A. INHIBITOR

Inhibitor adalah molekul yang mengikat enzim dan dapat menurunkan aktivitasnya.

Tidak semua molekul yang mengikat adalah inhibitor enzim; enzim aktivator mengikat enzim

dan meningkatkan aktivitas enzimatik . Pengikatan inhibitor dapat menghentikan sebuah

substrat dari enzim memasuki situs aktif dan / atau menghalangi enzim dari reaksi

katalisisnya. Hampir semua enzim dapat diracuni atau dihambat oleh senyawa kimiawi

tertentu. Dari penelitian mengenai senyawa penghambat enzim, telah diperoleh informasi

yang berguna mengenai spesifisitas substrat enzim, sifat-sifat alamiah gugus fungsional pada

sisi aktif, dan mekanisme aktivitas katalitik.

Hambatan yang bekerja secara dapat balik (reversible inhibitor)

a. Hambatan kompetitif (competitive inhibition)

Suatu penghambat kompetitif berlomba dengan substrat untuk berikatan dengan sisi

aktif enzim. Tetapi, sekali terikat tidak dapat diubah oleh enzim tersebut. Ciri penghambat

kompetitif adalah penghambatan ini dapat dibalikkan atau diatasi hanya dengan

meningkatkan konsentrasi substrat. Sebagai contoh, jika suatu enzim 50% dihambat pada

konsentrasi tertentu dari substrat dan penghambat kompetitif, kita dapat mengurangi persen

penghambat dengan meningkatkan konsentrasi substrat.Penghambat kompetitif biasanya

menyerupai substrat normal pada struktur tiga dimensinya. Karena persamaan ini,

penghambat kompetitif “menipu” enzim untuk berikatan dengannya. Sebenarnya,

penghambatan kompetitif dapat dianalisa secara kuantitatif oleh teori Michaelis-Menten.

Penghambat kompetitif (I) hanya berikatan secara dapat balik dengan enzim, membentuk

suatu kompleks EI (Anonim, 2011) :

E + I ↔ EI

Akan tetapi, penghambat tidak dapat dikatalisa oleh enzim untuk menghasilkan

produk yang baru. Pengaruh inhibitor bersaing ini tidak tergantung pada konsentrasi inhibitor

semata, tetapi juga pada konsentrasi substrat. Pengaruh inhibitor dapat dihilangkan dengan

cara menambah substrat dalam konsentrasi besar. Pada konsentrasi substrat yang sangat

besar, peluang terbentuknya kompleks ES juga makin besar. Kecepatan reaksi maksimum

(Vmaks) dapat tercapai pada konsentrasi substrat yang besar. Hubungan antara kecepatan reaksi

V dengan konsentrasi substrat [S] pada reaksi yang dihambat oleh inhibitor bersaing terlihat

pada Gambar 6-8 (Anonim, 2011) :

b. Hambatan Nonkompetitif ( non competitive inhibition )

Pada penghambatan nonkompetitif, penghambat berikatan pada sisi enzim selain sisi

tempat substrat berikatan, mengubah konformasi molekul enzim, sehingga mengakibatkan

inaktifasi dapat balik sisi katalitik. Penghambatan nonkompetitif berikatan secara dapat balik

pada kedua molekul enzim bebas dan kompleks ES, membentuk kompleks EI dan ESI yang

tidak aktif (Anonim, 2011) :

E + I ↔ EI

ES + I ↔ ESI                                               

Contoh inhibitor tidak bersaing yang banyak dikenal ialah ion-ion logam berat (Cu++,

Hg++ dan Ag+) yang dapat berhubungan dengan gugus -SH yang terdapat pada sistein dalam

enzim. Hambatan tidak bersaing ini (non competitive inhibition) tidak dipengaruhi oleh

besarnya konsentrasi substrat dan inhibitor yang melakukannya disebut inhibitor tidak

bersaing. Dalam hal ini inhibitor dapat bergabung dengan enzim pada suatu bagian enzim

diluar bagian aktif. Hambatan tidak bersaing ini dapat pula diketahui grafik yang

menggambarkan hubungan antara V dengan [S], atau hubungan antara1/V dengan 1/[S]. Bila

digambarkan hubungan antara V dengan [S] maka akan terjadi grafik seperti gambar 6-8

(Anonim, 2011) :

- Kegunaan inhibitor

Oleh karena inhibitor menghambat fungsi enzim, inhibitor sering digunakan sebagai

obat. Contohnya adalah inhibitor yang digunakan sebagai obat aspirin. Aspirin menginhibisi

enzim COX-1 dan COX-2 yang memproduksi pembawa pesan peradangan prostaglandin,

sehingga ia dapat menekan peradangan dan rasa sakit. Namun, banyak pula inhibitor enzim

lainnya yang beracun. Sebagai contohnya, sianida yang merupakan inhibitor enzim

ireversibel, akan bergabung dengan tembaga dan besi pada tapak aktif enzim sitokrom c

oksidase dan memblok pernapasan sel (Anonim, 2012).

