mikroorganisme pendegradasi senyawa hidrokarbon

8/11/2019 Mikroorganisme Pendegradasi Senyawa Hidrokarbon

1/15

Mikroorganisme Pendegradasi SenyawaHidrokarbon, Biosintesis Asam Lemak C12 danMetode-Metode Immobilisasi EnzimPosted by muhammad asrol on 01.19

Senyawa Hidrokarbon

Minyak bumi merupakan sumber energi utama manusia pada zaman modern.Minyak

bumi menjadi harta yang paling berharga bagi manusia dalam bidang energi berkelanjutan

yang harganya cukup mahal. Mahalnya harga minyak bumi ini berbanding lurus terhadap

proses dan cara untuk memperolah minyak bumi tesebut. Minyak bumi pada dasarnya

terbentuk dari fosil zaman dahulu didalam tanah yang akhirnya terbentuk senyawa

hidrokarbon kompleks.

Sebagai sumber energi utama penduduk bumi, tentu saja minyak bumi dapat

ditemukan dimana saja.Hingga akhirnya, minyak bumi sekarang bukan seja berfungsi secara

tunggal dalam memenuhi kebutuhan energi, tetapi pada akhirnya juga menjadi masalah

lingungan yang serius karena pencemarannya.Pencemaran lingkungan oleh minyak bumi dan

senyawa hidrokarbon lainnya bukanlah menjadi masalah baru bagi lingkungan.Pencemaran

ini dapat ditemukan seperti kebocoran pipa saluran, kecelakaan pengangukutan, kebocoran

kapal pengangkut bahan bakar, dan tengki pnyimpanan yan pecah.Bahkan lebih parahnya

lagi, pencemaran tanah oleh minyak bumi dan senyawa hidrokarbon lainnya dapat kerusakan

luas pada ekosistem lokal karena terjadi akumulasi senyawa tersebut di dalam jaringan hewan

dan tumbuhan yang dapat menyebabkan kematian dan mutasi (Wongsa dkk, 2004).

Besarnya peluang dan kerusakan lingkungan akibat minyak bumi dan senyawa

hidrokarbon lainnya, harus ditangani secara serius dan berkelanjutan.Penanganan pencemaran

lingkungan akibat senyawa hidrokarbon pada dasarnya dapat dilakukan secara fisika, kimia

dan biologi. Perlakuan secara fisika dapat dilakukan dengan cara pengabuan ( incineration),

kloronasi, ozonasi, pembakaran dan penggunaan surfaktan. tetapi menurut Pelezar

(1986),penanggulangan pencemaran lingkungan dengan menggunakan metode secara kimi

adan fisika membutuhkan biaya yang sangat besar, tetapi tidak dapat menghilangkan

pencemaran lingkungan secara maksimal.

Pada dasarnya, terdapat juga mikroorganisme atau mikroba yang memanfaatkan

hidrokarbon sebagai nutrisi dalam menyambung siklus hidupnya.Ini merupakan salah satu

peluang dalam menyelamatkan lingkungan bumi dari kepungan hidrokarbon yangmenggunung.Pemanfaatan mikroba tidak hanya dapat mereduksi dan memproses hidrokarbon
http://muhammadasrol.blogspot.com/2013/07/mikroorganisme-pendegradasi-senyawa.htmlhttp://muhammadasrol.blogspot.com/2013/07/mikroorganisme-pendegradasi-senyawa.htmlhttp://muhammadasrol.blogspot.com/2013/07/mikroorganisme-pendegradasi-senyawa.htmlhttp://muhammadasrol.blogspot.com/2013/07/mikroorganisme-pendegradasi-senyawa.htmlhttp://muhammadasrol.blogspot.com/2013/07/mikroorganisme-pendegradasi-senyawa.htmlhttp://muhammadasrol.blogspot.com/2013/07/mikroorganisme-pendegradasi-senyawa.html


2/15

tetapi juga menjadi keuntungan tersendiri bagi mikroba tersebut. Terdapat beberapa cara

yang digunakan mikroba dalam memanfaatkan hidrokarbon sebagai nutrisinya, salah satunya

adalah dengan bioremediasi.

Bioremediasi

Bioremediasi merupakan memanfaatkan mikroorganisme dalam mendegradasi

kontaminan di suatu lingkungan akibat senyawa hidrokarbon menjadi bentuk yang tidak

mengandung racun. Bioremediasi awalnya merupakan pengembangan dari bidang

bioteknologi dengan memanfaatkan proses biologi dalam mengendalikan pencemaran. Dalam

proses bioremediasi, mikroba digunakan sebagai media untuk mengurangi senyawa organik

dan bahan beracun yang berasal dari rumah tangga maupun limbah industri. sebagia salah

satu teknik perbaikan terhadap lingkungan yang tersemar, bioremediasi dipandang sebagai

metode yang murah dari segi ekonomi untuk membersihkan tanah dan air yang

terkontaminasi oleh senyawa-senyawa kimia toksik atau beracun (Dwidjosaputro, 1998).

Dalam melakukan bioremediasi, diperlukan biodegradasi senyawa hidrokarbon secara

berkelanjutan dan terkontrol baik. Bioremediasi senyawa hidrokarbon dapat dilakukan

dengan cara penambahan nutrient (biostimulasi) atau dengan penambahan mikroorganisme

pendegradasi hidrokarbon secara langsung. Dalam hal ini, bakteri adalah mikroorganismeyang tepat dan umum digunakan dalam bioremediasi hidrokarbon.Bakteri dapat

mendegradasi senyawa hidrokarbon dan menggunakan senyawa tersebut sebagai sumber

karbon untuk pertumbuhan.

