasi yang diinginkan, jelaslah bahwa material yang digunakan adalah kompatibel dengan enzim. Proses imobilisasi juga dalam keadaan kamar sehingga tidak dapat mendenatura sikan enzim selama penyiapan (Taqieddin and Amiji, 2003) Keunggulan penggunaan enzim amobil dalam industri menurut Payne et al., (1992) antara lain:        

Dapat digunakan berulang Dapat mengurangi biaya Produk tidak dipengaruhi oleh enzim Memudahkan pengendalian enzim Tahan kondisi ekstrim Dapat digunakan untuk uji analisis Meningkatkan daya guna Memungkinkan proses sinambung

2. METODE IMOBILISASI ENZIM Menurut Chibata (1978) dan Fardiaz (1988), teknik amobilisasi enzim, sel mikrobia sel tanaman maupun sel hewan pada prinsipnya hampir sama dan dapat dikelompokkan menjadi tiga kelompok yaitu  metode ikatan matriks (Carrier-binding)  metode ikatan silang (Cross linking)  metode penjebakan (Entrapping)

2.1. Metode Ikatan Matriks (Carrier Binding) Metode ini merupakan metode amobilisasi pertama yang ditemukan. Metode ini didasarkan pada pengikatan enzim langsung pada matriks yang tidak larut dalam air dan dapat dibedakan lagi atas tiga macam berdasarkan cara pengikatannya, yaitu adsorbsi fisik, ikatan ionik, dan ikatan kovalen. Matriks yang dapat digunakan untuk amobilisasi dengan sistem ikatan diantaranya polisakarida tidak larut air (selulosa, dekstran, dan turunan agarosa), protein (gelatin dan albumin), polimer sintetik (resin ion exchange dan gel poliakrilamida), bahan organik (gelas berpori, silica, ion metal dan tanah alkali). Pemilihan teknik ini tergantung pada enzim itu sendiri. Beberapa aspek yang perlu diperhatikan adalah ukuran partikel, luas permukaan, rasio molar termasuik hidrolfilik atau hidrofobik dan komposisi kimia. Metode baru ini mempunyai beberapa keuntungan, yaitu enzim dapat dipakai secara berulang, memudahkan kontrol reaksi, kualitas produk terjaga, proses dapat berlangsung secara berkesinambungan, tanpa kontaiminasi enzim (protein) lain, memudahkan pemisahan enzim dari produk, enzim akan mempunyai fungsi katalitik pada kisaran pH yang lebih tinggi dan kurang sensitif terhadap panas (Muchtadi dkk, 1992). Menurut Palmer (1991) metode amobilisasi enzim ikatan Karier (Carrier Binding) yaitu metode yang akan mengikat enzim pada matriks yang tidak larut dalam air.

Gambar 1. Imobilisasi enzim dengan teknik Carrier binding Untuk menentukan carrier yang sesuai dengan enzim dapat dilakukan dengan seleksi yang meliputi:  Ukuran partikel  Luas permukaan  Molar rasio dari hidrofilik dan grup hidrofobik  Komposisi kimia Umumnya peningkatan rasio dari grup hydrophobic dan konsentrasi dari enzim dapat meningkatkan aktivitas amobilisasi enzim. Carrier yang dapat digunakan pada amobilisasi enzim adalah derivates polysaccharida misalnya cellulosa, dextran, agarose, dan polyacrylamide gel. Metode carrier-binding dibagi menjadi tiga jenis, yaitu adsorpsi fisik, pengikatan secara ionik, dan pengikatan secara kovalen.

a. Adsorpsi fisik Metode amobilisasi enzim dengan teknik adsorpsifisik didasarkan pada fenomena adsorpsi enzim pada permukaan pembawa yang tidak dapat larut di dalam air. Kelebihan amobilisasi enzim dengan cara ini adalah enzim tidak mengalami perubahan konformasi dan metode ini sederhana dan murah. Kekurangan amobilisasi enzim dengan teknik ini adalah enzim dapat mengalami desorpsi sebagai akibat perubahan temperatur dan pH. Lepasnya enzim yang telah terikat pada pembawa dapat terjadi karena lemahnya kekuatan ikatan antara enzim dengan pembawa. b. Pengikatan secara ionik Prinsip amobilisasi enzim dengan teknik ini adalah enzim akan terikat secara ionik pada pembawa yang mengandung residu penukar ion. Polisakarida dan polimer sintetis memiliki pusat penukar ion yang dapat digunakan sebagai pembawa. Pengikatan ionik antara enzim dengan pembawa mudah dilakukan jika dibandingkan dengan pengikatan enzim secara kovalen. Amobilisasi enzim dengan pengikatan ionik dapat mengakibatkan terjadinya sedikit perubahan konformasi dan sisi aktif enzim. c. Pengikatan secara kovalen Metode amobilisasi enzim dengan teknik ini didasarkan pada pengikatan enzim pada pembawa melalui ikatan kovalen. Gugus fungsi yang sering terlibat dalam proses amobilisasi enzim dengan teknik ini adalah gugus amino, gugus hidroksil, gugus karboksil, dan gugus fenolik. Kondisi yang harus dicapai untuk proses amobilisasi enzim dengan teknik ini lebih rumit jika dibandingkan dengan teknik pengikatan secara ionik dan adsorpsi fisik. Amobilisasi enzim dengan pengikatan secara kovalen dapat menyebabkan perubahan pada konformasi enzim sehingga dapat terjadi penurunan aktivitas enzim yang cukup besar. 2.2 Metode ikatan silang (Cross linking). Metode ikatan silang didasarkan atas pembentukan ikatan kimia, seperti pada metode ikatan kovalen, tetapi tidak menggunakan matriks yang tidak larut. Amobilisasi enzim terjadi melalui komponen bi-atau multifungsional. Sebagai komponen pengikat dapat digunakan gluraldehida, turunan bis-diazobenzidin, dan lain-lain. Enzim yang diamobilisasi dengan metode ini sering bersifat gel sehingga sukar ditangani. Enzim dapat diamobilisasi sebagai bagian dari suatu kopolimerisasi dengan anhidrida maleat dan etilen yang sebelumnya telah direaksikan dengan etilendiamin. Pada metode ini tidak menggunakan matriks yang tidak larut dalam air, amobilisasi didasarkan pada pembentukan ikatan kimia antara molekul enzim dengan menggunakan reaksi multi / fungsional.

