produksi enzim
DESCRIPTION
Produksi enzim skala industri dan skala laboratoriumTRANSCRIPT
Produksi Enzim
DISUSUN OLEH
Nama : Sumina (331 11 033)
Muhammad Akbar (331 11 045)
Nurul Maryam (331 11 052)
Adi Candra Saputra (331 11 056)
Anastasya (331 11 057)
Kelas : II.C
Pembimbing : Muhammad Saleh, S.T., M,Si
POLITEKNIK NEGERI UJUNGPANDANG
JURUSAN TEKNIK KIMIA
2012-2013
1
Kata Pengantar
Assalamu’alaikum warahmatullahi wabarakatuh.
Alhamdulillahirabbilalamin, banyak nikmat yang Allah berikan, tetapi sedikit
sekali yang kita ingat. Segala puji hanya layak untuk Allah Tuhan seru sekalian alam
atas segala berkat, rahmat, taufik, serta hidayah-Nya yang tiada terkira besarnya,
sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah dengan judul ”Produksi Enzim Dalam
Proses Fermentasi ”.
Tugas Tekhnologi Bioproses “Produksi Enzim Dalam Proses Fermentasi” ini
disusun berdasarkan pada beberapa sumber yang berasal dari beberapa literatur , data-
data , majalah kimia, dan internet. Pada kesempatan ini penyusun mengucapkan terima
kasih atas segala bantuan baik berupa saran, sarana maupun prasarana sampai
tersusunnya tugas teknologi bioproses ini kepada Bapak Muhammad Saleh, S.T., M,Si
selaku dosen mata kuliah Tekhnologi Bioproses yang telah memberikan petunjuk,
bimbingan serta arahan yang sangat bermanfaat dalam penyelesaian tugas ini.
Dalam penyusunannya, penulis memperoleh banyak bantuan dari berbagai
pihak, karena itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya. Meskipun
penulis berharap isi dari makalah ini bebas dari kekurangan dan kesalahan, namun
selalu ada yang kurang. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang
membangun agar skripsi ini dapat lebih baik lagi.
Akhir kata penulis berharap agar makalah ini bermanfaat bagi semua
pembaca.
Makassar, 24 Juni 2013
Penyusun
2
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Bioteknologi itu sendiri merupakan penerapan asas-asas sains (ilmu
pengetahuan alam) dan rekayasa (teknologi) untuk pengolahan suatu bahan
dengan melibatkan aktivitas jasad hidup untuk menghasilkan barang dan/atau jasa
(Bull, et all, 1982). Jasad hidup yang dimaksud dalam pengertian tersebut adalah
agen biologi. Bioteknologi di era modern sekarang banyak menghasilkan produk
dalam skala industri. Dalam memanfaatkan agen biologi, bioteknologi
menggunakan peranan penting enzim, sehingga enzim memegang peranan penting
dalam industri.
Enzim menjadi primadona industri bioteknologi saat ini dan dimasa yang
akan datang karena melalui penggunaannya, energi dapat dihemat dan akrab
dengan lingkungan. Saat ini penggunaan enzim dalam industri makanan dan
minuman, industri tekstil, industri kulit dan kertas di Indonesia semakin
meningkat. Dilaporkan, enzim amilase yang digunakan dalam industri tekstil di
Bandung - Jawa Barat, jumlahnya tidak kurang dari 4 ton per bulan atau sekitar 2-
3 juta dolar Amerika setiap bulannya dan semuanya diimpor.
Dengan melihat kebutuhan enzim di dalam dunia perindustrian yang ada di
indonesia sangat besar, sekitar 4 ton perbulannya, dilihat dari sisi ekonomisnya
mencapai 2-3 juta dollar Amerika, melihat asumsi kebutuhan enzim yang sangat
besar di indonesia di harapkan kita sebagai anak bangsa bisa memproduksi enzim
sendiri.
Mikroba merupakan sumber penting dari beberapa jenis enzim. Sebagai
sumber enzim, mikroba memiliki beberapa kelebihan jika dibandingkan dengan
hewan maupun tanaman, yaitu : produksi enzim pada jamur lebih murah,
kandungan enzim dapat diprediksi dan dikontrol, pasokan bahan baku terjamin,
dengan komposisi konstan dan mudah dikelola.
I.2 Rumusan Masalah
Apa itu enzim ?
Bahan baku apa yang dapat digunakan untuk memproduksi enzim ?
Cara memproduksi enzim secara fermentasi ?