Pelaksanan bioremediasi dengan menggunakan bakteri pada dasarnya menmbutuhkan

kerja sama lebih dari satu spesies bakteri. Hal tersebut karena senawa hidrokarbon seperti

minyak bumi terbentuk dari bayak gugus yang berbeda dan bakteri hanya dapat

menggunakan hidrokarbon pada kisaran tertentu.Oleh karena itu, dalam memanfaatkan

bakteri, diperlukannya suatu identifikasi yang tepat untuk menyesuaikan dengan

kemampuannya dalam mendegradasi hidrokarbon. Beberapa bakteri yang memanfaatkan

hidrokarbon sebagai senyawa pertumbuhan serta secara tidak langsung berperan dalam

bioremediasi adalah :

1.1.1. Pseudomonas sp

Pseudomonas spmerupakan salah satu bakteri yang memanfaatan bakteri menjadi biosurfaktan.

Dengan demikian, jenis bakteri ini dapat di,amanfaatkan dengan baik dalam melakukan bioremediasi

dengan hidrokarbon. Tetapi terdapat beberapa faktor, salah satu faktor tersebut adalah kelarutannya yang

rendah, sehingga sulit mencapai sel bakteri.Dalam produksi biosurfaktan, berkaitan dengan keberadaan

enzim regulatori yang berperan dalam sintesis biosurfaktan. Ada dua macam biosurfaktan yang dihasilkan

bakteri Pseudomonas :


3/15

1. Surfaktan dengan berat molekul rendah (seperti glikolipid, soforolipid, trehalosalipid, asam

lemak dan fosfolipid) yang terdiri dari molekul hidrofobik dan hidrofilik. Kelompok ini

bersifat aktif permukaan, ditandai dengan adanya penurunan tegangan permukaan medium

cair.

2. Polimer dengan berat molekul besar, yang dikenal dengan bioemulsifier polisakaridaamfifatik. Dalam medium cair, bioemulsifier ini mempengaruhi pembentukan emulsi serta

kestabilannya dan tidak selalu menunjukkan penurunan tegangan permukaan medium.

Biosurfaktan merupakan komponen mikroorganisme yang terdiri atas molekul

hidrofobik dan hidrofilik, yang mampu mengikat molekul hidrokarbon tidak larut air dan

mampu menurunkan tegangan permukaan.Selain itu biosurfaktan secara ekstraseluler

menyebabkan emulsifikasi hidrokarbon sehingga mudah untuk didegradasi oleh

bakteri.Biosurfaktan meningkatkan ketersediaan substrat yang tidak larut melalui

beberapa mekanisme. Dengan adanya biosurfaktan, substrat yang berupa cairan akan

teremulsi dibentuk menjadi misel-misel, dan menyebarkannya ke permukaan sel bakteri.

Substrat yang padat dipecah oleh biosurfaktan, sehingga lebih mudah masuk ke dalam sel(Pelezar, 1986).

Pelepasan biosurfaktan ini tergantung dari substrat hidrokarbon yang ada.Ada substrat

(misal seperti pada pelumas) yang menyebabkan biosurfaktan hanya melekat pada permukaan

membran sel, namun tidak diekskresikan ke dalam medium.Namun, ada beberapa substrat

hidrokarbon (misal heksadekan) yang menyebabkan biosurfaktan juga dilepaskan ke dalam

medium.Hal ini terjadi karena heksadekan menyebabkan sel bakteri lebih bersifat

hidrofobik.Oleh karena itu, senyawa hidrokarbon pada komponen permukaan sel yang

hidrofobik itu dapat menyebabkan sel tersebut kehilangan integritas struktural selnya

sehingga melepaskan biosurfaktan untuk membran sel itu sendiri dan juga melepaskannya ke

dalam medium.

1.1.2. Bakteri NictobacterBakteri ini merupakan bakteri probioaktif yang mampu bekerja menguraikan bahan

organik protein,karbohidrat,dan lemak secara biologis. Bermanfaat dalam menguraikan

NH3dan NO pada sampah,tinja,dan kotoran hewan ternak, dan dapat menekan populasi

bakteri patogen pada penampung tinja yang menyebabkan sumber air tanah akan

terkontaminasi jika air remebesan tinja bercampur dengan sumber air tanah.

1.1.3. Bakteri EndogenousTidak hanya mengendalikan senyawa amoniak dan nitrit, teknik bioremediasi dengan

menggunakan bakteri endogenus juga bertujuan untuk mengendalikan senyawa H2S yang

banyak menumpuk di sedimen tambak (Dwidjosaputro, 1998).Dengan menggunakan bakteri

fotosintetik dari jenis Rhodobakter untuk menghilangkan senyawa H2S.Hasilnya H2S tidak

terdeteksi sama sekali di tambak,Untuk mengatasinya dia menggunakan bakteri dari jenis

Bacillus. Karena bakteri Bacillus yang di gunakan merupakan bakteri endogenous, maka

efektivitasnya lebih baik jika dibandingkan dengan produk bioremediasi dengan

menggunakan bakteri dari luar Indonesia,

1.1.4. Bakteri Nitrifikasi


4/15

Nitirifikasi untuk menjaga keseimbangan senyawa nitrogen anorganik (amonia, nitrit

dan nitrat) di sistem tambak. Pendekatan bioremediasi ini diharapkan dapat menyeimbangkan

kelebihan residu senyawa nitrogen yang berasal dari pakan, dilepaskan bempa

gas N2 1N20ke atmosfir. Peran bakteri nitrifikasi adalah mengoksidasi amonia menjadi nitrit

atau nitrat, sedangkan bakteri denitrifikasi akan mereduksi nitrat atau nitrit menjadi

dinitrogen oksida (N20)atau gas nitrogen (Nz).

