Makalah Mikrobiologi Makanan
PEMANFAATAN MIKROBIOLOGI PADA PRODUKSI ENZIM
O
L
E
H
HERNA F. SIANIPAR 409220000
ROHYANA 408241009
Biologi
Non Dik ‘09
JURUSAN
BIOLOGI
FAKULTAS
MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIMED
2012
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sejak jaman dahulu manusia sudah mengenal Bioteknologi. Dahulu bioteknologi
diasumsikan berupa pengolahan makanan dan minuman menggunakan mikroba. Dahulu
bioteknologi hanya menghasilkan tempe, keju, anggur, yogurt, dsb. Seiring
dengan perkembangan jaman, Bioteknologi menghasilkan alkohol, penicilin, sampai
kemudian antibbodi monoklonal.
Bioteknologi itu sendiri merupakan penerapan asas-asas sains (ilmu
pengetahuan alam) dan rekayasa (teknologi) untuk pengolahan suatu bahan dengan
melibatkan aktivitas jasad hidup untuk menghasilkan barang dan/atau jasa (Bull,
et all, 1982). Jasad hidup yang dimaksud dalam pengertian tersebut adalah agen
biologi. Bioteknologi di era modern sekarang banyak menghasilkan produk dalam
skala industri. Dalam memanfaatkan agen biologi, bioteknologi menggunakan
peranan penting enzim, sehingga enzim memegang peranan penting dalam industri.
Enzim adalah protein tidak beracun namun mampu mempercepat laju reaksi
kimia dalam suhu dan derajat keasaman yang lembut. Produk yang dihasilkannya
sangat spesifik sehingga dapat diperhitungkan dengan mudah. Walaupun berat
mikroba, seperti contohnya bakteri hanya mencapai sepersejuta gram, kemampuan
kimiawinya cukup mengagumkan. Selnya tersusun atas ribuan jenis zat kimia,
kebanyakan diantaranya bersifat sangat kompleks. Semua zat ini tentunya
dibangun dengan reaksi kimia dari bahan-bahan penyusun yang relatif sederhana
yang ditemukan mikroba di lingkungannya. Semua reaksi kimia harus terkoordinasi
secara harmonis dan protein yang disebut enzim memainkan peran utama pada
setiap tahap.
Enzim menjadi primadona industri bioteknologi saat ini dan di masa yang
akan datang karena melalui penggunaannya, energi dapat dihemat dan akrab dengan
lingkungan. Saat ini penggunaan enzim dalam industri makanan dan minuman,
industri tekstil, industri kulit dan kertas di Indonesia semakin meningkat.
Dilaporkan, enzim amilase yang digunakan dalam industri tekstil di Bandung -
Jawa Barat, jumlahnya tidak kurang dari 4 ton per bulan atau sekitar 2- 3 juta
dolar Amerika setiap bulannya dan semuanya diimpor.
1.2 Rumusan Masalah
- Apa pengertian enzim ?
- Mikroorganisme apa saja yang menghasilkan enzim ?
- Apa saja enzim yang dihasilkan mikroorganisme ?
- Bagaimana cara memproduksi enzim?
- Bagaimana manfaat enzim ?
1.3 Batasan
Masalah
Dalam makalah ini, ruang lingkup permasalahan dibatasi pada cara pemanfaatan mikrobiologi
pada produksi enzim
1.4 Tujuan Penulisan
Tujuan penulisan makalah
ini adalah:
- Mengetahui pengertian enzim
- Mengetahui mikroorganisme yang menghasilkan enzim
- Mengetahui yang dihasilkan mikroorganisme
- Mengetahui cara memproduksi enzim
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah:
1. Sebagai bahan informasi untuk para mahasiswa
dan masyarakat
2. Sebagai bahan referensi untuk penelitian
yang relevan.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1
Pengertian enzim
Enzim adalah protein yang berfungsi sebagai katalisator
(protein katalitik) untuk reaksi-reaksi kimia di dalam sistem biologi.