3
I.3 Tujuan Penulisan
Untuk mengetahui apa itu enzim
Untuk mengetahui cara memproduksi enzim secara fermentasi
Mengetahui fungsi dan kegunaan enzim
4
BAB II
PRODUKSI ENZIM SECARA FERMENTASI
II.1 Pengertian Enzim
Enzim adalah protein yang berfungsi sebagai katalisator (protein katalitik)
untuk reaksi-reaksi kimia di dalam sistem biologi. Katalisator mempercepat reaksi
kimia. Walaupun katalisator ikut serta dalam reaksi, ia kembali ke keadaan semula
bila reaksi telah selesai. Suatu katalis adalah suatu agen kimiawi yang mengubah
laju reaksi tanpa harus dipergunakan oleh reaksi tersebut. Aktivitas enzim
dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya konsentrasi substrat, pH, suhu, dan
inhibitor (penghambat). (Campbell, 1987: 98).
Berbeda dengan katalisator nonprotein (H+, OH-, atau ion-ion logam), tiap-
tiap enzim mengkatalisis sejumlah kecil reaksi, kerapkali hanya satu. Jadi enzim
adalah katalisator yang reaksi-spesifik karena semua reaksi biokimia perlu
dikatalis oleh enzim, sehingga terdapat banyak jenis enzim.
Menurut Smith (1981: 39), enzim merupakan komplek molekul organik
yang berada dalam sel hidup yang beraksi sebagai katalisdalam mempercepat laju
reaksi kimia. Tanpa enzim, tidak akan ada kehidupan. Meskipun enzim hanya
dibentuk dalam sel hidup, namun beberapa dapat dipisahkan dari selnya dan
melanjutkan fungsinya dalam kondisi in vitro.
Menurut Steve Prentis (1990: 12), enzim adalah katalisator biologis, karena
suatu katalisator merupakan suatu senyawa yang mempercepat laju reaksi kimia.
Hampir semua reaksi kimia yang penting bagi kehidupan akan berlangsung sangat
lambat tanpa adanya katalisator yang sesuai.
Bisa disimpulkan bahwa enzim merupakan senyawa organik bermolekul
besar yang berfungsi untuk mempercepat jalannya reaksi metabolisme di dalam
tubuh tanpa memperngaruhi keseimbangan reaksi. Dari beberapa pengertian
tersebut jelaslah bahwa enzim sangat berperan dalam sebagian besar reaksi kimia
dalam tubuh makhluk hidup, tak terkecuali mikroba yang banyak digunakan
sebagai agen biologi dalam bioteknologi.
Mekanisme kerja enzim berlangsung dalam dua tahap. Banyak enzim
menggunakan lebih dari satu substrat tetapi untuk memahami prinsip dasar kerja
5
enzim dengan mudah dengan memperhatikan reaksi enzim dengan satu substrat
seperti berikut (Primrose, 1987: 40).
Kemampuan enzim yang unik, spesifik terhadap substrat meningkatkan
penggunaannya dalam proses industri secara kolektif yang dikenal dengan istilah
teknologi enzim. Teknologi enzim mencakup produksi, isolasi, purifikasi,
menggunakan bentuk yang dapat larutdan akhirnya sampai pada immobilisasi dan
penggunaan enzim dalam skala yang lebih luas melalui sistem reaktor.
Peranan teknologi enzim berkontribusi pada pemecahan beberapa masalah
vital di era modern seperti sekarang, misalnya produksi makanan, kekurangan dan
pemeliharaan energi, dan peningkatan lingkungan. Teknologi baru ini dasarnya
dari biokimia tetapi diterangkan lebih luas dengan mikrobiologi, kimia, dan proses
alat teknologi yang mendukung keberadaan sains.
II.2 Produksi Enzim Skala Industri
Produksi enzim secara industri saat ini sangat mengandalkan metode
fermentasi tangki dalam (deep tank). Penggunaan mikroorganisme sebagai sumber
bahan produksi enzim dikembangkan dengan beberapa alasan penting, yaitu:
1. Secara normal mempunyai aktivitas spesifik yang tinggi per unit berat kering
produk.
2. Fluktuasi musiman dari bahan mentah dan kemungkinan kekurangan makanan
kaitannya dengan perubahan iklim.
3. Mikroba mempunyai karakteristik cakupan yang lebih luas, seperti cakupan pH,
dan resistansi temperatur.
4. Industri genetika sangat meningkat sehingga memungkinkan mengoptimalisasi
hasil dan tipe enzim melalui seleksi strain, mutasi, induksi dan seleksi kondisi
pertumbuhan, yang akhir-akhir ini, menggunakan inovasi teknologi transfer gen.
Bahan mentah (raw material) untuk industri fermentasi enzim biasanya
terbatas pada unsur-unsur dimana bahan tersedia dengan harga yang murah, dan
aman secara nutrisi. Beberapa yang lazim menggunakan substrat amilum
hidrolase, mollase, air dadih, dan beberapa gandum.
6
Dalam produksi enzim, menggunakan batch untuk proses fermentasi dengan
aerasi yang baik (diagram 1), tetapi proses mungkin ditingkatkan dengan
memelihara satu atau beberapa komponen selama fermentasi.