1.1.5. Bakteri Pereduksi SulfatKemampuan BPS dalam menurunkan kandungan sulfat sehingga dapat meningkatkan

pH tanah bekas tambang batubara ini sangat bermanfaat pada kegiatan rehabilitasi lahan

bekas tambang batubara. Peningkatan pH yang dicapai hampir mendekati netral (6,66)

sehingga sangat baik untuk mendukung pertumbuhan tanaman revegetasi maupun kehidupan

biota lainnya.

1.1.6. Arthrobacter

Pada kultur yang masih mudaArthrobacterberbentuk batang yang tidak teratur 0,8

1,2 x 1 8 mikrometer. Pada proses pertumbuhan batang segmentasinya berbentuk cocuskecil dengan diameter 0,6 1 mikrometer. Gram positif, tidak berspora, tidak suka asam,

aerobik, kemoorganotropik. Memproduksi sedikit atau tidak sama sekali asam dan gas yang

berasal dari glukosa atau karbohidrat lainnya. Katalase positif, temperatur optimum 25

30oC (Waluyo, 2005).

1.1.7. AcinetobacterMemiliki bentuk seperti batang dengan diameter 0,9 1,6 mikrometer dan panjang

1,5- 2,5 mikrometer. Berbentuk bulat panjang pada fase stasioner pertumbuhannya. Bakteri

ini tidak dapat membentuk spora. Tipe selnya adalah gram negatif, tetapi sulit untuk

diwarnai. Bakteri ini bersifat aerobik, sangat memerlukan oksigen sebagai terminal elektron

pada metabolisme. Semua tipe bakteri ini tumbuh pada suhu 20-300 C, dan tumbuh optimumpada suhu 33-350 C. Bersifat oksidasi negatif dan katalase positif. Bakteri ini memiliki

kemampuan untuk menggunakan rantai hidrokarbon sebagai sumber nutrisi, sehingga mampu

meremidiasi tanah yang tercemar oleh minyak. Bakteri ini bisa menggunakan amonium dan

garam nitrit sebagai sumber nitrogen, akan tetapi tidak memiliki pengaruh yang signifikan.

D-glukosa adalah satu-satunya golongan heksosa yang bisa digunakan oleh bakteri ini,

sedangkan pentosa D-ribosa, D-silosa, dan L-arabinosa juga bisa digunakan sebagai

sumber karbon oleh beberapa strain.

1.1.8. Bacillus

Umumnya bakteri ini merupakan mikroorganisme sel tunggal, berbentuk batang

pendek (biasanya rantai panjang). Mempunyai ukuran lebar 1,0-1,2 m dan panjang 3-5m.

Merupakan bakteri gram positif dan bersifat aerob. Adapun suhu pertumbuhan maksimumnya

yaitu 30-50oC dan minimumnya 5-20oC dengan pH pertumbuhan 4,3-9,3. Bakteri ini

mempunyai kemampuan dalam mendegradasi minyak bumi, dimana bakteri ini menggunakan

minyak bumi sebagai satu-satunya sumber karbon untuk menghasilkan energi dan

pertumbuhannya. Pada konsentrasi yang rendah, bakteri ini dapat merombak hidrokarbon

minyak bumi dengan cepat. Jenis Bacillus sp. yang umumnya digunakan seperti Bacillus

subtilis, Bacillus cereus, Bacillus laterospor.


5/15

Selain dari golongan bakteri, mikroba pendegradasi hidrokarbon juga dapat dilakukan

oleh fungi. Fungi pendegradasi hidrokarbon umumnya berasal dari genus Phanerochaete,

Cunninghamella, Penicillium, Candida, Sporobolomyces, Cladosporium. Jamur dari genus ini

mendegradasi hidrokarbon polisiklik aromatik. JamurPhanerochaete chrysosporium mampu

mendegradasi berbagai senyawa hidrofobik pencemar tanah yang persisten. Adapun oksidasi

dan pelarutan hidrokarbon polisiklik aromatik oleh Phanerochaete chrysosporium

menggunakan enzim lignin peroksidase. Bila terdapat H2O2, enzim lignin peroksidase yang

dihasilkan akan menarik satu elektron dari PAH yang selanjutnya membentuk senyawa

kuinon yang merupakan hasil metabolisme. Cincin benzena yang sudah terlepas dari PAH

selanjutnya dioksidasi menjadi molekul-molekul lain dan digunakan oleh sel mikroba sebagai

sumber energi misalnya CO2.

Jamur dari golongan Deuteromycota (Aspergillus niger, Penicillium glabrum, P.

janthinellum, Zygomycete, Cunninghamella elegans ), Basidiomycetes (Crinipellis stipitaria)

diketahui juga dapat mendegradasi hidrokarbon polisiklik aromatik. Sistem enzim

monooksigenase Sitokrom P-450 pada jamur ini memiliki kemiripan dengan sistem yang

dimiliki mamalia. Adapun langkah-langkahnya yaitu pembentukan monofenol, difenol,

dihidrodiol dan quinon dan terbentuk gugus tambahan yang larut air (misalnya sulfat,

glukuronida, ksilosida, glukosida).Senyawa ini merupakan hasil detoksikasi pada jamur dan

mamalia.

