makalah bioteknologi

13
 BAB I PENDAHULUAN

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

5/11/2018 makalah bioteknologi - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/makalah-bioteknologi-55a230d8d37fa 13/13