Diagram 1. Penggambaran tahap dalam persiapan produksi enzim cair
Beberapa enzim yang digunakan dalam skala industri adalah enzim
ekstraseluler, enzim yang secara normal dihasilkan oleh mikroorganisme sesuai
dengan substratnya dalam lingkungan eksternal dan dapat disamakan dengan
enzim pencernaan pada manusia dan hewan. Kemudian ketika mikroorganisme
memproduksi enzim untuk memisahkan molekul eksternal besar agar bisa dicerna
biasanya digunakan media fermentasi. Dalam fermentasi sari dari kultivasi
mikroorganisme tertentu, seperti contoh, bakteri, yeast atau filamentous jamur,
dijadikan sumber utama protease, amilase dan sedikit selolosa, lipase, dsb.
Kebanyakan industri enzim hidrolase mampu bertindak tanpa komplek kofaktor,
yang segera dipisahkan dari mikroorganisme tanpa merusak dinding sel dan larut
dalam air. Beberapa enzim intraseluler, sekarang juga banyak diproduksi secara
industri dan diantaranya glukosa oksidase untuk pengawetan makanan,
asparginase untuk terapi kanker, dan penicilin asilase untuk antibiotikTahap
pemulihan standar untuk enzim ekstraseluler seperti berikut: memindah
mikroorganisme, mengkonsentrasikan, penambahan bahan pengawet, standarisasi
dan pengepakan. Untuk ekstraksi enzim intraseluler memerlukan cara mekanis,
fisik atau gangguan kimiapada dinding sel atau membran.
Pada akhir proses fermentasi, kondisi ideal adalah cairan dengan konsentrasi
enzim tinggi, sebuah organisme biomass yang mudah dipisahkan.
7
Produk enzim yang aman sebaiknya mempunyai potensi alergi yang rendah,
dan dalam partikelnya terbebas dari kontaminan.
Metode isolasi mikroorganisme penghasil enzim
1. Mikroba penghasil enzim fitase diisolasi berdasarkan kemampuannya untuk
tumbuh dan berkembang dalam media yang mengandung sodium fitat. Bakteri
isolate 1.1 merupakan isolate terbaik yang memiliki aktivitas enzim tertinggi.
Bakteri isolat 1.1 merupakan bakteri gram-positif, berspora dan berbentuk
batang. Kondisi optimum untuk aktivitas enzim dan stabilitas fitase adalah
pada suhu 90°C, sedangkan pH optimum untuk aktivitas enzim dan stabilitas
sesuai adalah pH diatas 7.
2. Mikroba penghasil enzim protease diisolasi dan diseleksi dilakukan
berdasarkan metode yang dipakai Durham et al. (1987). Seluruh media yang
digunakan memiliki pH 10,2. Inkubasi dilakukan pada suhu 50°C. lsolat yang
telah murni disimpan dalam medium penyimpanan pada suhu 4°C, selanjutnya
secara serentak ditotol ulang pada medium agar susu skim untuk diukur
diameter koloni dan zona jernihnya. Nisbah antara diameter zona jernih
terhadap diameter koloni (indeks proteolitik = IP). lsolat dengan IP =3,0 dipilih
dan disimpan pada suhu 4°C.
3. Mikroba penghasil enzim xilanase sumber inokulumnya. Masing – masing
inokulum ditumbuhkan pada media tumbuh dan diinkubasi selama tiga hari
pada suhu 39oC untuk cairan rumen dan suhu 55oC untuk sumber air panas.
Pengkayaan dilakukan dengan menaikkan taraf xilan pada media tumbuh
secara bertahap yaitu: 0; 0,6; 1,2; 1,8 dan 2,4 %. Koloni yang tumbuh dan
mengandung bakteri yang seragam diseleksi sebagai suatu isolat dan
ditumbuhkan sebagai isolat yang terpisah.
8
II.3 Produksi Enzim dalam skala laboratorium
Ribuan tahun yang lalu proses seperti membuat bir, membuat roti, dan
produksi keju melibatkan enzim yang belum diketahui jenisnya. Dalam cara
konvensional ini, teknologinya dipercayakan pada konversi enzim sebelum
bangun pengetahuan yang koheren dikembangkan.
Di negara barat, industri menggunakan enzim pada produksi yeast dan ragi
dimana pembuatan bir dan roti secara tradisional sudah jarang dikembangkan.
Beberapa perkembangan awal biokimia dipusatkan pada fermentasi yeast dan
konversi energi pada glukosa. Di negara timur, industri yang sama memproduksi
sake dan banyak makanan fermentasi, semuanya dibuat dari filamentous fungi
sebagai sumber aktivitas enzim.
Pada tahun 1896, memperlihatkan permulaan yang sebenarnya dari
teknologi mikroba enzim dengan pemasaran pertama takadiastase, campuran
kasar dari enzim hidrolitik yang disiapkan pada pertumbuhan jamur Aspergillus
oryzae pada tepung gandum. Perkembangan lebih lanjut dari penggunaan enzim
meningkatkan proses secara konvensional ke era baru. Meskipun sebagian besar
produksinya masih menghasilkan enzim kasar.