B. IMOBILISASI ENZIM

Imobilisasi merupakan suatu modifikasi untuk meniru keadaan asalnya di alam yang

diyakini berada dalam keadaan terikat pada membran atau partikelpartikel dalam sel. Tujuan

utama mengimobilisasi enzim adalah untuk mempekerjakan enzim yang dapat memberikan

proses katalitik yang berkesinambungan.

Imobilisasi enzim adalah usaha untuk memisahkan antara enzim dengan produk

selama reaksi dengan menggunakan sistem dua fase, satu fase mengandung enzim dan fase

lainnya mengandung produk, sehingga tidak terjadi saling kontaminasi antara enzim dan

produk.

Enzim terimobilisasi didefinisikan sebagai enzim yang secara spesifik ditempatkan

dalam suatu ruang tertentu dengan tetap memiliki aktivitas katalitiknya dan dapat digunakan

secara berulang atau secara terus-menerus.

Enzim terimobilisasi adalah suatu enzim yang dilekatkan pada suatu bahan yang inert

dan tidak larut seperti sodium alginate. Dengan sistem ini, enzim dapat lebih tahan terhadap

perubahan kondisi seperti pH atau temperatur . Sistem ini juga membantu enzim berada di

tempat tertentu selama berlangsungnya reaksi sehingga memudahkan proses pemisahan dan

memungkinkan untuk dipakai lagi di reaksi lain. Sistem ini memiliki keunggulan dalam hal

efisiensi sehingga di industri banyak digunakan dalam reaksi yang dikatalisis oleh enzim

(Anonim, 2010).

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

yangsederhana. 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 ataumembran polimer .

Beberapa keuntungan penggunaan enzim amobil daripada enzim bebas antara lain

meningkatkan stabilitas enzim, mengurangi jumlah enzim yang digunakan, mempermudah

untuk pemisahan dan enzim untuk digunakan kembali, kemudahan untuk penggunaan

selanjutnya, mempermudah untuk memisahkan hasil, dan padabeberapa kasus dapat

meningkatkan aktivitas enzim Teknik imobilisasi yang paling baik untuk dipilih adalah yang

memenuhi kriteriautama yakni tidak terjadi perubahan konformasi enzim dan tidak

mengganggu gugus fungsi di pusat aktif enzim sehingga enzim tetap dapat berfungsi. Metode

penjebakan enzim lebih banyak digunakan karena enzim ada dalam keadaan bebas dan

tidak terikat pada bahan pendukung sehinga secara relatif fungsi katalitik dan struktur

alamimolekul enzim tidak mengalami gangguan goncangan (Anonim, 2010).

1. Enzim amobil

Yang dimaksud dengan enzim amobil adalah enzim yang terikat secara fisik atau

terlokalisasi pada suatu tempat tertentu yang masih mempunyai aktivitas katalitik dan dapat

digunakan untuk pemakaian berulang-ulang dan kontinu. Proses ini dapat dilakukan dengan

cara mengikatkan molekul enzim pada suatu bahan tertentu melalui pengikatan kimiawi

dengan cara menahannya secara fisik dalam suatu rongga atau ruang bahan dengan cara

gabungan keduanya. Amobilisasi enzim dapat diklasifikasikan dalam tiga kategori, yaitu

(Anonim, 2011) :

Metode pengikatan berdasarkan pada pengikatan enzim pada bahan pendukung yang

tidak larut dalam air. Dalam metode ini enzim diikat secara langsung pada bahan

pendukung. Aktifitas enzim amobil dipengaruhi oleh sifat dari bahan pendukung yang

digunakan seperti, ukuran partikel, luas permukaan, perbandingan molar gugus

hidrofilik dan hidrofobik. Umumnya bahan pendukung yang digunakan adalah

selulosa, dekstrin, dan agarosa. Teknik pengikatan enzim pada bahan pendukung

dapat dilakukan dengan cara adsorpsi fisik, ikatan ionik dan ikatan kovalen.

Metode ikatan silang antara molekul enzim dengan pereaksi bergugus fungsi ganda

atau bergugus fungsi banyak. Metode ini didasarkan pada ikatan kovalen, sehingga

terbentuk ikatan antarmolekul antara molekul enzim dengan menggunakan dua

pereaksi atau lebih. Pereaksi yang biasa digunakan adalah glutaraldehida, turunan

isosianat, dan N,N polimetilen bisiodoasetoamida. Pada metode ini tidak digunakan

bahan pendukung yang tidak larut dalam air.

Metode penjebakan, yaitu penggabungan enzim ke dalam kisi-kisi gel semi permiabel

atau penjebakan di dalam polimer semi permiabel. Pada metode ini enzim/sel dalam

kisi polimer atau dalam membran yang semi permiabel. Bahan pendukung yang

banyak digunakan untuk amobilisasi enzim dengan metode penjebakan adalah

kolagen, selulosa triasetat, alginat, poliakrilamid, k-carageenan. Teknik amobilisasi

enzim sering digunakan di dalam industri karena mempunyai beberapa keuntungan,

yaitu (Anonim, 2011) :

1. Penggunaan enzim dapat digunakan berulang-ulang sehingga biaya produksi dapat

diperkecil.

