Makalah Aplikasi Enzim Dalam Bioteknologi

BAB I

PENDAHULUAN

A.    LATAR BELAKANG

Sejak jaman dahulu insan sudah mengenal Bioteknologi. Dahulu bioteknologi diasumsikan berupa pengolahan kuliner dan minuman memakai mikroba. Dahulu bioteknologi hanya menghasilkan tempe, keju, anggur, yogurt, dsb. Seiring dengan perkembangan jaman, Bioteknologi menghasilkan alkohol, penicilin, hingga kemudian antibbodi monoklonal.

Bioteknologi itu sendiri merupakan penerapan asas-asas sains (ilmu pengetahuan alam) dan rekayasa (teknologi) untuk pengolahan suatu materi dengan melibatkan acara jasad hidup untuk menghasilkan barang dan/atau jasa (Bull, et all, 1982). Jasad hidup yang dimaksud dalam pengertian tersebut ialah distributor biologi. Bioteknologi di kurun modern kini banyak menghasilkan produk dalam skala industri. Dalam memanfaatkan distributor biologi, bioteknologi memakai peranan penting enzim, sehingga enzim memegang peranan penting dalam industri.

Enzim ialah protein tidak beracun namun bisa mempercepat laju reaksi kimia dalam suhu dan derajat keasaman yang lembut. Produk yang dihasilkannya sangat spesifik sehingga sanggup diperhitungkan dengan mudah. Walaupun berat mikroba, ibarat contohnya kuman hanya mencapai sepersejuta gram, kemampuan kimiawinya cukup mengagumkan. Selnya tersusun atas ribuan jenis zat kimia, kebanyakan diantaranya bersifat sangat kompleks. Semua zat ini tentunya dibangun dengan reaksi kimia dari bahan-bahan penyusun yang relatif sederhana yang ditemukan mikroba di lingkungannya. Semua reaksi kimia harus terkoordinasi secara serasi dan protein yang disebut enzim memainkan kiprah utama pada setiap tahap.

Enzim menjadi primadona industri bioteknologi dikala ini dan di masa yang akan tiba lantaran melalui penggunaannya, energi sanggup dihemat dan bersahabat dengan lingkungan. Saat ini penggunaan enzim dalam industri kuliner dan minuman, industri tekstil, industri kulit dan kertas di Indonesia semakin meningkat. Dilaporkan, enzim amilase yang dipakai 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.

B.     TUJUAN

Berdasarkan latar belakang tersebut, makalah ini bertujua untuk:

1. Mengetahui pengertian enzim dan peranan enzim
2. Mengetahui sumber enzim
3. Mengetahui produksi dan legislasi enzim
4. Mengetahui immobilisasi enzim
5. Mengetahui aplikasi bioteknologi enzim

BAB II

PEMBAHASAN

A.    Pengertian dan Peranan Enzim

Enzim ialah 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 ialah suatu distributor 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. Kaprikornus enzim ialah katalisator yang reaksi-spesifik lantaran 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 dibuat dalam sel hidup, namun beberapa sanggup dipisahkan dari selnya dan melanjutkan fungsinya dalam kondisi in vitro.

Menurut Steve Prentis (1990: 12), enzim ialah katalisator biologis, lantaran 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 badan tanpa memperngaruhi keseimbangan reaksi. Dari beberapa pengertian tersebut jelaslah bahwa enzim sangat berperan dalam sebagian besar reaksi kimia dalam badan makhluk hidup, tak terkecuali mikroba yang banyak dipakai sebagai distributor biologi dalam bioteknologi.

Mekanisme kerja enzim berlangsung dalam dua tahap. Banyak enzim memakai lebih dari satu substrat tetapi untuk memahami prinsip dasar kerja enzim dengan gampang dengan memperhatikan reaksi enzim dengan satu substrat ibarat berikut (Primrose, 1987: 40):

Enzim (E) + Substrat (S)  ═     kompleks       ═    enzim + produk (P)

                                                Substrat (ES)

Segera sehabis enzim bergabung dengan substratnya, akan bebas kembali.