Secara umum terdapat tiga cara transpor hidrokarbon ke dalam sel bakteri yaitu

sebagai berikut :

a) Interaksi sel dengan hidrokarbon yang terlarut dalam fase air. Pada kasus ini, umumnya rata-

rata kelarutan hidrokarbon oleh proses fisika sangat rendah sehingga tidak dapat mendukung.

b) Kontak langsung (perlekatan) sel dengan permukaan tetesan hidrokarbon yang lebih besar

daripada sel mikroba. Pada kasus yang kedua ini, perlekatan dapat terjadi karena sel bakteri

bersifat hidrofobik. Sel mikroba melekat pada permukaan tetesan hidrokarbon yang lebih

besar daripada sel dan pengambilan substrat dilakukan dengan difusi atau transpor aktif.

Perlekatan ini terjadi karena adanya biosurfaktan pada membran sel bakteri Pseudomonas.

c) Interaksi sel dengan tetesan hidrokarbon yang telah teremulsi atau tersolubilisasi oleh

bakteri. Pada kasus ini sel mikroba berinteraksi dengan partikel hidrokarbon yang lebih kecil

daripada sel. Hidrokarbon dapat teremulsi dan tersolubilisasi dengan adanya biosurfaktan

yang dilepaskan oleh bakteri Pseudomonas ke dalam medium (Waluyo, 2005).

Biosintesis Asam Lemak C-12 (Tidak Jenuh)


6/15

Pengubahan karbohidrat menjadi lemak memerlukan produksi asam lemak dan

gliserol.Hal ini menjadikan asam teresterifikasi.Asam lemak dibentuk oleh kondensasi

berganda unit asetat dari asetil CoA. Sebagian besar reaksi sintetis asam lemak terjadi hanya

di kloroplas daun serta di proplastid biji dan akar. Asam lemak yang disintesis di kedua

organel ini terutama adalah asam palmitat dan asam oleat.Asetil CoA yang digunakan untuk

membentuk lemak di kloroplas sering dihasilkan oleh piruvat dehidrogenase dengan

menggunakan piruvat yang dibentuk pada glikolisis di sitosol. Sumber lain asetil CoA pada

kloroplas beberapa tumbuhan adalah asetat bebas dari mikotondria. Asetat ini diserap oleh

plastid dan diubah menjadi asetil CoA yang digunakan membentuk asam lemak dan lipid

lainnya(Dwidjosaputro, 1998).

Pada reaksi sintesa asam lemak, enzim CoA dan protein pembawa asil (ACP)

mempunyai peranan penting.Enzim-enzim ini berperan membentuk rantai asam lemak

dengan menggabungkan secara bertahap satu gugus asetil turunan dari asetat dalam bentuk

asetil CoA dengan sebanyak n gugus malonil turunan dari malonat dalam bentuk malonil

CoA.Sintesa asam lemak berlangsung bertahap dengan siklus reaksi perpanjangan rantai

asam lemak hingga membentuk rantai komplit C16 dan C18.

Bahan utama yang digunakan pada biosintesis asam lemak adalah senyawa asetil CoA

dan senyawa malonil CoA.Malonil CoA disintesis dari asetil CoA dengan penambahan CO2

oleh asetil CoA karboksilase.Reaksi pertama pada biosintesis asam lemak adalah pemindahan

gugus asetil dan gugus malonil dari CoA ke ACP dengan katalis asetil-CoA; ACP transilasedan malonil-CoA; ACP transilase.Reaksi berikutnya adalah pengkondensasian gugus malonil

membentuk asetoasetil-ACP dengan melepaskan CO2. Setelah penkondensasian asetil

dengan malonil, tahapan selanjutnya terdiri dari urutan reaksi reduksi dengan katalis 3-

ketoasil ACP reduktase, reaksi dehidrasi dengan katalis 3-hidroksi ACP dehidrase, dan reaksi

reduksi dengan katalis enoil ACP reduktase. Urutan reaksi-reaksi ini merupakan siklus

lintasan pembentukan dan penambahan panjang rantai asam lemak. Hasil sintesa dari urutan

reaksi ini adalah molekul asam lemak yang terikat dengan ACP (Ani, 2012).

Hasil sintesa awal adalah asam lemak rendah dengan jumlah atom karbon sebanyak

4.Hasil sintesis ini selanjutnya kembali memasuki siklus kondensasi-reduksi-dehidrase-

reduksi untuk menambah panjang rantai asam lemak dengan dua atom karbon. Bila panjang

rantai molekul asam lemak hasil sintesis belum cukup, sintesis lanjut berlangsung kembali

melalui siklus yang sama. Hasil sintesis asam lemak terdapat terikat dengan ACP dan CoA.

Kemudian CoA akan terhidrolisis dan keluar bila asam lemak bergabung dengan gliserol

selama pembentukan lemak atau lipid membran.

Pada reaksi pembentukan asam lemak dibutuhkan banyak energi, di mana dua pasang

elektron (2NADPH) dan satu ATP diperlukan untuk tiap gugus asetil.Kebutuhan energi ini di


7/15

daun dapat tersedia dari fotosintesis yang menyediakan sebagian besar NADPH dan ATP

sehingga pembentukan asam lemak pada keadaan terang dapat berlangsung lebih cepat

daripada pembentukan pada keadaan gelap.Pada tempat gelap di proplastid biji dan akar,

NADPH dapat tersedia dari lintasan respirasi pentosa fosfat, dan ATP dari glikolisis piruvat

yang merupakan senyawa asal dari asetil CoA.Sebagian besar asam lemak terbentuk di ER

walaupun asam oleat dan asam palmitat dibentuk di plastid.Pada biji, asam lemak yang

diproduksi dapat langsung diesterifikasi dengan gliserol membentuk oleosom.Kemungkinan

lainnya ialah asam lemak diangkut balik ke proplastid untuk membentuk oleosom.Asam

lemak dapat diubah menjadi fosfolipid di ER semua sel sebagai bahan untuk pertumbuhan

membran ER dan membran sel lainnya.Di ER pada daun, asam linoleat dan asam linolenat

yang disintesis kemudian diangkut dari ER ke kloroplas dan ditimbun sebagai lipid di

membran tilakoid.