Katalisator mempercepat reaksi kimia. Walaupun katalisator ikut serta dalam
reaksi, ia kembali ke keadaan semula bila reaksi telah selesai. Suatu katalis
adalah suatu agen kimiawi yang mengubah laju reaksi tanpa harus dipergunakan
oleh reaksi tersebut. Aktivitas enzim dipengaruhi oleh beberapa faktor,
diantaranya konsentrasi substrat, pH, suhu, dan inhibitor (penghambat). Berbeda
dengan katalisator nonprotein (H+, OH-, atau ion-ion
logam), tiap-tiap enzim mengkatalisis sejumlah kecil reaksi, kerapkali hanya
satu. Jadi enzim adalah katalisator yang reaksi-spesifik karena semua reaksi
biokimia perlu dikatalis oleh enzim, sehingga terdapat banyak jenis enzim.
Enzim merupakan komplek molekul organik yang berada dalam
sel hidup yang beraksi sebagai katalisdalam mempercepat laju reaksi kimia. Tanpa
enzim, tidak akan ada kehidupan. Meskipun enzim hanya dibentuk dalam sel hidup,
namun beberapa dapat dipisahkan dari selnya dan melanjutkan fungsinya dalam
kondisi in vitro. Enzim adalah
katalisator biologis, karena suatu katalisator merupakan suatu senyawa yang
mempercepat laju reaksi kimia. Hampir semua reaksi kimia yang penting bagi
kehidupan akan berlangsung sangat lambat tanpa adanya katalisator yang sesuai. Bisa
disimpulkan bahwa enzim merupakan senyawa organik bermolekul besar yang
berfungsi untuk mempercepat jalannya reaksi metabolisme di dalam tubuh tanpa
memperngaruhi keseimbangan reaksi. Dari beberapa pengertian tersebut jelaslah
bahwa enzim sangat berperan dalam sebagian besar reaksi kimia dalam tubuh
makhluk hidup, tak terkecuali mikroba yang banyak digunakan sebagai agen
biologi dalam bioteknologi.
Menurut Mayrback (1952) dari jerman, enzim adalah
senyawa protein yang dapat mengatalisi reaksi-reaksi kimia dalam sel dan
jaringan makhluk hidup. Enzim merupakan biokatalisator artinya senyawa organic
yang mempercepat reaksi kimia. Hampir semua enzim merupakan protein. Pada
reaksi yang dikatalisasi oleh enzim, molekul awal reaksi disebut sebagai
substrat, dan enzim mengubah molekul tersebut menjadi molekul-molekul yang
berbeda, disebut produk. Hampir semua proses biologis sel memerlukan enzim agar
dapat berlangsung dengan cukup cepat. Enzim merupakan polimer biologik yang
mengatalisis lebih dari satu proses dinamik yang memungkinkan kehidupan seperti
yang kita kenal sekarang. Sebagai determinan yang menentukan kecepatan
berlangsungnya berbagai peristiwa fisiologik, enzim memainkan peranan sentral
dalam masalah kesehatan dan penyakit.
Pemecahan makanan
untuk memasok energi serta unsur-unsur kimia pembangunan tubuh (building
blocks); perakitan building blocks tersebut menjadi protein, membran
sel, serta DNA yang mengkodekan informasi genetik; dan akhirnya penggunaan
energi untuk menghasilkan gerakan sel, semua ini dimungkinkan dengan adanya
kerja enzim-enzim yang terkoordinasi secara cermat. Sementara dalam keadaan
sehat semua proses fisiologis akan berlangsung dalam cara yang tersusun rapi
serta teratur dan homeostatis tetap dipertahankan, homeostatis dapat mengalami
gangguan berat pada keadaan patologis. Sebagai contoh, cedera jaringan hebat
yang mencirikan penyakit sirosis hepatis dapat menimbulkan gangguan berat pada
kemampuan sel membentuk enzim-enzim yang mengatalisis berbagai proses
metabolisme penting seperti sintesis ureum. Ketidakmampuan mengubah ammonia
yang toksik menjadi ureum yang nontoksik sebagai akibat dari penyakit tersebut
akan diikuti dengan intoksikasi ammonia, dan akhirnya koma hepatikum. Suatu
spektrum penyakit genetik langka tetapi yang sering sangat menurunkan keadaan
umum penderitanya dan kerap fatal, memberi contoh-contoh tambahan dramatis
tentang konsekuensi fisiologis drastis yang dapat menyertai gangguan terhadap
aktivitas bahkan hanya satu enzim.
2.2
Macam-macam enzim secara umum
Satu abad lalu, baru ada
beberapa enzim yang dikenal dan kebanyakan di antaranya mengatalisis reaksi
hidrolisis ikatan kovalen. Semua enzim ini diidentifikasi dengan penambahan
akhiran –ase pada nama substansi atau substrat yang dihidrolisisnya.