2. Stabilitas enzim dapat dipertahankan.

3. Proses pengoperasian lebih praktis sehingga mudah melakukan pengawasan mutu

hasil produksi.

4. Tidak ada resiko kontaminasi, karena hanya membuat satu kali ikatan.

5. Mengurangi biaya untuk perancangan maupun pembuatan reaktornya.

Secara konvensional, reaksi enzimatis berlangsung pada reaksi secara batch dengan

menginkubasi campuran substrat dan enzim yang terlarut. Teknik tersebut memiliki

kelemahan yaitu kesulitan untuk merecovery enzim aktif dari campuran enzim tersebut untuk

digunakan kembali.Hal ini karena enzim terlarut dalam larutan sehingga sulit dipisahkan

kembali. Selain karakterisasi enzim yang sangat dipengaruhi oleh pH dan suhu pemanasan,

sehingga enzim bebas mudah terdenaturasi dan mengalami inaktifasi. Hal ini sangat tidak

ekonomis, karena enzim aktif hilang begitu saja hanya dalam satu reaksi batch.

Untuk mengeliminasi kelemahan-kelemahan tersebut maka dilakukan imobilisasi

enzim bebas yang telah didapatkan. Dengan begitu enzim akan lebih stabil pada pengaruh

suhu dan pH lingkungan, dan tentunya dapat digunakan lagi setelah mengkatalis suatu reaksi

sintesis tertentu.

Teknik imobilisasi enzim pertama kali dilakukan oleh Nelson dan Griffin pada tahun

1916. Nelson dan Griffin mengimobilisasi enzim interfase dari khamir dengan cara adsorpsi

pada arang aktif. Percobaan pertama untuk mengimobilisasi enzim dengan tujuan untuk

memperbaiki sifat-sifat enzim dilakukan oleh Grubhover dan Scheleith pada tahun 1953.

Mereka mengimobilisasi karboksipeptidase, diastase, pepsin dan ribonuklease dengan

menggunakan diazotized poliaminopolystirene resin.

Penggunaan enzim terimobilisasi akan memberikan beberapa keuntungan,yaitu:

1) enzim dapat digunakan secara berulang;

2) proses dapat dihentikan secara cepat dengan mengeluarkan enzim dari larutan substrat;

3) kestabilan enzim dapat diperbaiki;

4) larutan hasil proses tidak terkontaminasi oleh enzim;

5) dapat digunakan untuk tujuan analisis yang melibatkan enzim.

Metode imobilisasi enzim ada tiga macam, yaitu :

Metode ini didasarkan atas pengikatan enzim langsung pada zat pembawa yang tidak

larut dalam air.

1. Metode carrier binding

Metode ini dapat dibedakan menjadi tiga yaitu :

A. Metode Adsorpsi Fisik

Berdasarkan pada adsorpsi fisika dari protein enzim pada permukaan pembawa yang tidak

larut dalam air. Metode ini memiliki keburukan dimana enzim yang diserap dapat bocor dari

pembawa selama pemanfaatan karena gaya ikat antara protein enzim dan pembawah lemah.

B. Metode pengikatan ionik

Berdasarkan pada pengikatan ionik dari protein enzim pada pembawa yang tidak larut dalam

air yang mengandung residu penukar ion. Kebocoran enzim dari pembawa dapat terjadi

dalam larutan substrat dengan kekuatan ionik yang tinggi atau pada variasi pH.

C. Metode pengikatan kovalen

Berdasarkan pada pengikatan enzim dan pembawa yang tidak larut dalam air dengan ikatan

kovalen. Dalam metode ini diperlukan kondisi reaksi yang sulit dan biasanya tidak dalam

keadaan kamar. Dan dalam beberapa keadaan,ikatan kovalen mengubah bentuk konformasi

dan pusat aktif enzim yang mengakibatkan kehilangan aktivitas atau perubahan spesifitas

aktivitas.

2. Metode ikat silang

Metode ikatan silang berdasarkan pembentukan ikatan kimia, seperti dalam metode ikat

kovalen, namun pembawa yang tidak larut dalam air tidak digunakan dalam metode ini.

Imobilisasi enzim dilakukan dengan pembentukan ikatan silang intermolekular diantara

molekul enzim dengan penambahan reagen bi- atau multifungsional.

Gambar Metode ikat silang

3. Metode penjebakan

Metode penjebakan ini berdasarkan pada pengikatan enzim pada kisi-kisi matrik polimer atau

menutupi enzim dengan membran semipermiabel dan dibagi menjadi tipe kisi dan tipe

mikrokapsul.

A. Tipe kisi ( lattice type )

Metode penjebakan tipe kisi meliputi penjebakan enzim dalam bidang batas (interstitial

spaces) dari suatu ikat silang polimer yang tidak larut dalam air sebagai contoh diantara gel

matrik.

Gambar Metode penjebakan tipe kisi

B. Tipe mikrokapsul

Tipe penjebakan mikrokapsul meliputi pelingkupan enzim dengan membran polimer

semipermiabel. Enzim mikrokapsul secara umum mempunyai diameter 1-100 μm.

Gambar Metode penjebakan tipe mikrokapsul