Mekanisme Terjadinya Biosintesis Asam Lemak Tidak Jenuh

Ada dua mekanisme yang sangat berbeda untuk memperkenalkan ikatan rangkap

menjadi asam lemak.Hewan, tumbuhan, mikro-organisme eukariotik dan beberapa bakteri

aerobik menggunakan jalur aerobik sedangkan mayoritas bakteri menggunakan jalur

anaerob.Di jalur aerobik desaturation dari pembentukan asam lemak jenuh terjadi

membutuhkan oksigen molekul.Reaksi ini agak rumit dan dilakukan oleh sistem partikulat

multienzim yang disebut mono-oxygenase atau fungsi oksidase campuran.Pada eukariotaenzim berasal dari ER.Satu atom oksigen menghasilkan molekul air dengan mereaksikan dua

hidrogen dari asam lemak.Atom oksigen bebas yang menggabungkan dua atom hidrogen

lebih lanjut dari NADPH + H+.Prekursor adalah asam stearat dan produk adalah asam oleat

(Hadioetomo, 1993).

Senyawa tersebut adalah turunan Co-A asam bebas yang substratnya digunakan untuk

pembentukan asam lemak tak jenuh. Dua utama mono-asam lemak tak jenuh pada eukariota

adalah asam oleat dan asam palmitoleic. Keduanya terindikasi memiliki ikatan rangkap 9-10

dan merupakan dasar bagi serangkaian asam polyunsaturated lebih lanjut, untuk contoh asam

arachidonic tapi sistem prokariotik tidak mengandung asam lemak tak jenuh di- dan poli.Satu

masalah bagi hewan adalah bahwa mereka tidak dapat menyisipkan ikatan rangkap di luar C9

dari asam lemak dan karena itu tidak dapat mensintesis asam linoleat atau asam lemak

derivatives sehingga dietarily penting diberikan dari sumber tanaman.Jalur anaerob

dimanfaatkan oleh bakteri karena tidak memanfaatkan molekul oksigen meskipun akan

dilanjutkan dalam kondisi aerobik. Di ACP berlangsung biosintesis sebenarnya dari asam

lemak.Mono-asam lemak tak jenuh sel prokariotik adalah asam vaccenic.


8/15

Selama biosintesis asam lemak dua unit karbon ditambahkan pada akhir yang akan

menjadi karboksil bebas sehingga untuk tiba pada suatu C18 ikatan ganda asam lemak harus

disisipkan di ACP pada tahap C10 (decanoyl). Seperti dalam biosintesis asam lemak jenuh

konvensional, penurunan yang terjadi di kelompok -oxo direduksi menjadi turunan b-

hidroksi.Pada titik ini perbedaan antara kedua jalur terjadi.Cabang kiri jalur tersebut

merupakan biosintesis asam lemak sebagai konvensional dehidrasi berikut untuk

menghasilkan sebuah ikatan rangkap tak jenuh.Dalam hal ini terjadi penurunan produksi

turunan ACP sepenuhnya yang kemudian berlanjut dengan menggabungkan dua fragmen

karbon lebih lanjut.

Di sisi lain ACP reduktase enoyl tidak akan bekerja pada perantara tersebut, hanya

dapat mengenali karbon tak jenuh, sehingga ikatan rangkap yang tersisa utuh. Selain itu

sintetase SACP -oxoacy siap akan mengirimkan dua fragmen karbon ke SACP 3,4 decenoyl

yang memiliki efek mendorong ikatan rangkap dari ujung karboksil. Pada bakteri, misalnya

E. coli, telah menunjukkan bahwa itu adalah enzim yang sama yang memproduksi ikatan

rangkap (Waluyo, 2005).

Immobilisasi EnzimSel terimobilisasi adalah suatu sel yang dilekatkan pada suatu bahan inert dan tidak

larut dalam bahan tersebut, misal dalam sodium alginat atau kalsium alginat. Dengan sistem

ini, sel dapat lebih tahan terhadap perubahan kondisi seperti pH, juga temperatur. Sistem ini

juga membantu sel berada di tempat tertentu selama berlangsungnya reaksi sehinggamemudahkan proses pemisahan dan memungkinkan untuk dipakai lagi di reaksi lain (Guyton,

1997). Imobilisasi dapat dilakukan terhadap sel maupun terhadap enzim. Imobilisasi enzim

dapat dianggap sebagai metode yang merubah enzim dari bentuk larut dalam air bergerak

menjadi keadaan tak begerak yang tidak larut.Imobilisasi mencegah difusi enzim ke dalam

campuran reaksi dan mempermudah memperoleh kembali enzim tersebut dari aliran produk

dengan teknik pemisahan padat/cair yang sederhana. Imobilisasi dapat dilakukan dengan

berbagai cara, antara lain melalui pengikatan kimiawi molekul enzim pada bahan pendukung,

pengikatan silang intermolekuler sesama enzim, atau dengan cara menjebak enzim di dalam

gel atau membran polimer (Palmer, 1991).