Jadi, lipase menghidrolisis lemak (Yunani lipos), amilase menghidrolisis pati (Yunani amylon),
dan protease menghidrolisis
protein. Meskipun banyak sisa peristilahan ini masih tetap bertahan sampai
sekarang, pemakaiannya sudah terbukti tidak memadai ketika ditemukan berbagai
enzim yang mengatalisis reaksi yang berbeda terhadap substrat yang sama, misal,
oksidasi atau reduksi terhadap fungsi alcohol suatu gula. Sementara akhiran -ase
tetap digunakan, nama enzim yang ada sekarang ini lebih menekankan pada tipe
reaksi yang dikatalisisnya. Sebagai contoh, enzim dehidrogenase mengatalisis
pengeluaran hidrogen, sementara enzim transferase mengatalisis reaksi
pemindahan gugus. Dengan semakin banyaknya enzim yang ditemukan, ketidakjelasan
juga semakin tak terelakkan, dan kerap kali tidak jelas enzim mana yang tengah
dibicarakan oleh seorang penyelidik. Untuk mngatasi permasalahan ini, International
Union of Biochemistry (IUB) telah mengadopsi sebuah sistem yang kompleks
tetapi tidak meragukan bagi peristilahan enzim yang didasarkan pada mekanisme
reaksi. Meskipun kejelasan dan pengurangan keraguan tersebut membuat sistem
nomenklatur IUB dipakai untuk ujian riset, nama yang lebih pendek tetapi kurang
begitu jelas tetap digunakan dalam buku ajar dan laboratorium klinik. Karena alasan tersebut, sistem IUB hanya disampaikan
secara sepintas.
1)
Reksi dan enzim yang mengatalisis reaksi tersebut membentuk enem kelas,
masing-masing mempunyai 4-13 subkelas.
2)
Nama enzim terdiri atas 2 bagian. Nama pertama menunjukkan substrat. Nama kedua, yang berakhir
dengan akhiran –ase, menyatakan tipe reaksi yang dikatalisis.
3)
Informasi tambahan, bila diperlukan untuk
menjelaskan reaksi, dapat dituliskan dalam tanda kurung pada bagian akhir;
misal, enzim yang mengatalisis reaksi L-malat + NAD+ ® piruvat + CO2 +
NADH + H + diberi nama 1.1.1.37 L-malat: NAD+
oksidoreduktase (dekarboksilasi).
4)
Setiap enzim mempunyai nomor kode (EC) yang
mencirikan tipe reaksi ke dalam kelas (digit pertama), subkelas (digit kedua),
dan subsubkelas (digit ketiga). Digit keempat adalah untuk enzim spesifik.
Jadi, EC 2.7.1.1 menyatakan kelas 2 (transferase), subkelas 7 (transfer
fosfat), subsubkelas 1 (alcohol merupakan aseptor fosfat). Digit terakhir
menyatakan heksokinase atau ATP: D-heksosa 6-fosfotrasferase, sebuah enzim yang
mengatalisis pemindahan fosfat dari ATP ke gugus hidroksil pada atom karbon
keenam molekul glukosa.
2.3
Peranan enzim dan ciri-ciri enzim
Enzim mempunyai berbagai fungsi bioligis dalam tubuh organisme
hidup. Enzim berperan dalam transduksi signal dan
regulasi sel, seringkali melalui enzim kinase dan fosfatase.
Enzim juga berperan dalam menghasilkan pergerakan tubuh, dengan miosin menghidrolisis ATP untuk
menghasilkan kontraksi otot. ATPase
lainnya dalam membran sel umumnya adalah pompa ion yang terlibat dalam transpor
aktif. Enzim juga terlibat dalam fungs-fungsi yang khas, seperti lusiferase yang menghasilkan
cahaya pada kunang-kunang. Virus juga mengandung
enzim yang dapat menyerang sel, misalnya HIV integrase dan transkriptase balik.