Sampai saat ini lebih dari 200 enzim telah diisolasi dari mikroorganisme,
tumbuhan dan hewan, tetapi kurang dari 20 macam enzim yang digunakan pada
skala komersial atau industri. Kini, produsen enzim komersial memasarkan enzim
dalam bentuk kasar karena proses isolasinya lebih sederhana, terutama digunakan
dalam makanan dan dalam industri detergen (menggunakan enzim amilase),
industri roti (menggunakan enzim proteinase), industri pembuatan bir
(menggunakan enzim betaglukanase, amiloglukosidase), industri tekstil
(menggunakan enzim amilase), industri kulit (menggunakan enzim tripsin),
industri farmasi dan obat-obatan (menggunakan enzim tripsin, enzim pankreatic
tripsin)
9
Pembuatan Enzim Skala Laboratorium
Untuk mengawali proses pembuatan enzim, hal yang dipersiapkan adalah
sebotol kecil mikroorganisme tertentu yang akan dipelihara dan dikembangkan
hingga terjadinya proses penggandaan dalam jumlah banyak. Kemudian produk
yang diinginkan akan diperoleh. Bahan yang paling penting dalam pembuatan
enzim adalah kehadiran mikroorganisme, semisal bakteri.
Bakteri tunggal mampu memproduksi enzim dalam jumlah yang kecil,
semakin banyak mikroorganisme yang terlibat maka akan menghasilkan jumlah
enzim yang lebih banyak. Proses penggandaan mikroorganisme inilah yang
disebut dengan proses fermentasi.
Untuk menghasilkan enzim dalam skala industri, tetap saja diawali oleh
sebotol kecil mikroorganisme yang dipersiapkan untuk itu. Umumnya
mikroorganisme dalam bentuk kering atau sudah dalam bentuk terbekukan untuk
menjaga dari gangguan lingkungan yang mampu mengubah keadaan
mikroorganisme tersebut atau malah dapat mematikannya. Mikroorganisme
tertentu yang dipersiapkan tersebut dinamakan “production strain”, atau
mikroorganisme jenis tertentu yang merupakan cikal bakal produk enzim.
Hal yang sangat penting diperhatikan dalam proses fermentasi adalah
sterilisasi. Untuk memperoleh enzim sesuai dengan yang diinginkan, strain
produksi dan bahan baku yang digunakan dalam proses pembuatan enzim
haruslah benar-benar terjaga dari kontaminan atau mikroorganisme lain yang tidak
diinginkan. Hal ini untuk menjaga produk dan menghilangkan kegagalan produk,
Jika strain produksi tidak dijaga dari kontaminan, kemungkinan akan terjadi
penggandaan yang tidak terkendali, mikroorganisme “antah barantah” akan
muncul dengan tujuannya masing-masing dan dalam keadaan ini produk yang
diinginkan tidak akan diperoleh.
Strain produksi, disebut juga bibit untuk produksi enzim, pada mulanya
dibiakan dalam labu kecil yang mengandung nutrien. Nutrien adalah persediaan
bahan makanan untuk mikroorganisme tertentu yang akan dikembangbiakkan.
Labu tersebut ditempatkan dalam inkubator, sebuah alat yang mampu menjaga
temperatur optimal bagi pertumbuhan mikroorganisme yang dimaksud.
10
Tahap selanjutnya, bibit dipindahkan ke dalam peralatan yang akan
memfermentasikan bibit mikroorganisme tersebut. Peralatan yang lebih besar dari
labu kecil tadi, sebelumnya telah mengandung bahan baku dan air sebagai
medium perkembangannya. Fermentasi akan berlangsung dengan membiarkan
sel-sel mengalami penggandaaan dan menyesuaikan dengan lingkungan dan
nutriennya. Selanjutnya dipindahkan ke tanki yang lebih besar yang merupakan
alat fermentasi utama. Dalam proses ini akan dilakukan pengontrolan terhadap
waktu fermentasi, temperatur, pH, dan udara sedemikian rupa untuk
mengoptimasi pertumbuhan sehingga hasil fermentasi yang diinginkan dapat
diperoleh.
Proses selanjutnya adalah proses penyaringan (filtrasi) dan pemurnian
(purifikasi). Campuran sel, nutrien, dan enzim disebut dengan air kaldu. Proses
filtrasi dan purifikasi terhadap air kaldu ini adalah proses paling menentukan
dalam proses fermentasi enzim. Enzim akan ditarik (diekstrak) dari air kaldu
melalui proses kimia yang melibatkan beberapa bahan kimia tertentu untuk
mendapatkan ekstraksi yang efisien. Filtrasi dilakukan dengan mekanisme
sentrifugasi. Campuran kaldu dimasukkan dalam alat centrifuse, sehingga
terbentuk pemisahan campuran antara enzim bercampur air dan bahan lain dalam
kaldu.
