1. Bagaimana peranan mekanisme biokimia dalam pertumbuhan sel? Bagaimana pula fase-fase yang dialami oleh sel dalam masa pertumbuhannya? Jawab :Biokimia merupakan suatu ilmu yang menghubungkan ilmu kimia dan biologi. Biokimia biasa diterapkan pada suatu organisme atau makhluk hidup untuk mengetahui reaksi-reaksi kimia penting yang terjadi dalam sel. Sel dibangun oleh empat makromolekul yang disebut biomolekul yaitu protein, asam nukleat, karbohidrat, dan lipid. Selain biomolekul, pada sel terdapat ion atau molekul lain yang berhubungan dengan pertumbuhan sel. Reaksi-reaksi yang terjadi di dalam sel tersebut dinamakan metabolisme untuk pertumbuhan sel. Mekanisme biokimia dalam pertumbuhan sel ini berperan dalam siklus hidup sel untuk bertahan hidup dengan proses kimia yang terjadi dalam tubuh.. Dengan mengetahui mekanisme tersebut, dapat diterapkan untuk kehidupan diberbagai bidang, seperti pertanian, farmakologi, dan lingkungan. Pertumbuhan sel terdiri dari beberapa tahap, yaitu :

Gambar 1. Kurva Pertumbuhan selSumber : Doran1. Fase lag: pada fase ini sel akan mulai beradaptasi dengan lingkungan (medium) dan mengumpulkan energi untuk memulai proses pertumbuhan. Untuk mendapatkan energi, sel akan memulai reaksi enzimatis untuk menguraikan substrat dan nutrien di sekitarnya agar dapat digunakan sel. Fase lag terlihat mendatar pada kurva karena tingkat pertumbuhan sel sangat sedikit. Lamanya fase lag bergantung pada medium tumbuh dan jumlah awal sel. Apabila medium yang digunakan adalah medium yang sudah digunakan sebelumnya, maka fase adaptasi ini akan berlangsung cepat karena nutrien yang diperlukan sel sudah terurai di sekitar sel. Jumlah awal sel yang banyak juga akan mempercepat waktu adaptasi, hal ini dikarenakan semakin banyak sel maka semakin banyak enzim yang akan memecah nutrien agar dapat digunakan oleh sel. 2. Fase akselerasi: fase dimana sel sudah selesai melakukan masa adaptasi namun tingkat pertumbuhannya masih rendah 3. Fase eksponensial: fase dimana tingkat aktivitas sel mencapai kecepatan maksimum yang dapat terlihat dari bentuk kurva yang eksponensial. Tingkat pertumbuhan ini akan dipengaruhi oleh beragam faktor biologis dan nonbiologis, seperti sifat sel, asosiasi organisme di medium tumbuh, kandungan nutrien, dan lain-lain 4. fase pengurangan: merupakan fase dimana tingkat pertumbuhan sel mengalami penurunan, hal ini dapat disebabkan karena nutrien yang dibutuhkan sudah hampir habis atau sel-sel yang terdapat pada medium mati karena terpapar hasil metabolisme yang bersifat racun atau persaingan dengan organisme lain. 5. Fase stationer: fase ini ditunjukan oleh kurva mendatar yang menunjukan tingkat pertumbuhan sel sama dengan tingkat kematian sel. Pada fase ini sel mengalami resistensi yang lebih tinggi terhadap faktor eksternal seperti suhu dan zat kimia 6. Fase kematian: merupakan fase dimana tingkat kematian sel sudah lebih banyak dibandingkan tingkat pertumbuhan sel. Pada fase ini nutrien sudah habis sehingga sel tidak lagi dapat melakukan pertumbuhan, namun hasil metabolisme yang bersifat toksik semakin banyak dan persaingan antar organisme semakin ketat sehingga sel yang mati lebih banyak dari sel yang hidup. 6. Bagaimana anda menjelaskan hubungan kinetik untuk reaksi-reaksi berorde nol, satu, dan Michaelis-Menten?