Salah satu fungsi penting enzim adalah pada sistem
pencernaan hewan. Enzim seperti amilase dan protease
memecah molekul yang besar (seperti pati dan protein) menjadi molekul yang kecil, sehingga dapat diserap
oleh usus. Molekul pati, sebagai contohnya, terlalu besar untuk diserap oleh
usus, namun enzim akan menghidrolisis rantai pati menjadi molekul kecil seperti
maltosa, yang akan dihidrolisis
lebih jauh menjadi glukosa, sehingga dapat diserap. Enzim-enzim yang berbeda,
mencerna zat-zat makanan yang berbeda pula. Pada hewan pemamah biak, mikroorganisme dalam perut
hewan tersebut menghasilkan enzim selulase yang
dapat mengurai sel dinding selulosa tanaman. Beberapa
enzim dapat bekerja bersama dalam urutan tertentu, dan menghasilan lintasan metabolisme. Dalam lintasan
metabolisme, satu enzim akan membawa produk enzim lainnya sebagai substrat.
Setelah reaksi katalitik terjadi, produk kemudian dihantarkan ke enzim lainnya.
Kadang-kadang lebih dari satu enzim dapat mengatalisasi reaksi yang sama secara
bersamaan.
Enzim menentukan langkah-langkah apa saja yang terjadi dalam lintasan
metabolisme ini. Tanpa enzim, metabolisme tidak akan berjalan melalui langkah
yang teratur ataupun tidak akan berjalan dengan cukup cepat untuk memenuhi
kebutuhan sel. Dan sebenarnya, lintasan metabolisme seperti glikolisis
tidak akan dapat terjadi tanpa enzim. Glukosa, contohnya, dapat bereaksi secara
langsung dengan ATP, dan menjadi terfosforliasi pada
karbon-karbonnya secara acak. Tanpa keberadaan enzim, proses ini berjalan
dengan sangat lambat. Namun, jika heksokinase ditambahkan,
reaksi ini tetap berjalan, namun fosforilasi pada karbon 6 akan terjadi dengan
sangat cepat, sedemikiannya produk glukosa-6-fosfat
ditemukan sebagai produk utama. Oleh karena itu, jaringan lintasan metabolisme
dalam tiap-tiap sel bergantung pada kumpulan enzim fungsional yang terdapat
dalam sel tersebut.
Ciri-ciri enzim yaitu:
Enzim merupakan
suatu protein yang bekerja secara khusus, dapat digunakan berulangkali, rusak
oleh panas tinggi, terpengaruh oleh pH, diperlukan dalam jumlah sedikit, dan
dapat bekerja secara bolak-balik.
2.1. Protein
Sebagian besar enzim (kecuali ribozime), adalah protein. Dengan demikian sifat-sifat yang dimilikinya sama dengan sifat sifat protein, yaitu: menggumpal pada suhu tinggi dan terpengaruh oleh pH
2.2. Bekerja secara khususSebagian besar enzim (kecuali ribozime), adalah protein. Dengan demikian sifat-sifat yang dimilikinya sama dengan sifat sifat protein, yaitu: menggumpal pada suhu tinggi dan terpengaruh oleh pH
Enzim tertentu
hanya dapat mempengaruhi reaksi tertentu, dan tidak dapat mempengaruhi reaksi
lainnya. Sebagai contoh: di dalam usus rayap terdapat protozoa yang
menghasilkan enzim selulase sehingga rayap dapat hidup dengan makan kayu karena
dapt mencerna selulosa (salah satu jenis karbohidrat/polisakarida). Sebaliknya
manusia tidak dapat mencerna kayu, meskipun mempunyai enzim amilase, yaitu
enzim yang dapat mencerna amilum/pati (yang juga merupakan jenis polisakarida).
Enzim amilase dan selulase masing-masing bekerja secara khusus.
2.3. Dapat digunakan berulang kali
Enzim dapat
digunakan berulang kali karena enzim tidak berubah pada saat terjadi reaksi.
Meskipun dalam jumlah sedikit, adanya enzim dalam suatu reaksi yang
dikatalisirnya akan mempercepat reaksi, karena enzim yang telah bekerja dalam
reaksi tersebut dapat digunakan kembali.
2.4. Rusak oleh panas
Enzim adalah
suatu protein yang dapat rusak oleh panas disebut denaturasi. Kebanyakan enzim
rusak pada suhu di atas 50°C. Reaksi kimia akan meningkat dua kali lipat dengan
kenaikan suhu sebesar 10oC. Kenaikan suhu di atas suhu 50°C tidak dapat
meningkatkan reaksi yang dikatalisir oleh enzim, tetapi justru menurunkan atau
menghentikan reaksi tersebut. Hal ini disebabkan enzimnya rusak sehingga enzim
tersebut tidak dapat bekerja. Demikian juga apabila kita memesan enzim-enzim
dari perjalanan, dan enzim tersebut disimpan dalam lemari es. Suhu rendah tidak
merusak enzim tetapi hanya menonaktifkannya saja.