Setelah terpisah, proses selanjutnya yang dilakukan adalah penguapan
(evaporasi) terhadap air yang masih bercampur dengan enzim sehingga enzim
yang diinginkan benar-benar murni. Enzim akan diformulasikan dalam bentuk
bubuk, atau tetap dalam keadaan cair, dapat juga dalam bentuk granul. Harus
dipastikan bahwa produk enzim yang dihasilkan dalam keadaan stabil,
penyimpanan sesuai standar, dan harus aman untuk digunakan.
Industri berbasis biokimia, khususnya fermentasi memiliki bidang
penjaminan mutu yang sangat teliti. Tugasnya adalah untuk mengontrol setiap
waktu proses produksi dan produk akhir enzim sehingga layak dijual sesuai
dengan spesifikasi dan kegunaan enzim yang diproduksi.
11
II.4 Kegunaan Enzim
1. Peran enzim dalam metabolisme
Metabolisme merupakan sekumpulan reaksi kimia yang terjadi pada
makhluk hidup untuk menjaga kelangsungan hidup. Reaksi-reaksi ini meliputi
sintesis molekul besar menjadi molekul yang lebih kecil (anabolisme) dan
penyusunan molekul besar dari molekul yang lebih kecil (katabolisme).
Beberapa reaksi kimia tersebut antara lain respirasi, glikolisis, fotosintesis pada
tumbuhan, dan protein sintesis. Dengan mengikuti ketentuan bahwa suatu
reaksi kimia akan berjalan lebih cepat dengan adanya asupan energi dari luar
(umumnya pemanasan), maka seyogyanya reaksi kimia yang terjadi pada di
dalam tubuh manusia harus diikuti dengan pemberian panas dari luar. Sebagai
contoh adalah pembentukan urea yang semestinya membutuhkan suhu ratusan
derajat Celcius dengan katalisator logam, hal tersebut tidak mungkin terjadi di
dalam suhu tubuh fisiologis manusia, sekitar 37° C. Adanya enzim yang
merupakan katalisator biologis menyebabkan reaksi-reaksi tersebut berjalan
dalam suhu fisiologis tubuh manusia, sebab enzim berperan dalam menurunkan
energi aktivasi menjadi lebih rendah dari yang semestinya dicapai dengan
pemberian panas dari luar. Kerja enzim dengan cara menurunkan energi
aktivasi sama sekali tidak mengubah ΔG reaksi (selisih antara energi bebas
produk dan reaktan), sehingga dengan demikian kerja enzim tidak berlawanan
dengan Hukum Hess 1 mengenai kekekalan energi. Selain itu, enzim
menimbulkan pengaruh yang besar pada kecepatan reaksi kimia yang
berlangsung dalam organisme. Reaksi-reaksi yang berlangsung selama
beberapa minggu atau bulan di bawah kondisi laboratorium normal dapat
terjadi hanya dalam beberapa detik di bawah pengaruh enzim di dalam tubuh.
2. Pemanfaatan enzim sebagai alat diagnosis
Pemanfaatan enzim untuk alat diagnosis secara garis besar dibagi dalam tiga
kelompok:
1) Enzim sebagai petanda (marker) dari kerusakan suatu jaringan atau organ
akibat penyakit tertentu.
12
Penggunaan enzim sebagai petanda dari kerusakan suatu jaringan mengikuti
prinsip bahwasanya secara teoritis enzim intrasel seharusnya tidak terlacak
di cairan ekstrasel dalam jumlah yang signifikan. Pada kenyataannya selalu
ada bagian kecil enzim yang berada di cairan ekstrasel. Keberadaan ini
diakibatkan adanya sel yang mati dan pecah sehingga mengeluarkan isinya
(enzim) ke lingkungan ekstrasel, namun jumlahnya sangat sedikir dan tetap.
Apabila enzim intrasel terlacak di dalam cairan ekstrasel dalam jumlah lebih
besar dari yang seharusnya, atau mengalami peningkatan yang
bermakna/signifikan, maka dapat diperkirakan terjadi kematian (yang
diikuti oleh kebocoran akibat pecahnya membran) sel secara besar-besaran.
Kematian sel ini dapat diakibatkan oleh beberapa hal, seperti keracunan
bahan kimia (yang merusak tatanan lipid bilayer), kerusakan akibat senyawa
radikal bebas, infeksi (virus), berkurangnya aliran darah sehingga lisosom
mengalami lisis dan mengeluarkan enzim-enzimnya, atau terjadi perubahan
komponen membrane sehingga sel imun tidak mampu lagi mengenali sel-sel
tubuh dan sel-sel asing, dan akhirnya menyerang sel tubuh (penyakit
autoimun) dan mengakibatkan kebocoran membrane.