Gambar 1. Reaksi Enzim dan Substrat

Kemampuan enzim yang unik, spesifik terhadap substrat meningkatkan penggunaannya dalam proses industri secara kolektif yang dikenal dengan istilah teknologi enzim. Teknologi enzim meliputi produksi, isolasi, purifikasi, memakai bentuk yang sanggup larutdan karenanya hingga pada immobilisasi dan penggunaan enzim dalam skala yang lebih luas melalui sistem reaktor.

Peranan teknologi enzim berkontribusi pada pemecahan beberapa perkara vital di kurun modern ibarat sekarang, contohnya produksi makanan, kekurangan dan pemeliharaan energi, dan peningkatan lingkungan. Teknologi gres ini dasarnya dari biokimia tetapi diterangkan lebih luas dengan mikrobiologi, kimia, dan proses alat teknologi yang mendukung keberadaan sains.

B.     Sumber Enzim

Berbagai enzim yang dipakai secara komersial berasal dari jaringan tumbuhan, hewan, dan dari mikroorganisme yang terseleksi. Enzim yang secara tradisional diperoleh dari flora termasuk protease (papain, fisin, dan bromelain), amilase, lipoksigenase, dan enzim khusus tertentu. Dari jaringan hewan, enzim yang terutama ialah tripsin pankreas, lipase dan enzim untuk pembuatan mentega. Dari jaringan hewan, enzim yang terutama ialah tripsin pankreas, lipase, dan enzim untuk pembuatan mentega. Dari kedua sumber tumbuhandan binatang tersebut mungkin timbul banyak persoalan, yakni: untuk enzim yang berasal dari tumbuhan, problem yang timbulantara lain variasi musim, konsentrasi rendah dan biaya proses yang tinggi. Sedangkan yang diperoleh dari hasil samping industri daging, mungkin persediaan enzimnya terbatas dan ada persaingan dengan pemanfaatan lain. Sekarang terang bahwa banyak dari sumber enzim yang tradisional ini tidak memenuhi syarat untuk mencukupi kebutuhan enzim masa kini. Oleh lantaran itu, peningkatan sumber enzim sedang dilakukan yaitu dari mikroba penghasil enzim yang sudah dikenal atau penghasil enzim-enzim gres lainnya.

Program pemilihan produksi enzim sangat rumit, dan dalam hal tertentu jenis kultivasi yang dipakai akan memilih metode seleksi galur. Telah ditunjukkan dahwa galur tertenttu hanya akan menghasilkan konsentrasi enzim yang tinggi pada permukaan atau media padat, sedangkan galur yang lain memberi respon pada teknik kultivasi terbenam (submerged), jadi teknik seleksi harus sesuai dengan proses simpulan produksi komersial.

Beberapa sumber enzim disajikan dalam tabel berikut:

Enzim	Sumber
α-amilase	Aspergillus oryzae Bacillus amyloliquefaciens Bacillus licheniformis
β-glukonase	Aspergillus niger Bacillus amyloliquefaciens
Glucoamylase	Aspergillus niger Rhizopus sp
Glukosa isomerase	Arthobacter sp Bacillus sp
Lactase	Kluyveromyces sp
Lipase	Candida lipolytica
Pectinase	Aspergillus sp
Penicilin acylase	Eschericia coli
Protease, asam	Aspergillus sp
Protease, alkali	Aspergillus oryzae Bacillus sp
Protease, netral	Bacillus amyloliquefaciens Bacillus thermoproteolyticus
Pullulanase	Klebsiela aerogenes

Tabel 1. Enzim dan sumbernya (Primrose, 1987: 80)

C.    Produksi Enzim

Produksi enzim secara industri dikala ini sangat mengandalkan metode fermentasi tangki dalam (deep tank). Penggunaan mikroorganisme sebagai sumber materi produksi enzim dikembangkan dengan beberapa alasan penting, yaitu:

1.            Secara normal memiliki acara spesifik yang tinggi per unit berat kering produk.

2.          Fluktuasi musiman dari materi mentah dan kemungkinan kekurangan kuliner kaitannya dengan perubahan iklim.

3.    Mikroba memiliki karakteristik cakupan yang lebih luas, ibarat 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, memakai penemuan teknologi transfer gen.