2.5. Diperlukan dalam jumlah sedikit
Oleh karena
enzim berfungsi sebagai mempercepat reaksi, tetapi tidak ikut bereaksi, maka
jumlah yang dipakai sebagai katalis tidak perlu banyak. Satu molekul enzim
dapat bekerja berkali-kali, selama molekul tersebut tidak rusak.
2.6. Dapat bekerja bolak-balik
Umumnya enzim
dapat bekerja secara bolak-balik. Artinya, suatu enzim dapat bekerja
menguraikan suatu senyawa menjadi senyawa-senyawa lain, dan sebaliknya dapat
pula bekerja menyusun senyawa-senyawa itu menjadi senyawa semula. Pada
tumbuhan, proses fotosintesis menghasilkan glukosa. Apabila glukosa yang
dihasilkan dalam jumlah banyak, maka glukosa tersebut diubah dan disimpan dalam
bentuk pati. Pada saat diperlukan, misalnya untuk pertumbuhan, pati yang
disimpan sebagai cadangan makanan tersebut diubah kembali menjadi glukosa.
2.7. Kerja enzim dipengaruhi lingkungan
Lingkungan yang
berpengaruh pada kerja enzim adalah suhu, pH, hasil akhir, dan zat penghambat.
2.7.1 Suhu
Enzim bekerja
optimal pada suhu 30°C atau pada suhu tubuh dan akan rusak pada suhu tinggi.
Biasanya enzim bersifat nonaktif pada suhu rendah (0°C atau di bawahnya),
tetapi tidak rusak. Jika suhunya kembali normal enzim mampu bekerja kembali.
Sementara pada suhu tinggi, enzim rusak dan tidak dapat berfungsi kembali.
Enzim bekerja
optimal pada pH tertentu, umumnya pada pH netral. Pada kondisi asam atau basa,
kerja enzim terhambat. Agar enzim dapat bekerja secara maksimal, pada
penelitian/percobaan yang menggunakan enzim, kondisi pH larutan dijaga agar
tidak berubah, yaitu dengan menggunakan larutan penyangga (buffer)
2.7.3. Hasil akhir
Kerja enzim
dipengaruhi hasil akhir. Hasil akhir yang menumpuk menyebabkan enzim sulit
“bertemu’ dengan substrat. Semakin menumpuk hasil akhir, semakin lambat kerja
enzim.
2.7.4. Zat penghambat
Zat yang dapat
menghambat kerja enzim disebut zat penghambat atau inhibitor. Zat tersebut
memiliki struktur seperti enzim yang dapat masuk ke substrat, atau ada yang
memiliki struktur seperti substrat sehingga enzim salah masuk ke penghambat
tersebut. Hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut: semisal enzim itu anak
kunci, terdapat zat penghambat (inhibitor) yang:
- strukturnya
mirip anak kunci (enzim), sehingga zat penghambat itu dapat masuk ke dalam
gembok kunci (substrat).
- bentuknya
mirip gembok kunci (substrat), sehingga enzim sebagai anak kunci “keliru masuk
” ke anak kunci palsu.
1.1
Jenis-jenis enzim yang dihasilkan
mikroorganisme
Teknik
manipulasi DNA melibatkan beberapa enzim, diantaranya DNA polimerase, ligase,
enzim yang memodifikasi ujung akhir nukleotida dan nuklease. Nuklease merupakan
enzim yang memotong molekul DNA dengan memutuskan ikatan fosfodiester antara
nukleotida satu dengan nukleotida berikutnya. Jenis nuklease ada dua yaitu
eksonuklease dan endonuklease. Endonuklease merupakan nuklease yang memotong
bagian internal DNA tepat pada ikatan fosfodiester. Hasil pemotongan molekul
DNA oleh enzim restriksi endonuklease tepat pada urutan tertentu dan
menghasilkan sekuens yang double-stranded, dengan demikian sekuens yang
akan dipotong dapat diprediksi urutan basa nitrogennya. Ada tiga tipe enzim
restriksi endonuklease yaitu tipe I, II dan III. Enzim restriksi endonuklease
tipe I dan III jarang digunakan, karena hasil pemotongannya tidak tepat pada
sekuens yang diinginkan, sedangkan enzim restriksi endonuklease tipe II dapat
memotong tepat atau dekat dengan sekuens yang diinginkan
Tabel : Berbagai macam enzim yang dihasilkan
mikroorganisme
Enzim umumnya merupakan protein globular dan
ukurannya berkisar dari hanya 62 asam amino pada monomer 4-oksalokrotonat
tautomerase, sampai dengan lebih dari 2.500 residu pada asam lemak sintase.
