makalah bioteknologi
Transcript of makalah bioteknologi
5/11/2018 makalah bioteknologi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/makalah-bioteknologi-55a230d8d37fa 1/13
BAB I
PENDAHULUAN
5/11/2018 makalah bioteknologi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/makalah-bioteknologi-55a230d8d37fa 2/13
BAB II
ISI
A. Karakteristik Enzim
Enzim adalah senyawa protein yang dapat mengatalisi reaksi-reaksi kimia
dalam sel dan jaringan makhluk hidup. Enzim merupakan biokatalisator artinya
senyawa organik yang mempercepat reaksi kimia (Mayrback, 1952).
Karakteristik enzim dapat ditinjau dari 3 bagian, yaitu:
1. Sifat enzim
Beberapa sifat enzim sebagai berikut (Suwarno, 2010):
a. Merupakan protein
b. Merupakan biokatalisator.
c. Mempercepat reaksi kimia dengan jalan menurunkan energy aktivasi yaitu
energy awal yang diperlukan untuk memulai reaksi kimia.
d. Enzim bekerja spesifik artinya untuk mengubah atau mereaksikan suatu zat
tertentu memerlukan zat tertentu pula.
e. Bekerja sangat cepat.
f. Tidak ikut bereaksi (tidak mengalami perubahan).
g. Tidak mengubah keseimbangan reaksi
h. Memliki sifat aktif atau sisi katalitik yaitu bagian enzim tempat substrat
berkombinasi.
i. Substrat asing yang berfungsi menghambat reaksi disebut inhibitor dan yang
berfungsi mempercepat reaksi disebut aktivator.
2. Kerja Enzim
3. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kerja Enzim
Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim yaitu:
B. Isolasi dan Pemurnian Enzim
1. Isolasi
Isolasi merupakan proses pelepasan enzim dari sel (tumbuhan, hewan dan
mikroba).
5/11/2018 makalah bioteknologi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/makalah-bioteknologi-55a230d8d37fa 3/13
Cara isolasi terdiri dari:
a. Ekstraksi Secara Fisika
1. Homogenisasi
Homogenisasi adalah pencampuran intensif zat saling terkait atau kelompok zat
saling terkait untuk membentuk konstanta fase larut yang berbeda (kadang-kadang
dengan penambahan surfaktan) untuk mendapatkan suspensi atau emulsi
(Wikipedia, 2010).
Homogenisasi dilakukan untuk jaringan muda, juga mengurangi pengaruh
O2 dan pemanasan. Homogenisasi baik untu jaringan hewan dan tumbuhan.
Namun, kurang baik untuk mikroba karena dinding selnya keras (Salama, 2011).
Gambar 1. Proses Homogenasi
Gambar 2. Homogenizer
5/11/2018 makalah bioteknologi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/makalah-bioteknologi-55a230d8d37fa 4/13
2. Sonifikasi
3. Pembekuan dan pencairan
4. Kejutan osmosa
5. Agitasi
b. Ekstraksi Secara Kimia
a. Detergen kationik dan detergen anionik
b. Enzim lisis
c. Alkali
C. Pemurnian Enzim
Pemurnian enzim dapat dilakukan dengan cara pemurnian awal,
pemekatan dan pemurnian akhir.
a. Pemurnian Awal
a. Sentrifugasi
Prinsip kerja dari sentrifugasi adalah pemisahan berdasarkan perbedaan
berat molekul. Dalam skala besar, pemisahan dengan sentrifugasi tidak
memuaskan karena kapasitas kecil dan diperlukan kecepatan yang tinggi
(ultrasentrifugasi).
Pemisahan dengan sentrifugasi dapat digambarkna dengan persamaan
sebagai berikut:
Ф = d2 (ρs – ρw)
18 η
Ф= The throughput for complit removal
d= diameter partikel
ρs = massa jenis partikel
g = tetapan gravitasi
r = radius putaran
v = volume cairan dalam tabung sentrifuge
s = tebal lapisan cairan dalam tabung sentrifuge
ρw = massa jenis larutan
w = kecepatan sudut
5/11/2018 makalah bioteknologi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/makalah-bioteknologi-55a230d8d37fa 5/13
Pemisahan lebih mudah tercapai bila diamter partikel besar, perbedaan mssa jenis
partikel dan larutan yang besar dan viskositas larutan yang rendah. Selain itu
kecepatan sudut yang tinggi, radius putaran yang besar dan lapisan yang tipis juga
mempercepat proses.