Gambar 2. Imobilisasi enzim Cross linking

Gugus fungsional yang ikut dalam reaksi ini adalah amino pada asam amino terminal, gugus dari lisin, gugus fenolik dari tyrusin, gugus sulfidril dari sistem serta imidazole dan histidine. Bahan atau solid support yang digunakan intuk membentuk ikatan silang adalah heksametal endisocyanat yang akan bereaksi dengan enzim membentuk ikatan peptida (Palmer,1991). 2.3 Metode Penjebakan (Entrapping) Amobilisasi enzim dengan teknik penjebakan didasarkan pada penempatan enzim di dalam kisi-kisi matriks polimer atau membran. Teknik ini berbeda dengan teknik amobilisasi dengan pengikatan secara kovalen maupun secara pengikatan silang, karena enzim tidak terikat pada kisi-kisi membran atau polimer. Terdapat dua jenis penjebakan enzim, yaitu penjebakan ke dalam matriks polimer dan penjebakan ke dalam kapsul berukuran mikro. a. Penjebakan di dalam kapsul (mikroenkapsulasi), Penjebakan di dalam kapsul (mikroenkapsulasi) yang merupakan pemasukan enzim ke dalam membran polimer semipermeabel. Hasil mikroenkapsulasi umumnya mempunyai ukuran yang bervariasi mulai dari satu mikron sampai beberapa mikron. Kondisi ini dapat mencegah enzim keluar dari kapsul, sedangkan substrat dengan berat molekul kecil dapat mencapai enzim. b. Penjebakan di dalam matriks polimer Penjebakan di dalam matriks polimer Enzim yang diamobilisasi dijerat di dalam polimer sintetik atau alami. Metode yang telah terbukti sangat memuaskan untuk amobilisasi enzim adalah penjebakan (Bucke, 1982). Menurut Muchtadi, dkk (1992), metode ini didasarkan pada penempatan enzimdalam kisi atau suatu ruang dalam suatu polimer atau dalam membran semipermeable yang pertama digolongkan ke dalam jenis kisi sedang yang kedua digolongkan ke dalam jenis microcapsule. Bahan yang digunakan sebagai penjebak antara lain K-caragenan, Ca- alginate, dan poliacrilamida.dari ketiga bahan tersebut poliacrilamida merupakan bahan pendukung yang paling stabil dan tidak terlalu mempengaruhi sifat enzim (Goel,1994).

