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.