Bahan mentah (raw material) untuk industri fermentasi enzim biasanya terbatas pada unsur-unsur dimana materi tersedia dengan harga yang murah, dan kondusif secara nutrisi. Beberapa yang lazim memakai substrat amilum hidrolase, mollase, air dadih, dan beberapa gandum.

Dalam produksi enzim, memakai 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 dipakai dalam skala industri ialah enzim ekstraseluler, enzim yang secara normal dihasilkan oleh mikroorganisme sesuai dengan substratnya dalam lingkungan eksternal dan sanggup disamakan dengan enzim pencernaan pada insan dan hewan. Kemudian ketika mikroorganisme memproduksi enzim untuk memisahkan molekul eksternal besar biar bisa dicerna biasanya dipakai media fermentasi. Dalam fermentasi sari dari kultivasi mikroorganisme tertentu, ibarat contoh, bakteri, yeast atau filamentous jamur, dijadikan sumber utama protease, amilase dan sedikit selolosa, lipase, dsb. Kebanyakan industri enzim hidrolase bisa bertindak tanpa komplek kofaktor, yang segera dipisahkan dari mikroorganisme tanpa merusak dinding sel dan larut dalam air. Beberapa enzim intraseluler, kini 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 ibarat berikut: memindah mikroorganisme, mengkonsentrasikan, penambahan materi pengawet, standarisasi dan pengepakan. Untuk ekstraksi enzim intraseluler memerlukan cara mekanis, fisik atau gangguan kimiapada dinding sel atau membran.

Pada simpulan proses fermentasi, kondisi ideal ialah cairan dengan konsentrasi enzim tinggi, sebuah organisme biomass yang gampang dipisahkan.

Produk enzim yang kondusif sebaiknya memiliki potensi alergi yang rendah, dan dalam partikelnya terbebas dari kontaminan.

D.    Legislasi Enzim

Produk enzim dari mikroba harus memenuhi spesifikasi yang ketat berkenaan dengan sifat racun dan aspek keamanan yang lain. Lingkup pemikiran penting yang berafiliasi dengan penentuan keamanan dari enzim komerisal teruatam ialah :

1. Reaksi alergenik yang disebabkan oleh suatu protein yang ada dalam produk termasuk

    protein enzim dan materi lainnya.

2. Aktivitas katalisis dari enzim.

3. Terjadinya senyawa racun, ibarat mikotoksin dan antibiotika.

Mikroorganisme yang dipakai utuk memproduksi enzim dpat diklasifikasikan menjadi 3 kelompok. Tergantung pada kelompoknya, maka ada tingkatan yang berbeda dalam pengujian sifat racunnya. Kelompok mikroorganisme yang secara tradisional dipakai dalam kuliner dan mikroorganisme yang dianggap sebagai kontaminan tidak berbahaya yang ada dalam kuliner umumnya pengujian tidak dibutuhkan. Tetapi mikroorganisme yang tidak termasuk dalam dua kelompok tersebut perlu penyelidikan sifat racun yang lebih ekstensif.

Jadi, merupakan kiprah produsen untuk sanggup memenuhi spesifikasi tersebut.

E.     Immobilisasi Enzim

Sebagai molekul bebas yang laruut dalam air, enzim sulit dipisahkan dari substrat dan produk, selain itu enzim sulit untuk dipakai secara berulang-ulang. Dewasa ini, aneka macam perjuangan telah dilakukan untuk mengatasi kendala tersebut, yaitu dengan proses immobilisasi enzim. Immobilisasi biasanya sanggup dianggap sebagai perubahan enzim dari yang larut dalam air, keadaan bergerak menjadi keadaan tak bergerak yang tidak larut. Immobilisasi mencegah difusi enzim ke dalam adonan reaksi dan mempermudah memperoleh kembali enzim tersebut dari pemikiran produk dengan teknik pemisahan padat atau cair yang sederhana.