ParameterMetode

KovalenCarrier

BindingAdsorbsi

CLEAs,

CLECsMikroenkapsulasi

Aktivitas Tinggi Tinggi Rendah Sedang/Tinggi Tinggi

Jarak

Aplikasi

Rendah Sedang Sedang Rendah Sedang/Tinggi

Efisiensi Rendah Sedang Tinggi Sedang Sedang

Biaya Rendah Rendah Tinggi Sedang Rendah

Preparasi Mudah Mudah Sulit Sedang Sedang/Sulit

Spesifikasi

Substrate

Tidak bisa

diganti

Tidak bisa

diganti

Tidak bisa

diganti

Tidak bisa

diganti

Tidak bisa digani

Regenerasi Mungkin Mungkin Tidak Tidak Tidak mungkin


9/15

mungkin mungkin

Imobilisasi sel berkembang setelah imobilisasi enzim. Dalam teknologi imobilisasi

enzim terdapat hambatan pada regenerasi koenzim dan keterbatasan metode yang dapat

diterapkan untuk menyusun molekul enzim dalam rangkaian tertentu, sehingga dapat

melakukan tahapan reaksi katalitis enzim yang berkesinambungan. Untuk mencegah

hambatan tersebut dilakukan penelitian-penelitian, sehingga terjadi pengembangan padaimobilisasi sel, yang dapat digunakan sebagai biokatalis. Hal ini memungkinkan untuk

melakukan imobilisasi seluruh sel dan menjaga sel tetap hidup (viabel). Dalam

praktiknya, metode yang digunakan adalah menjebak sel dalam gel dengan adsorpsi. Selain

itu, pengontrolan perlu dilakukan untuk mencegah inaktivasi dari aktivitas metabolisme yang

penting, sehingga pemisahan biokatalis dari produk lebih mudah dan membuat biokatalis

lebih stabil (Guyton, 1997).

Kelebihan penggunaan sel immobilisasi dibandingkan dengan sel bebas antara lain

sebagai berikut:

Immobilasi menyediakan konsentrasi sel yang tinggi.

Immobilisasi memungkinkan penggunaan sel kembali dan mengurangi biaya recovery seldan recycle sel.

Immobilisasi mengurangi masalah wash outsel pada laju alir yang tinggi.

Kombinasi konsentrasi sel yang tinggi dan laju alir yang tinggi (tanpa batasan wash out)

menghasilkan produktivitas volumetric yang tinggi.

Immobilisasi menyediakan kondisi micro environmental yang menguntungkan seperti kontakantar sel, gradient nutrient-produk, gradient pH untuk sel sehingga menghasilkan kinerja

biokatalis yang lebih baik (kecepatan pembentukan dan yield produk yang lebih tinggi).

Immobilisasi menyebabkan kestabilan genetik.

Immobilisasi menyediakan perlindungan terhadap kerusakan sel.

Kekurangan penggunaan sel terimobilisasi adalah hambatan pada proses difusi baiksubstrat maupun produk yang terbentuk. Untuk sel yang hidup, pertumbuhan dan evaluasi gas

sering merusak matriks pendukung sel terimmobilisasi.

Secara umum, ada dua jenis sel immobilisasi yakni:1. Immobilisasi Aktif

Immobilisasi ini dilakukan dengan dua metoda yaitu metoda penjeratan dan metoda

pengikatan.Metoda penjeratan dilakukan secara fisik dalam matriks pendukung.Matriks

pendukung yang bisa digunakan yaitu polimer porous (agar, alginate, carragenan,

polyacrylamide, chitosan, gelatin, collagen), porous metal screen, polyurethane, silicagel,

polystyrene, dan selulosa triacetate. Polymeric beads harus cukup porous untuk keluar

masuknya substrat dan produk. Polymeric beads biasanya dibentuk dengan menggunakan sel

hidup di dalamnya.2. Immobilisasi Pasif

Berbentuk biological films yang berbentuk lapisan-lapisan koloni sel yang tumbuh dan

melekat pada permukaan pendukung yang padat.Material pendukung dapat bersifat inert atau

aktif secara biologis.Biological films digunakan pada pengolahan limbah atau fermentasi

mikroba dengan jamur.

Aplikasi Pengembangan Rekayasa Bioproses.

Proses produksi biodiesel dari biji karet (Hevea brasiliensis) yang dilaksanakan di

Indonesia pada umumnya memakai metode katalis (asam atau alkil) dan metode pencucian


10/15

basah atau metode pencucian kering. Metode katalis membawa banyak kerugian antara lain:

waktu produksi lama, biaya produksi tinggi karena menggunakan magnesol sebagai absorban,

terutama jika pemurniannya menggunakan air (sistem pencucian basah) karena akan dapat

merusak komponen mesin seperti misalnya: seal cepat bocor, mudah timbul jamur, karat /

korosi pada silinder head, pompa dan saringan bahan bakar sering buntu, dan sebagainya.

Proses produksi biodiesel dengan metode non-katalis dapat mengatasi kelemahan seperti

disebutkan di atas. Pada studi ini, minyak biji karet diperoleh dengan metode pengepresan.