Jawab :a. Hubungan Kinetik untuk Reaksi Orde 0Reaksi dikatakan berorde nol terhadap salah satu pereaksinya apabila perubahan konsentrasi pereaksi tersebut tidak mempengaruhi laju reaksi. Artinya, asalkan terdapat dalam jumlah tertentu, perubahan konsentrasi pereaksi itu tidak mempengaruhi laju reaksi. Persamaan diferensial untuk reaksi orde nol :

(1)Persamaan integrasi reaksi orde nol :

(2)

Berdasarkan persamaan tersebut, dapat digambarkan secara grafik sebagai berikut :

(b)(a) Gambar 2. (a) Grafik Konsentrasi vs Waktu (b) Grafik Laju Reaksi vs WaktuSumber : (a) nonsibihighschool.org (b) chemwiki.ucdavis.edu

Paruh waktu untuk reaksi orde nol :

(3)Pada reaksi enzimatis, enzim terkatalisis pada organisme dimulai atau diawali dari pelekatan substrat pada sisi aktif pada enzim, membentuk enzim-substrat kompleks. Jika banyaknya molekul enzim terbatas pada molekul substrat, maka reaksi tersebut akan diidentifikasikan sebagai reaksi orde nol.

Gambar 3. Grafik Konsentrasi Katalis vs WaktuSumber: chemwiki.ucdavis.edu

Grafik tersebut menunjukkan bahwa reaksi akan menunjukkan progres yang berbeda apabila diberikan penambahan berupa katalis, semakin sedikit yang berikatan dengan katalis, maka reaksi akan semakin melambat.

b. Hubungan Kinetik untuk Reaksi Orde 1

Suatu reaksi dikatakan berorde satu terhadap salah satu pereaksinya jika laju reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi pereaksi itu. Perubahan konsentrasi pereaksi 2 kali menyebabkan laju reaksi lebih cepat 2 kali.

Persamaan diferensial :

(4)

Persamaan integral :

(5)

(a) (b)Gambar 4. (a) Grafik Konsentrasi vs Waktu (b) Grafik Laju Reaksi vs KonsentrasiSumber : chemhume.co.uk

Persamaan waktu paruh untuk reaksi orde 1 :

(6)

3. Hubungan Kinetik untuk Michaelis-Mentenlaju awal reaksi enzimatis dapat ditentukan berdasarkan fungsi terhadap konsentrasi substrat dan parameter yg berpengaruh dalam enzim.

Skema Reaksi Umum Reaksi dengan Katalis Enzim

Dari reaksi diatas, dapat diperoleh persamaan kecepatan perolehan persamaan kecepatan dilakukan dengan 2 metode, yakni:

Metode 1: Pendekatan Kesetimbangan Cepat (untuk [S] K)

(7)

Metode2: Pendekatan Secara Tunak (menentukan nilai Km)

(8)

Km berfungsi untuk menunjukkan bahwa setengah dari sisi aktif telah terisi sehingga kedua metode diatas menghasilkan Michaelis-Menten Equation:

(9)[S] > Km

Km memiliki fungsi yang sama seperti dalam reaksi berorde, yakni sebagai konsentrasi. Namun, konsentrasi yang dimaksud adalah konsentrasi dimana lajunya setengah dari vmax. Nilai dari Km dan vmax dapat ditentukan dari Lineweaver-Burk Plot, Hanes-Woolf, dan Eadie-Hofstee Plot. Lineweaver-Burk Plot

(10)

Gambar 5. Grafik Lineweaver-Burk PlotSumber : ask.metafilter.com

Eadie-Hofstee Plot

(11)

Gambar 6. Grafik Eadie-Hofstee PlotSumber : mailgrupowy.pl

Hanes-Woolf Plot

(12)

Gambar 7. Grafik Hanes-Woolf PlotSumber : drallensmith.org

Daftar PustakaColumbuslabs.2008.Michaelis-Menten Equation.http://www.columbuslabs.org/wp-content/uploads/2008/03/lecture14.pdf (3 May 2015)Doran, Pauline M., 1995. Bioprocess Engineering Principles. Elsevier Science & Technology BooksFathan,Fitria.2009.Laju Reaksi. http://kimia.upi.edu/utama/bahanajar/kuliah_web/2009/0700779/materi1.htm (3 May 2015)