b. Filtrasi
Kecepatan alir cairan yang melalui penyaring bergantung pada tekanan,
hambatan oleh materi, kekentalan cairan dan hambatan oleh lapisan yang
sudah terbentuk. Akibatnya keefektifan penyaringan yang mula-mula
tinggi menurun drastic dengan semakin terakumulasinya materi yang
tersaring. Untuk mengatasinya, biasanya digunakan tanah diatomae yang
membantu menahan partikel-partikel halus.
c. Flokulasi dan Koagulasi
Teknik ini digunakan sebelum sentrifugasi atau filtrasi. Pada cairan yang
sangat encer, flokulasi terjadi dengan penambahan suatu reagen. Koagulasi
merupakan adesi spontan antar partikel bila muatan partikel yang satu
dapat dinetralkan oleh muatan partikel lain. Teknik ini baik digunakan
untuk larutan protein/ pemecahan sel.
2. Pemekatan
a. Penghilangan Asam Nukleat
Asam nukleat dapat dihilangkan dengan cara (Salama, 2011):
1. pH tinggi
2. Gesekan
3. Penggunaan nuklease
4. Pengendapan dengan menggunakan kation dengan BM tinggi seperti
polietilemina, streptomisin sulfat, protamin sulfat, dll.
b. Pengendapan Protein
1. Ammonium sulfat
5/11/2018 makalah bioteknologi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/makalah-bioteknologi-55a230d8d37fa 6/13
Ammonium sulfat dapat diendapkan dan difraksionasi dengan “salting
out”. Garam ini sering dipilih karena beberapa keuntungan
(Salama, 2011):
1. Murah
2. Mudah larut
3. “Self cooling” dengan pelarutannya dengan air.
4. Kebanyakan enzim tidak rusak dengan adanya garam ini.
2. Pelarut organik
Pelarut organik akan memperlambat tetapan dieletrik air, dengan
demikian dapat mengurangi kelarutan protein karena interaksi antar
molekul protein lebih disukai dibandingkan antara molekul protein dengan
air. Atau dengan kata lain: protein diendapkan karena desakan pelarut
organik terhadap air yang berinteraksi dengan protein.
Protein dapat diendapkan dengan pelarut organik tanpa merusak
struktur protein bila diendapkan pada suhu di bawah 4 C. Pelarut organik
yang biasa digunakan antara lain: isopropanol, metanol, etanol dan aseton.
Penggunaan pelarut ini dalam skala industri jarang digunakan karena
selain mudah terbakar juga harganya mahal.
3. Polimer dengan berat molekul tinggi (Salama, 2011):
• Polietilen glikol (PEG) dengan BM antara 4000-6000 sering digunakan
untuk mengendapkan protein.
• Berbeda dengan pelarut organik, polimer ini dalam larutan protein
akan memberikan efek penstabilan molekul protein.
5/11/2018 makalah bioteknologi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/makalah-bioteknologi-55a230d8d37fa 7/13
• Penggunaan polimer ini efektif pada konsentrasi rendah, sekitar 6 -
12%.
• Kelarutan protein yang mengandung PEG dipengaruhi oleh pH,
kekuatan ion, temperatur dan konsentrasi ion itu sendiri.
c. absorbsi
d. Ultrafiltrasi
Unit ultrafiltrsi berfungsi untuk menghilangkan padatan tersuspensi, koloid,
bakteri, organic,logam berat, turbidiby matters yang masih ada di dalam air.
Berdasarkan diagram alir proses terlampir, tahapan proses pada system
ultrafiltrasi dapaat dideskrisikan sebagai berikut :
Filter Guard
Sebagai primary barier filter guard berfungsi untuk menahan parikel – partikel
Tersuspensi kasar yang ada didalam air. Unit ini mampu menahan partikel
berukuran 75 mcron atau lebih besar. Air yang keluar dari unit filter guard
diharapkan bebas dari partikel – pertikel kasar yang berpotensi menyumbah
lubang “ Lumen “ fiber membranes ultrafilrasi. Dalam jangka waktu tertentu,
filter guard akan kotor sehingga perlu tuberatan.
Pompa Filter UF
Pompa ini digunakan untuk menstrand per air umpai dari tangki baku dan
memberikan tekanan kerja dan chekl valve untuk mengindari water hammer .