Spesifikasi minyak adalah sebagai berikut: viskositas 5,19 cSt, densitas 0,9209 g/ml,

kandungan air 0,2%, asam lemak bebas (FFA) 6,66%, dan titik didih 305oC. Metodelogi

yang digunakan adalah pemrosesan biji karet menjadi biodiesel metode non-katalis

superheated methanol. Tranesterifikasi berlangsung di dalam sebuah Bubble Column Reactor

(BCR) pada temperatur reaksi 270oC, 275oC, 280oC, 285oC, dan 290oC serta pada tekanan

atmosfir. Rasio molar antara methanol dan minyak biji karet adalah: 140, 150, dan 160.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada proses pembuatan biodiesel dari minyak

nabati metode katalis biasanya melalui berbagai tahapan proses yaitu: proses degumming

untuk melepaskan getah atau lendir yang dikandungnya, esterifikasi untuk menurunkan kadar

FFA sampai di bawah 2,5% untuk mencegah penyabunan, dan tranesterifikasi untuk

memperoleh metil ester atau biodiesel dan kemudian pencucian. Tetapi dalam

pengembangannya menggunakan metode non-katalis ternyata bahwa minyak biji karet yang

memiliki kadar FFA tinggi (di atas 2,5%) dapat secara langsung diproses tranesterifikasitanpa terjadi penyabunan dan dapat menghasilkan biodiesel tanpa harus mengalami proses

pendahuluan degumming, esterifikasi, maupun pencucian. Densitas, angka setana, titik tuang,

titik nyala, dan angka asam metode non-katalis lebih baik dari pada metode

katalis.Kelemahannya adalah bahwa residu karbon mikro yang dikandung oleh biodiesel

minyak biji karet (B-100) masih cukup tinggi di atas standar yang diijinkan.Kadar metil ester

optimum diperoleh pada rasio molar 160 dan temperatur reaksi 290oC karena menghasilkan

biodiesel terbesar dan gliserol terkecil.


11/15

Degradasi Minyak Bumi via Tangan Mikroorganisme

Minyak bumi terbentuk sebagai hasil akhir dari penguraian bahan-bahan organik (sel-sel dan

jaringan hewan/tumbuhan laut) yang tertimbun selama berjuta tahun di dalam tanah, baik di

daerah daratan atau pun di daerah lepas pantai. Hal ini menunjukkan bahwa minyak bumi

merupakan sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui. Terbentuknya minyak bumi sangat

lambat, oleh karena itu perlu penghematan dalam penggunaannya.

Di Indonesia, minyak bumi banyak terdapat di bagian utara Pulau Jawa, bagian timur Kalimantan

dan Sumatera, daerah kepala burung Papua, serta bagian timur Seram. Minyak bumi juga

diperoleh di lepas pantai Jawa dan timur Kalimantan.

Minyak bumi kasar (baru keluar dari sumur eksplorasi) mengandung ribuan macam zat kimia yangberbeda baik dalam bentuk gas, cair maupun padatan. Bahan utama yang terkandung di dalam

minyak bumi adalah hidrokarbon alifatik dan aromatik. Minyak bumi mengandung senyawa

nitrogen antara 0-0,5%, belerang 0-6%, dan oksigen 0-3,5%. Terdapat sedikitnya empat seri

hidrokarbon yang terkandung di dalam minyak bumi, yaitu seri n-paraffin (n-alkana) yang terdiri

atas metana (CH4) sampai aspal yang memiliki atom karbon (C) lebih dari 25 pada rantainya, seri

iso-paraffin (isoalkana) yang terdapat hanya sedikit dalam minyak bumi, seri neptena

(sikloalkana) yang merupakan komponen kedua terbanyak setelah n-alkana, dan seri aromatik

(benzenoid).

Komposisi senyawa hidrokarbon pada minyak bumi tidak sama, bergantung pada sumber

penghasil minyak bumi tersebut. Misalnya, minyak bumi Amerika komponen utamanya ialah

hidrokarbon jenuh, yang digali di Rusia banyak mengandung hidrokarbon siklik, sedangkan yang

terdapat di Indonesia banyak mengandung senyawa aromatik dan kadar belerangnya sangat

rendah.

Minyak bumi berdasarkan titik didihnya dapat dibagi menjadi sembilan fraksi. Pemisahan ini

dilakukan melalui proses destilasi.

Tabel Fraksi-fraksi minyak bumi

Permasalahan terjadi ketika produk minyak bumi yang dimanfaatkann manusia memunculkan efek

yang tidak diinginkan bagi manusia itu sendiri ataupun bagi lingkungan sekitar. Sebagai contoh

adalah produk minyak bumi plastik, yang menimbulkan masalah pencemaran lingkungan karena

sulit didegradasi (memerlukan waktu yang lama untuk menghancurkannya). Belum lagi bahaya

tumpahan minyak bumi dalam jumlah besar di laut seperti yang terjadi pada bulan Maret 1989 di

dekat Prince William Sound, Alaska (11 juta galon minyak bumi dari super tanker Exxon Valdex

tumpah ke laut) yang menimbulkan kerusakan berat ekosistem laut. Bahkan menurut catatan,

biaya yang diperlukan untuk membersihkan tumpahan minyak tersebut diduga mencapai 1,5milyar dolar Amerika Serikat.


12/15

Oleh karena itu perlu dilakukan tindakan yang lebih efektif dan efisien dalam mengatasi limbah

yang ditimbulkan oleh produk minyak bumi. Salah satu metode paling cepat adalah dengan

degradasi minyak bumi yang memanfaatkan mikroorganisme atau yang sering disebut

biodegradasi.

Dekomposisi Minyak Bumi

Degradasi minyak bumi dapat dilakukan dengan memanfaatkan mikroorganisme seperti bakteri,

beberapa khamir, jamur, sianobakteria, dan alga biru. Mikroorganisme ini mampu menguraikan

komponen minyak bumi karena kemampuannya mengoksidasi hidrokarbon dan menjadikan

hidrokarbon sebagai donor elektronnya. Mikroorganisme ini berpartisipasi dalam pembersihan

tumpahan minyak dengan mengoksidasi minyak bumi menjadi gas karbon dioksida (CO2). Sebagai

contoh, bakteri pendegradasi minyak bumi akan menghasilkan bioproduk seperti asam lemak, gas,

surfaktan, dan biopolimer yang dapat meningkatkan porositas dan permeabilitas batuan reservoir

formasi klastik dan karbonat apabila bakteri ini menguraikan minyak bumi.