Contoh penggunaan enzim sebagai petanda adanya suatu kerusakan
jaringan adalah sebagai berikut:
Peningkatan aktivitas enzim renin menunjukkan adanya gangguan perfusi
darah ke glomerulus ginjal, sehingga renin akan menghasilkan
angiotensin II dari suatu protein serum yang berfungsi untuk menaikkan
tekanan darah.
Peningkatan jumlah Alanin aminotransferase (ALT serum) hingga
mencapai seratus kali lipat (normal 1-23 sampai 55U/L) menunjukkan
adanya infeksi virus hepatitis, peningkatan sampai dua puluh kali dapat
terjadi pada penyakit mononucleosis infeksiosa, sedangkan peningkatan
pada kadar yang lebih rendah terjadi pada keadaan alkoholisme.
Peningkatan jumlah tripsinogen I (salah satu isozim dari tripsin) hingga
empat ratus kali menunjukkan adanya pankreasitis akut, dan lain-lain.
13
2) Enzim sebagai suatu reagensia diagnosis.
Sebagai reagensia diagnosis, enzim dimanfaatkan menjadi bahan untuk
mencari petanda (marker) suatu senyawa. Dengan memanfaatkan enzim,
keberadaan suatu senyawa petanda yang dicari dapat diketahui dan diukur
berapa jumlahnya. Kelebihan penggunaan enzim sebagai suatu reagensia
adalah pengukuran yang dihasilkan sangat khas dan lebih spesifik
dibandingkan dengan pengukuran secara kimia, mampu digunakan untuk
mengukur kadar senyawa yang jumlahnya sangat sedikit, serta praktis
karena kemudahan dan ketepatannya dalam mengukur. Contoh penggunaan
enzim sebagai reagen adalah sebagai berikut:
Uricase yang berasal dari jamur Candida utilis dan bakteri Arthobacter
globiformis dapat digunakan untuk mengukur asam urat.
Pengukuran kolesterol dapat dilakukan dengan bantuan enzim kolesterol-
oksidase yang dihasilkan bakteri Pseudomonas fluorescens.
Pengukuran alcohol, terutama etanol pada penderita alkoholisme dan
keracunan alcohol dapat dilakukan dengan menggunakan enzim alcohol
dehidrogenase yang dihasilkan oleh Saccharomyces cerevisciae, dan lain-
lain.
3) Enzim sebagai petanda pembantu dari reagensia.
Sebagai petanda pembantu dari reagensia, enzim bekerja dengan
memperlihatkan reagensia lain dalam mengungkapkan senyawa yang
dilacak. Senyawa yang dilacak dan diukur sama sekali bukan substrat yang
khas bagi enzim yang digunakan. Selain itu, tidak semua senyawa memiliki
enzimnya, terutama senyawa-senyawa sintetis. Oleh karena itu, pengenalan
terhadap substrat dilakukan oleh antibodi. Adapun dalam hal ini enzim
berfungsi dalam memperlihatkan keberadaan reaksi antara antibodi dan
antigen.
Contoh penggunaannya adalah sebagai berikut:
Pada teknik imunoenzimatik ELISA (Enzim Linked Immuno Sorbent Assay),
antibodi mengikat senyawa yang akan diukur, lalu antibodi kedua yang
sudah ditandai dengan enzim akan mengikat senyawa yang sama. Kompleks
14
antibodi-senyawa-antibodi ini lalu direaksikan dengan substrat enzim,
hasilnya adalah zat berwarna yang tidak dapat diperoleh dengan cara
imunosupresi biasa. Zat berwarna ini dapat digunakan untuk menghitung
jumlah senyawa yang direaksikan. Enzim yang lazim digunakan dalam
teknik ini adalah peroksidase, fosfatase alkali, glukosa oksidase, amilase,
galaktosidase, dan asetil kolin transferase.
Pada teknik EMIT (Enzim Multiplied Immunochemistry Test), molekul kecil
seperti obat atau hormon ditandai oleh enzim tepat di situs katalitiknya,
menyebabkan antibodi tidak dapat berikatan dengan molekul (obat atau
hormon) tersebut. Enzim yang lazim digunakan dalam teknik ini adalah
lisozim, malat dehidrogenase, dan gluksa-6-fosfat dehidrogenase.
3. Pemanfaatan enzim di bidang pengobatan
Pemanfaatan enzim dalam pengobatan meliputi penggunaan enzim sebagai
obat, pemberian senyawa kimia untuk memanipulasi kinerja suatu enzim
dengan demikian suatu efek tertentu dapat dicapai (enzim sebagai sasaran
pengobatan), serta manipulasi terhadap ikatan protein-ligan sebagai sasaran
pengobatan.