Pompa dilengkapi dengan indicator tekanan untuk memonitor tekanan kerja
Pompa,
Unit Ultrafiltrasi
Unit ultrafiltrasi merupakan unit low pressure membranes yang berfungsi
menghasilkan ultra filtered water murni melalui proses fisik, tanpa bantuan
bahan kimia. Membranes ultrafiltrasi memiliki ukuran pori 0,01 mikron
sehingga membranes ultrafiltrasi dapat digunakan untuk pemisah
makromolekul, koloid, logam teroksidasi, bakteri, virus, organic dan emulsi
dari dalam air. Proses filtrasi dan backwash pada unit ini berlangsung secara
manual, maupun otomatis. Durasi dan frekuensi backwash ditentukan
5/11/2018 makalah bioteknologi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/makalah-bioteknologi-55a230d8d37fa 8/13
berdasarkan kualitas air baku yang diolah. Siklus filtrasi dan backwash akan
berulang – ulang secara teratur sesuai interval waktu yang ditentukan.
Sistem Backwash
Selama proses operasi normal, membranes UF dapat mengalami proses
kontaminasi oleh berbagai foulant yang mengakibatkan terjadinya deposisi
material tersuspensi, organic dan biologis, serta deposisi partikel koloid.
e. Pengeringan
Pengeringan beku ( freeze drying ) adalah salah satu metoda pengeringan
yang mempunyai keunggulan dalam mempertahankan mutu hasil pengeringan,
khususnya untuk produk-produk yang sensitif terhadap panas. Keunggulan
pengeringan beku, dibandingkan metoda lainnya, antara lain adalah:
a. dapat mempertahankan stabilitas produk (menghindari perubahan aroma,
warna, dan unsur organoleptik lain)
b. dapat mempertahankan stabilitas struktur bahan (pengkerutan dan
perubahan bentuk setelah pengeringan sangat kecil).
c. dapat meningkatkan daya rehidrasi (hasil pengeringan sangat berongga
dan lyophile sehingga daya rehidrasi sangat tinggi dan dapat kembali ke
sifat fisiologis, organoleptik dan bentuk fisik yang hampir sama dengan
sebelum pengeringan).
Keunggulan-keunggulan tersebut tentu saja dapat diperoleh jika prosedur
dan proses pengeringan beku yang diterapkan tepat dan sesuai dengan
karakteristik bahan yang dikeringkan. Kondisi operasional tertentu yang sesuai
dengan suatu jenis produk tidak menjamin akan sesuai dengan produk jenis lain.
Dalam hal ini, penelitian rinci mengenai karakteristik pengeringan beku berbagai
jenis produk sangat diperlukan karena masih sangat terbatas, khususnya untuk
produk-produk khas Indonesia. Pengeringan beku merupakan prosedur yang
umum diterapkan pada kategori bahan, sebagai berikut:
a. bahan pangan dan bahan farmasi (obatan)
b. plasma darah, serum, larutan hormon,
c. organ untuk transplantasi
5/11/2018 makalah bioteknologi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/makalah-bioteknologi-55a230d8d37fa 9/13
d. sel hidup, untuk mempertahankan daya hidupnya dalam jangka
waktu yang lama.
Pengeringan beku bahan pangan masih jarang dilakukan, karena biaya
pengeringan yang relatif mahal dibandingkan harga bahan pangan tersebut. Salah
satu penyebabnya adalah tingginya resistensi terhadap perpindahan panas selama
periode akhir pengeringan yang menyebabkan lambatnya laju pengeringan dan,
sebagai konsekuensinya, meningkatnya biaya operasi. Akan tetapi, disamping
pembuatan kopi instan dengan pengeringan beku, yang sejak lama telah dilakukan
secara komersil, akhir-akhir ini produk hasil pengeringan beku semakin marak di
pasar internasional, seperti udang kering beku dan durian kering beku.
3.Pemurnian
a. Kromatografi Filtrasi Gel Sephandex
Kromatografi filtrasi gel merupakan teknik pemisahan p berdasarkan pada
ukuran molekul. Matrik filtrasi gel merupakan gel yang berpori yang dikemas
dalam kolom. Pori-pori matrik dapat menampung molekul yang berukuran kecil
dan memisahkannya dari molekul yang mempunyai berat molekul tinggi,
sehingga teknik ini dapat pula digunakan untuk estimasi berat molekul.
Kromatografi filtrasi gel sephandex digunakan untuk penentuan berat molekul,
pemurnian protein atau enzim.
Fase diam pada kromatografi filtrasi gel ialah polimer dengan ikatan silang
(sephandex dan dekstran), separosa (aganosa), biogel (polisakarida).