Di dalam minyak bumi terdapat dua macam komponen yang dibagi berdasarkan kemampuan

mikroorganisme menguraikannya, yaitu komponen minyak bumi yang mudah diuraikan oleh

mikroorganisme dan komponen yang sulit didegradasi oleh mikroorganisme.

Komponen minyak bumi yang mudah didegradasi oleh bakteri merupakan komponen terbesar

dalam minyak bumi atau mendominasi, yaitu alkana yang bersifat lebih mudah larut dalam air dan

terdifusi ke dalam membran sel bakteri. Jumlah bakteri yang mendegradasi komponen ini relatif

banyak karena substratnya yang melimpah di dalam minyak bumi. Isolat bakteri pendegradasi

komponen minyak bumi ini biasanya merupakan pengoksidasi alkana normal.

Komponen minyak bumi yang sulit didegradasi merupakan komponen yang jumlahnya lebih kecil

dibanding komponen yang mudah didegradasi. Hal ini menyebabkan bekteri pendegradasi

komponen ini berjumlah lebih sedikit dan tumbuh lebih lambat karena kalah bersaing dengan

pendegradasi alkana yang memiliki substrat lebih banyak. Isolasi bakteri ini biasanya

memanfaatkan komponen minyak bumi yang masih ada setelah pertumbuhan lengkap bakteri

pendegradasi komponen minyak bumi yang mudah didegradasi.

Jenis Hidrokarbon yang Didegradasi Mikroba

1. Hidrokarbon Alifatik

Mikroorganisme pedegradasi hidrokarbon rantai lurus dalam minyak bumi inijumlahnya relatif kecil dibanding mikroba pendegradasi hidrokarbon aromatik. Diantaranya adalah Nocardia, Pseudomonas, Mycobacterium, khamir tertentu, dan

jamur. Mikroorganisme ini menggunakan hidrokarbon tersebut untukpertumbuhannya. Penggunaan hidrokarbon alifatik jenuh merupakan prosesaerobik (menggunakan oksigen). Tanpa adanya O2, hidrokarbon ini tidakdidegradasi oleh mikroba (sebagai pengecualian adalah bakteri pereduksi sulfat).

Langkah pendegradasian hidrokarbon alifatik jenuh oleh mikroorganisme meliputi oksidasi molekuler

(O2) sebagai sumber reaktan dan penggabungan satu atom oksigen ke dalam hidrokarbon teroksidasi.

Reaksi lengkap dalam proses ini terlihat pada gambar 1.


13/15

Gambar 1. Reaksi degradasi hidrokarbon alifatik

2. Hidrokarbon Aromatik

Banyak senyawa ini digunakan sebagai donor elektron secara aerobik olehmikroorganisme seperti bakteri dari genus Pseudomonas. Metabolisme senyawaini oleh bakteri diawali dengan pembentukan Protocatechuate atau catechol atausenyawa yang secara struktur berhubungan dengan senyawa ini. Keduasenyawa ini selanjutnya didegradasi menjadi senyawa yang dapat masuk kedalam siklus Krebs (siklus asam sitrat), yaitu suksinat, asetil KoA, dan piruvat.Gambar 2 menunjukkan reaksi perubahan senyawa benzena menjadi catechol.


14/15

Gambar 2. Reaksi degradasi hidrokarbon aromatik

Faktor Pembatas Biodegradasi

Kemampuan sel mikroorganisme untuk melanjutkan pertumbuhannya sampai minyak bumi

didegradasi secara sempurna bergantung pada suplai oksigen yang mencukupi dan nitrogen

sebagai sumber nutrien. Seorang ilmuwan bernama Dr. D. R. Boone menemukan bahwa nitrogen

tetap merupakan nutrien yang paling penting untuk degradasi bahan bakar. Selain itu keaktifan

mikroorganisme pendegradasi hidrokarbon juga dipengaruhi oleh kondisi lingkungan seperti

temperatur dan pH. Kondisi lingkungan yang tidak sesuai menyebabkan mikroba ini tidak aktif

bekerja mendegradasi minyak bumi. Sebagai contoh, penambahan nutrien anorganik seperti fosfor

dan nitrogen untuk area tumpahan minyak meningkatkan kecepatan bioremediasi secara

signifikan.

DAFTAR PUSTAKA

Agus, A. 1984. Mengerti Kimia 1. Jurusan Kimia FMIPA ITB, Bandung.

Chapman, P.J., M. Shelton, M. Grifoll, & S. Selifonov. 1995. Fossil fuel biodegradation: Laboratory

study. Environmental Health perspectives. 103.

Pikoli, M. R., P. Aditiawati, & D. I. Astuti. 2000. Isolasi bertahap dan identifikasi isolat bakteri

termofilik pendegradasi minyak bumi dari sumur bangko. Jurusan Biologi, ITB, Bandung.

Toccalino, P. L., R. L. Johnson, & D. R. Boone. 1993. Nitrogen limitation and nitrogen fixation during

alkane biodegradation in a sandy soil. Appl. Environ. Microbiol. 59:2977-2983.


15/15

https://www.academia.edu/5140365/Bioremediasi

mikroorganisme pendegradasi senyawa hidrokarbon

Documents