Post on 24-Feb-2016
description
REAKSI ENZIM DENGAN KINETIKA SEDERHANA
Presentasi Oleh:1. Afida Khofsoh :115061100111031 2. Alfonsina A.A.T : 1150611001110273. Febrika Larasati : 1150611011110014. S. Romlah Nurul B. : 115061101111002
TEKNOLOGI BIOPROSESDosen pengampu: Wa Ode Cakra N., ST., MT
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
Batch or Steady-State Plug-flow Reaktor
Bioreactor: merupakan alat yang biasanya berupa vessel, digunakan sebagai tempat aktifitas biokatalis untuk mencapai bentuk kimia yang diingikan.
Product
Bioreactor
Recycle
Productseparation & purification
Nutrients tankWaste
Input
Pre-filtration
Fermenter: jenis dari bioreaktor dengan biokatalis dalam bentu living cell.
Apa itu bioreactor?
1. Aerobic bioreactor: Need adequate mixing and aeration
2. Anaerobic bioreactor: no need for sparging or agitation
Challenges in Bioreactor Design
Bioreactor Configurations1. Stirred Tank
2. Bubble column
3. Air lift reactor
4. Packed bed reactor
5. Trinkle bed reactor
6. Fluidized bed reactor
Sekilas tentang Bioreaktor
(a) Impeller, (b) Propeller, (c) Paddle dan (d) Helical ribbonSumber: rahmat kurniawan , 2011 , pengadukan dan
pencampuran, http://tekimku.blogspot.com/
Bioreactor Operation Modes-1. Batch Operation
A batch bioreactor is normally equipped with an agitator to mix the reactant, and the pH of the reactant is maintained by employing either buffer solution or a pH controller
Sm
Ss
CKCr
dtdCr
max
trCCCCK sss
sm max0
0ln Change of Cs with time, t
Batch operation with stirring
•A foam breaker may be installed to disperse foam
Bioreactor Operation Modes-2. Plug-flow mode
In a plug-flow reactor, the substrate enters one end of a cylindrical tube with is packed with immobilized enzyme and the product steam leaves at the other end.
trCCCCK sss
sm max0
0ln
F, Cs0 F, Cs
t = 0 FV
An ideal plug-flow reactor can approximate the long tube,
packed-bed and hollow fiber or multistaged reactor
Residence time
Continuous operation without stirring
V
Eq:5 =
Reaktor Tangki Berpengaduk Kontinyu
Reaktor Tangki Berpengaduk Kontinyu
Apa ituCSTR?
Caout = Ca
Produkitivasdowntime
CSTR kondisi steady state
D (dilution rate) = 1/ τ
[S] konstan dCs/dt = 0
Pers. Michaelis - Menten
Neraca Komponen Subtrat
Hubungan Linear
Menghitung r
Menentukan KM Running series steady state CSTR at different flow rate
INHIBISI REAKSI ENZIM
INHIBISI REAKSI ENZIM
• Modulator atau effector adalah suatu zat yang dapat bergabung dengan enzim untuk mengubah aktivitas katalitik.
• Inhibitor adalah modulator yang menurunkan aktivitas enzim.
Jenis Inhibitor
Inhibitor irreversibel
Inhibitor reversible
Inhibitor Irreversible
• Berikatan sangat kuat dengan sisi aktif enzim secara kovalen
• Mengakibatkan enzim tidak berfungsi karena ikatan inhibitor dengan protein enzim bersifat stabil dan tidak dapat lepas
Inhibitor Reversible
Inhibitor kompetitif
Inhibitor non kompetitif
Inhibitor unkompetitif
Inhibitor Kompetitif
• memiliki struktur yang mirip dengan substrat.
• Pembentukan kompleks enzim-inhibitor menurunkan laju reaksi.
• Pengaruh inhibitor dapat diminimalisir dengan meningkatkan konsentrasi substrat.
• Neraca enzimCE0 = CE + CES + CEI
• Reaksi kesetimbangan
• Laju pembentukan produk
Kurva pengaruh inhibitor reversible pada inhibitor kompetitif dan inhibitor non kompetitif
Inhibitor Non Kompetitif
• melekatkan diri pada bagian bukan sisi aktif enzim.