Bahan ini bila dimasukkan dalam air akan menggembung dengan membentuk
saringan berpori dengan ukuran pori-pori tertentu. Pori-pori akan menehan
molekul komponen-komponen berdasarkan ukurannya (berat molekul). Molekul
dengan berat molekul dari 100 sampai berapa juta dapat dipisahkan dengan teknik
ini.
5/11/2018 makalah bioteknologi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/makalah-bioteknologi-55a230d8d37fa 10/13
Gambar . Prinsip Kerja dari Gel Filtrasi Sephandex
Gel sephandex merupakan dextran dengan ikatan silang dengan
epiklorhidrin. Semakin banyak epiklorhidrin akan semakin banyak ikatan silang,
semakin banyak pula air yang diserap. Sehingga pori-pori gel semakin besar dan
molekul dapat dipisahkan juga ukuran berat molekulnya Semakin besar.
Molekul yang dapat masuk ke dalam pori-pori gel mempunyai koefisien partisi.
K = (Ve – Vo)
(Vt- Vo)
Keterangan :
Ve = Volume eluen untuk mengelusi zat terlarut diri kolom
Vt = Volume kolom total
Vo = Volume cairan di luar matriks gel.
Beberapa tipe gel filtrasi sephandex dapat dilihat pada tabel di bawah ini:
Tabel 1 . Tipe Gel Filtrasi Sephandex
JenisKisaran pemisahan
(berat molekul)
Penyerapan air
(g air/ g gel
kering)
Volume kolom
(ml/ g gel kering)
G-10 Sampai 700 1,0 2
5/11/2018 makalah bioteknologi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/makalah-bioteknologi-55a230d8d37fa 11/13
G-15 Sampai 1500 1,5 3
G-25100-5.000
1.000-5.000 (Protein)2,5 5
G-50 500-10.0001.500-30.000 (Protein)
5,0 10
G-751.000-50.000
3.000-80.000 (Protein7,5 12-15
G-100
1.000-100.000
4.000-150.000
(Protein)
10 15-20
G-150
1.000-150.000
5.000-300.000
(Protein)
15 20-30
G-200
1.000-200.000
5.000-600.000
(Protein)
20 30-40
b. Kromatografi Penukar Ion
Kromatografi adalah suatu cara pemisahan berdasarkan perbedaan antara
komponen-komponen yang dipisahkan dengan fase diam dan fase gerak.
Berdasarkan kecepatan migrasi kromatografi dapat dibagi menjadi adsorpsi,
partisi, filtrasi gel (penyaringan molekul) dan penukar ion (Anonim a, 2010).
Prinsip kerja kromatografi penukar ion adalah adsorpsi molekul yang
bermuatan pada kolom penukar ion, kemudian dilepaskan lagi dengan
mengubah lingkungan ioniknya. Sampel protein dielusi dengan buffer awal yang
diatur pH nya, sehingga protein yang akan dianalisis (diisolasi) terikat pada
kolom, sedangkan protein lain dibiarkan keluar dari kolom. Protein yang terikat
dalam kolom, dilepas lagi dengan cara mengubah kondisi ioniknya (gradien pH
atau kekuatan ion yang bias menyebabkan adanya persaingan antara komponen
eluen dengan protein yang terikat. Material penukar ion merupakan suatu padatan
yang mengandung gugus- gugus bermuatan dan terikat secara kimia, yang dapat
5/11/2018 makalah bioteknologi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/makalah-bioteknologi-55a230d8d37fa 12/13
mengikat ion secara reversibel atau secara elektrostatik. Gugus-gugus yang
bermuatan tersebut biasanya terikat pada suatu resin. Kemudian diperoleh
beberapa fraksi, setelah itu seluruh fraksi yang diperoleh dari kromatografi
penukar ion kemudian diukur aktivitas enzim spesifiknya. Fase diam pada
kromatografi penukar ion ialah selulosa penukar ion dan resin penukar ion.
Jenis Penukar Ion yaitu sebagai berikut (Anonim b, 2010):
1. Kation kuat : Dowex 50
Polimer: Polistiren tersulfonasi
2. Kation lemah: Amberlite I C 50,
Polimer : Asam akrilat terkonensasi
3. Anion kuat: Dowex 1
Polimer: Polistiren CH2 N Me3Cl
4. Anion lemah: Dowex 3
Polimer : Polistiren amin sekunder
Gambar . Prinsip Kerja dari Kromatografi Penukar Ion