1) Penggunaan enzim sebagai obat biasanya mengacu kepada pemberian enzim
untuk mengatasi defisiensi enzim yang seyogyanya terdapat di dalam tubuh
manusia untuk mengkatalis rekasi-reaksi tertentu. Berdasarkan lamanya
pemberian enzim sebagai pengobatan, maka keadaan defisiensi enzim dapat
diklasifikasikan menjadi dua yaitu keadaan defisiensi enzim yang bersifat
sementara dan bersifat menetap. Contoh keadaan defisiensi enzim yang bersifat
sementara adalah defisiensi enzim-enzim pencernaan. Seperti yang diketahui,
enzim-enzim pencernaan sangat beragam, beberapa di antaranya adalah protease
dan peptidase yang mengubah protein menjadi asam amino, lipase yang
mengubah lemak menjadi asam lemak, karbohidrase yang mengubah
karbohidrat seperti amilum menjadi glukosa serta nuklease yang mengubah
asam nukleat menjadi nukleotida. Adapun defisiensi enzim yang bersifat
menetap menyebabkan banyak kelainan, yang biasanya juga disebut sebagai
kelainan genetic mengingat enzim merupakan protein yang ditentukan oleh gen.
Contoh kelainan akibat defisiensi enzim antara lain adalah hemofilia. Hemofilia
15
adalah suatu keadaan di mana penderita mengalami kesulitan penggumpalan
darah (cenderung untuk pendarahan) akibat defisiensi enzim-enzim terkait
penggumpalan darah. Saat ini telah diketahui ada tiga belas faktor, sebagian
besar adalah protease dalam bentuk proenzim, yang diperlukan dalam proses
penggumpalan darah. Pada penderita hemofilia, terdapat gangguan/defisiensi
pada faktor VIII (Anti-Hemophilic Factor), faktor IX, dan faktor XI. Kelainan
ini dapat diatasi dengan transfer gen yang mengkode faktor IX. Diharapkan gen
tersebut dapat mengkode enzim-enzim protease yang diperlukan dalam proses
penggumpalan darah.
2) Enzim sebagai sasaran pengobatan merupakan terapi di mana senyawa tertentu
digunakan untuk memodifikasi kerja enzim, sehingga dengan demikian efek
yang merugikan dapat dihambat dan efek yang menguntungkan dapat dibuat.
Berdasarkan sasaran pengobatan, dapat dibagi menjadi terapi di mana enzim sel
individu menjadi sasaran dan terapi di mana enzim bakteri patogen yang
menjadi sasaran.
a) Pada terapi di mana enzim sel individu sebagai sasaran kinerja terapi, digunakan
senyawa-senyawa untuk mempengaruhi kerja suatu enzim sebagai penghambat
bersaing.
Contoh penyakit yang dapat diobati dengan terapi ini adalah:
Diabetes Melitus. Pada penyakit Diabetes Melitus, senyawa yang
diinduksikan adalah akarbosa (acarbose), di mana akarbosa akan bersaing
dengan amilum makanan untuk mendapatkan situs katalitik enzim amilase
(pankreatik α-amilase) yang seyogyanya akan mengubah amilum menjadi
glukosa sederhana. Akibatnya reaksi tersebut akan terganggu, sehingga
kenaikan gula darah setelah makan dapat dikendalikan.
Penumpukan cairan. Enzim anhidrase karbonat merupakan enzim yang
mengatur pertukaran H dan Na di tubulus ginjal, di mana H akan terbuang
keluar bersama urine, sedangkan Na akan diserap kembali ke dalam darah.
Adalah senyawa turunan sulfonamida, yaitu azetolamida yang berfungsi
menghambat kerja enzim tersebut secara kompetitif sehingga pertukaran
kation di tubulus ginjal tidak akan terjadi. Ion Na akan dibuang keluar
bersama dengan urine. Sifat ion Na yang higroskopis menyebabkan air akan
16
ikut keluar bersamaan dengan ion Na; hal ini membawa keuntungan apabila
terjadi penumpukan cairan bebas di ruang antar sel (udem). Dengan kata lain
senyawa azetolamida turut berperan dalam menjaga kesetimbangan cairan
tubuh.
Pengendalian tekanan darah diatur oleh enzim renin-EKA dan angiosintase.
Enzim renin-EKA berperan dalam menaikkan tekanan darah dengan
menghasilkan produk angiotensin II, sedangkan angiosintase bekerja terbalik
dengan mengurangi aktivitas angiotensin II. Untuk menghambat kenaikan
tekanan darah, maka manipulasi terhadap kerja enzim khususnya EKA dapat
dilakukan dengan pemberian obat penghambat EKA (ACE Inhibitor).