Gambar 3. Imobilisasi enzim entrapping

3. Aktivitas Enzim Imobil Sifat dari enzim amobil berbeda dengan enzim yang terdapat bebas dalam larutan dan tergantung dari metode immobilisasi dan carier alami yang tidak terlarut. Penurunan pada aktivitas spesifik muncul saat enzim diamobilisasi sebagian proses kimia dilibatkan saat kondisi mungkin menyebabkan denaturasi. Bagaimanapun carier membentuk lingkungan mikro baru bagi enzim dan hal tersebut dapat mempengaruhi aktivitas dalam langkah yang berbeda. Sebagai contoh, karakteristik enzim dapat berubah jika sisi aktif mengalami perubahan konformasi sebagai hasil interaksi antara enzim dan carier. Carrier dapat mempengaruhi karakteristik enzim dengan membentuk rintangan sterik dengan pencegahan difusi bebas dari substrat ke semua molekul enzim atau dengan memebentuk interaksi elektrostatik dengan molekul substrat atau produk (Palmer, 1991). Sedangkan menurut Goel (1994), enzim yang diamobilkan akan mengalami perubahan komposisi yang dimungkinkan akibat dari sisi aktif enzim yang berikatan dengan matriks sehingga mengakibatkan berkurangnya katalitik enzim tersebut. Menurut Fardiaz (1998), aktivitas enzim amobil dapat dibedakan atas dua macam yaitu : 1. Aktivitas relative (V1) yaitu perbandingan aktivitas enzim amobil dengan aktivitas enzim bebas dalam jumlah yang sama. 2. Aktivitas spesifik absolut (V2) yaitu kecepatan reaksi per unit berat atau unit volume dari seluruh katalis. Aktivitas relatif menunjukkan tingkat deaktivasi enzim yang disebabkan oleh proses amobilisasi, sedangkan aktivitas absolut dapat menunjukkan kemungkinan untuk mengamobilisasi lebih banyak atau lebih sedikit enzim per unit volume katalis. Enzim yang diamobilisasi dapat kehilangan aktivitasnya karena beberapa hal yaitu (Fardiaz, 1988) :  Beberapa enzim mungkin diamobilisasi pada matriks dengan konfigurasi sedemikian rupa sehingga menghambat kontak antara substrat dengan sisi aktif enzim.  Gugus reaktif pada sisi aktif enzim mungkin ikut terikat pada matriks. Perlindungan sisi aktif oleh inhibitor reversible selama pengikatan akan mempertahankan aktivitasnya. 4. Faktor Faktor yang Mempengaruhi Faktor-faktor yang harus diperhatikan untuk amobilisasi enzim adalah matriks yang digunakan dan terjadinya ikatan antara enzim dan matriks. Berdasarkan komposisi kimianya, matriks ini dapat digolongkan menjadi polimer alami dan sibntetik (Rahayu, 1982). Beberapa jenis matriks dapat digolongkan sebagai gel. Pemakaian gel sebagai matriks pengamobil dapat digunakan baik untuk sistem penjeratan (entraping) maupun pengikat, apabila memilih permukaan yang luas terutama pada bagian internalnya. Keuntungan yang dapat diperoleh dari penggunaan gel ini adalah bentuk sesuai dengan konformasi yang diinginkan seperti bentuk membran atau bentuk partikel (Sasmito, 1990). Bahan yang paling banyak digunakan sebagai matriks dalam amobilisasi adalah polisakarida, terutama dari algae, dan selulosa. Keduanya digunakan dalam metode penjebakan (seperti alginat, poliakrilamida dan karagenan) (Fardiaz, 1988). Enzim yang diamobilkan mempunyai beberapa kelebihan dan kelemahan. Kelebihannya antara lain (Goel,1994) :  Enzim akan menjadi lebih stabil  Enzim dapat digunakan secara berulang – ulang.  Memudahkan pemisahan enzim dari produk

 Kwalitas produk enzim yang dihasilkan terjaga  Proses dapat berjalan secara berkesinambungan  Memudahkan control reaksi  Reaksi dapat berjalan tanpa kontaminasi (misalnya oleh protein lain) Kelemahannya antara lain Muchtadi, dkk (1992) :  Aktivitas enzim akan mengalami penurunan karena ruang gerak enzim dibatasi  Dibutuhkan biaya tambahan untuk melakukan amobilisasi  Sebagian metode amobilisasi (cross linking) sulit untuk dilakukan sehingga dibutuhkan keahlian operator  Kesalahan dalam metode amobilisasi akan menyebabkan penurunan aktivitas Enzim.

DAFTAR PUSTAKA Bucke, C. 1982. Industrial Use of Immobilized Enzymes and Cells. Immobilized Microbial Enzymesand Cells. Proceeding of Regional Workshop. Mahidol University. Bangkok. Chibata, I. 1978. Immobilized Enzymes research and development. Halsted Press. Kadansha. Tokyo. Fardiaz, S. 1988. Fisiologi Fermentasi. PAU IPB. Bogor. Goel, M. K. 1994. Immobilized Enzymes. Environ/IMMOB/Immob.htm, diakses tanggal 29 November 2017. Palmer,T. 1991. Understanding Enzymes. England : Ellis Horwood Jhonson, P. 1978. Encyclopedia of Food Science. Westpost, Connecticut : The Avi Pub.Co, Inc. PAYNE, R.C., IP SUKANTO, S.PARTOUTOMO And T.W.JONES. 1992b .Trypanosoma evansias a constraint to Livestock Productivity In Indonesia Proceedings of The First International Seminar On Tsetse Transmitted Trypanosomes. Annecy, France. October 14- 15. Taqieddin, E., M.Amiji. 2003. Enzyme Immobilization in Novel Alginate–Chitosan Core Shell Microcapsules. Biomaterials 25 (2004) 1937–1945 Technol. Biotechnol. Volume 44. 335– 370.

IMOBILISASI ENZIM MATA KULIAH ENZIMOLOGI

Nama : Henny Megah Perwitasari NRP

: 01311440000038

DEPARTEMEN BIOLOGI FAKULTAS ILMU ALAM INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2017