Immobilisasi enzim sanggup dicapai dengan mengikat enzim secara kovalen ke permukaan materi yang tak larut dalam air: pengikatan silang dengan materi yang cocok untuk menghasilkan partikel yang baru; penjebakan di dalam suatu matrik atau gel yang permeabel terhadap enzim, substrat, dan produk; enkapsulasi; dan dengan absorbsi pada zat pendukung.

Keuntungan immobilisasi enzim antara lain;

1.      Memungkinkan penggunaan kembali enzim yang sudah pernah digunakan.

2.      Ideal untuk proses berkelanjutan (continous procces).

3.      Memungkinkan kontrol yang lebih akurat untuk proses katalisis.

4.      Meningkatkan stabilitas enzim.

5.      Memungkinkan pengambangan sistem reaksi multienzim.

F.     Aplikasi Enzim

Ribuan tahun yang kemudian proses ibarat menciptakan bir, menciptakan roti, dan produksi keju melibatkan enzim yang belum diketahui jenisnya. Dalam cara konvensional ini, teknologinya dipercayakan pada konversi enzim sebelum bangkit pengetahuan yang koheren dikembangkan.

Di negara barat, industri memakai 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 kuliner fermentasi, semuanya dibuat dari filamentous fungi sebagai sumber acara enzim.

Pada tahun 1896, memperlihatkan permulaan yang bahu-membahu dari teknologi mikrobia enzim dengan pemasaran pertama takadiastase, adonan bergairah dari enzim hidrolitik yang disiapkan pada pertumbuhan jamur Aspergillus oryzae pada tepung gandum. Perkembangan lebih lanjut dari penggunaan enzim meningkatkan proses secara konvensional ke kurun baru. Meskipun sebagian besar produksinya masih menghasilkan enzim kasar.

Sampai dikala ini lebih dari 200 enzim telah diisolasi dari mikroorganisme, flora dan hewan, tetapi kurang dari 20 macam enzim yang dipakai pada skala komersial atau industri. Kini, produsen enzim komersial memasarkan enzim dalam bentuk bergairah lantaran proses isolasinya lebih sederhana, terutama dipakai dalam kuliner 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).

BAB III

KESIMPULAN

1. Pengertian enzim secara umum yaitu enzim merupakan senyawa organik bermolekul besar yang berfungsi untuk mempercepat jalannya reaksi metabolisme di dalam badan tanpa memperngaruhi keseimbangan reaksi. Enzim banyak berperan pada pemecahan beberapa perkara vital di kurun modern ibarat sekarang, contohnya produksi makanan, kekurangan dan pemeliharaan energi, dan peningkatan lingkungan dan beberapa industri.
2. Berbagai enzim yang dipakai secara komersial berasal dari jaringan tumbuhan, hewan, dan dari mikroorganisme yang terseleksi.
3. Produksi enzim secara industri dikala ini sangat mengandalkan metode fermentasi tangki dalam (deep tank). Dalam produksi enzim, memakai 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 kendala pemisahan enzim dari substratnya dan produk, serta enzim yang sulit untuk dipakai secara berulang-ulang, maka dilakukan proses immobilisasi.
6. Saat ini, produsen enzim komersial memasarkan enzim dalam bentuk bergairah lantaran proses isolasinya lebih sederhana, terutama dipakai dalam kuliner dan dalam beberapa industri.

DAFTAR PUSTAKA

Buku :

Albert Lehninger. 1982. Dasar-dasar Biokimia. Jakarta: Erlangga.

Campbel and Reece. 2002. Biologi Edisi Kelima. Jakarta: Erlangga.

John E. Smith. 1981. Biotechnology. London: Edward Arnold Publisher.

Primrose. 1987. Modern Biotechnology. London: Blackwell Scientific Publications.

Artikel:

http://www.biotek.lipi.go.id/index.php?option=content&task=view&id=36. Diakses tanggal 12 Maret 2008.

http://ms.wikipedia.org/wiki/Enzim. Diakses tanggal 12 Maret 2008.

Share this post