b) Pada terapi di mana enzim mikroorganisme yang menjadi sasaran kerja,
digunakan prinsip bahwa enzim yang dibidik tidak boleh mengkatalisis reaksi
yang sama atau menjadi bagian dari proses yang sama dengan yang terdapat
pada sel pejamu. Hal ini bertujuan untuk melindungi sel pejamu, sekaligus
meningkatkan spesifitas terapi ini. Karena yang dibidik adalah enzim
mikroorganisme, maka penyakit yang dihadapi kebanyakan adalah penyakit-
penyakit infeksi. Contoh terapi dengan menjadikan enzim mikroorganisme
sebagai sasaran kerja antara lain:
Pada penyakit tumor, sel tumor dapat dikendalikan perkembangannya
dengan menghambat mitosisnya. Mitosis sel tumor membutuhkan DNA baru
(purin dan pirimidin baru). Proses ini membutuhkan asam folat sebagai
donor metil yang dapat dibuat oleh mikroorganisme sendiri dengan
memanfaatkan bahan baku asam p-aminobenzoat (PABA), pteridin, dan
asam glutamat. Suatu analog dari PABA, yaitu sulfonamida dan turunannya
dapat dimanfaatkan untuk menghambat pemakaian PABA untuk membentuk
asam folat.
Penggunaan antibiotika, yaitu senyawa yang dikeluarkan oleh suatu
mikroorganisme di alam bebas dalam rangka mempertahankan substrat dari
kolonisasi oleh mikroorganisme lain dalam memperebutkan sumber daya,
juga berperan dalam terapi. Contohnya adalah penisilin, suatu antibiotik
yang menghambat enzim transpeptidase yang mengkatalisis dipeptida D-
alanil D-alanin sehingga peptidoglikan di dinding sel bakteri tidak terbentuk
17
dengan sempurna. Bakteri akan rentan terhadap perbedaan tekanan osmotik
sehingga gampang pecah.
Penggunaan antibiotika, yaitu senyawa yang dikeluarkan oleh suatu
mikroorganisme di alam bebas dalam rangka mempertahankan substrat dari
kolonisasi oleh mikroorganisme lain dalam memperebutkan sumber daya,
juga berperan dalam terapi. Contohnya adalah penisilin, suatu antibiotik
yang menghambat enzim transpeptidase yang mengkatalisis dipeptida D-
alanil D-alanin sehingga peptidoglikan di dinding sel bakteri tidak terbentuk
dengan sempurna. Bakteri akan rentan terhadap perbedaan tekanan osmotik
sehingga gampang pecah.
Perbedaan mekanisme sintesis protein antara mikroorganisme dan sel pejamu
juga dapat dimanfaatkan sebagai salah satu prinsip terapi. Penggunaan antibiotika
tertentu dapat menghambat sintesis protein pada mikroorganisme. Contohnya
antara lain:
18
BAB III
PENUTUP
III.1 Kesimpulan
1. Pengertian enzim secara umum yaitu enzim merupakan senyawa organik
bermolekul besar yang berfungsi untuk mempercepat jalannya reaksi metabolisme
di dalam tubuh tanpa memperngaruhi keseimbangan reaksi. Enzim banyak
berperan pada pemecahan beberapa masalah vital di era modern seperti sekarang,
misalnya produksi makanan, kekurangan dan pemeliharaan energi, dan
peningkatan lingkungan dan beberapa industri.
2. Berbagai enzim yang digunakan secara komersial berasal dari jaringan tumbuhan,
hewan, dan dari mikroorganisme yang terseleksi.
3. Produksi enzim secara industri saat ini sangat mengandalkan metode fermentasi
tangki dalam (deep tank). Dalam produksi enzim, menggunakan batch untuk
proses fermentasi dengan aerasi yang baik (diagram 1), tetapi proses mungkin
ditingkatkan dengan memelihara satu atau beberapa komponen selama fermentasi.
4. Produk enzim dari mikroba harus memenuhi spesifikasi yang ketat berkenaan
dengan sifat racun dan aspek keamanan yang lain dengan legislasi.
5. Untuk mengatasi hambatan pemisahan enzim dari substratnya dan produk, serta
enzim yang sulit untuk digunakan secara berulang-ulang, maka dilakukan proses
immobilisasi.
6. Saat ini, produsen enzim komersial memasarkan enzim dalam bentuk kasar karena
proses isolasinya lebih sederhana, terutama digunakan dalam makanan dan dalam
beberapa industri.
19
DAFTAR PUSTAKA
● http://anekamakalahkita.blogspot.com/2013/01/makalah-aplikasi-enzim-dalam.html
● http://hermanbagus.blogspot.com/2011/10/makalah-biokimia-enzim-by-herman-
bagus.html
● http://aguskrisnoblog.wordpress.com/2011/01/11/%E2%80%9Cisolasi-
mikroorganisme-dalam-proses-pembuatan-enzim-sebagai-hasil-produk-di-bidang-
industri%E2%80%9D/
● http://www.biotek.lipi.go.id/index.php/produk/36-enzim
● http://julhasratman.blogspot.com/2012/01/mengenal-proses-pembuatan-enzim.html
● http://www.mapsenzymes.com/Making_of_Enzymes.asp
20