• Inhibitor non kompetitif tidak dapat dipengaruhi oleh konsentrasi substrat
• Menurunkan kecepatan maksimal tetapi tidak mempengaruhi Km
• Mekanisme inhibisi non kompetitif
Inhibitor Unkompetitif
• Berikatan hanya dengan kompleks ES dan tidak dapat berikatan dengan enzim bebas.
• Kompleks ESI yang terbentuk menjadi tidak aktif.
• Inhibitor tidak menghalangi pembentukan kompleks ES, tetapi menghalangi reaksi pembentukan produk
• Persamaan Laju
• Mengakibatkan penurunan Vm dan Km
FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI AKTIVITAS ENZIM
Faktor Kimia
• Susbstrat• Produk• Enzim Kofaktor
Faktor Fisika
•pH•Suhu•Gaya Mekanik/ Gesekan
Pengaruh pH
Perubahan pH lingkungan akan berpengaruh pada efektivitas bagian aktif
enzim (active site)
• Muatan mempengaruhi struktur enzim
• Selanjutnya akan mempengaruhi reaksi
1
Enzim adalah protein yang terdiri dari residu asam amino (asam amino- water)
Lepasnya gugus -OH asam karboksilat dan -H amin menyebabkan struktur asam amino atau protein tidak lagi
lengkap sebagai asam amino. Oleh karena itu, disebut "residu asam amino".
Glutamic Acid pada pH rendah
Jika pH lingkungan meningkat, asam glutamat akan terionisasi. Menjadi bermuatan.
Lingkungan dalam suasana basa-> kelebihan OH- dalam lingkungan enzim -> enzim melepaskain ion H+ -> enzim dalam keadaan anion (deprotonasi)
Enzim aktif sebagai katalis
Asam Glutamat akan aktif ketika pH>4,5
Lysine pada pH tinggi
Lysine akan aktif ketika pH<10
Jika pH lingkungan menurun , lysine akan terionisasi. Menjadi bermuatan.
Enzim adalah katalis aktif ketika sisi aktif
masing-masing residu asam amino memiliki
muatan tetentu.Oleh karena itu fraksi
enzim katalis aktif tergantung pada pH.
• Pada umumnya enzim aktif pada pH 4,5 - 10
KESIMPULAN
• Pers. “Arhenius”• Jika suhu tinggi, laju
reaksi meningkat.
k = konstanta laju reaksik0= faktor frekuensi reaksi
Pengaruh Temperatur 2
T1
RE -kln k ln a
0 Persamaan garis lurus (linier), dengan 1/T sebagai sumbu X dan ln k sebagai sumbu Y. Dengan demikian, slope dari
kurva tersebut adalah – Ea / R.
Kecuali enzim termophilic.
Untuk reaksi biological, suhu tinggi dapat merusak protein.
T Ln K
T Optimal Enzim 45-50°C
Atom pada molekul enzim mempunya energi lebih besar,
memiliki kecenderungan lebih tinggi untuk bertumbukan
Effect of Shear
Pengaruh gesekan penting untuk pertimbangan desain reaktor enzim, karena isi
reaktor perlu pengadukan untuk meminimalkan resistensi transfer massa.
Enzim rentan terhadap kekuatan mekanik -> merusak molekul enzim.
Gaya gesek yang dapat merusak enzim biasanya disebabkan oleh fluida, baik oleh fluida yang mengalir, atau pengadukan
dengan agitator.
4
Charm dan Wong (1970) menunjukkan bahwa enzim katalase, rennet, dan carboxypeptidase sebagian tidak aktif ketika dikenai gesekan dalam silinder viscometer.
Thomas dan Dimnill (1979) mempelajari efek mekanik pada katalase dan urease dengan menggunakan silinder
koaksial viskometer yang disegel untuk mencegah contact dg udara, menemukan bahwa tidak ada perubahan yang
signifikan aktivitas enzim karena gaya geser pada laju geser sampai 106/sec.