Terdapat pula sejumlah kecil katalis RNA, dengan yang paling umum merupakan ribosom; Jenis
enzim ini dirujuk sebagai RNA-enzim ataupun ribozim.
Aktivitas enzim ditentukan oleh struktur tiga dimensinya (struktur kuaterner).
Walaupun struktur enzim menentukan fungsinya, prediksi aktivitas enzim baru yang
hanya dilihat dari strukturnya adalah hal yang sangat sulit. Kebanyakan enzim berukuran lebih besar
daripada substratnya, tetapi hanya sebagian kecil asam amino enzim (sekitar 3–4
asam amino)
yang secara langsung terlibat dalam katalisis. Daerah yang mengandung residu
katalitik yang akan mengikat substrat dan kemudian menjalani reaksi ini dikenal
sebagai tapak aktif. Enzim juga dapat
mengandung tapak yang mengikat kofaktor yang diperlukan untuk
katalisis. Beberapa enzim juga memiliki tapak ikat untuk molekul kecil, yang
sering kali merupakan produk langsung ataupun tak langsung dari reaksi yang
dikatalisasi. Pengikatan ini dapat meningkatkan ataupun menurunkan aktivitas
enzim. Dengan demikian ia berfungsi sebagai regulasi umpan balik.
Sama seperti protein-protein lainnya, enzim merupakan rantai asam
amino yang melipat. Tiap-tiap
urutan asam amino menghasilkan struktur pelipatan dan sifat-sifat kimiawi yang
khas. Rantai protein tunggal kadang-kadang dapat berkumpul bersama dan
membentuk kompleks protein.
Kebanyakan enzim dapat mengalami denaturasi
(yakni terbuka dari lipatannya dan menjadi tidak aktif) oleh pemanasan ataupun
denaturan kimiawi. Tergantung pada jenis-jenis enzim, denaturasi dapat bersifat
reversibel maupun ireversibel.
Enzim biasanya sangat spesifik terhadap reaksi yang ia kataliskan
maupun terhadap substrat
yang terlibat dalam reaksi. Bentuk, muatan dan katakteristik hidrofilik/hidrofobik enzim dan substrat
bertanggung jawab terhadap kespesifikan ini. Enzim juga dapat menunjukkan
tingkat stereospesifisitas, regioselektivitas, dan kemoselektivitas yang
sangat tinggi. Beberapa enzim yang
menunjukkan akurasi dan kespesifikan tertinggi terlibat dalam pengkopian dan pengekspresian
genom. Enzim-enzim
ini memiliki mekanisme "sistem pengecekan ulang". Enzim seperti DNA
polimerase mengatalisasi reaksi pada langkah pertama dan mengecek apakah produk
reaksinya benar pada langkah kedua. Proses dwi-langkah ini menurunkan laju
kesalahan dengan 1 kesalahan untuk setiap 100 juta reaksi pada polimerase mamalia.
Mekanisme yang sama juga dapat ditemukan pada RNA polimerase, aminoasil tRNA
sintetase dan ribosom.
Beberapa enzim
yang menghasilkan metabolit sekunder dikatakan sebagai "tidak
pilih-pilih", yakni bahwa ia dapat bekerja pada berbagai jenis substrat
yang berbeda-beda. Diajukan bahwa kespesifikan substrat yang sangat luas ini
sangat penting terhadap evolusi lintasan biosintetik yang baru.
Enzim sangatlah spesifik. Pada tahun 1894, Emil Fischer mengajukan bahwa hal ini
dikarenakan baik enzim dan substrat memiliki bentuk geometri yang saling
memenuhi. Hal ini sering dirujuk sebagai model "Kunci dan Gembok".
Manakala model ini menjelaskan kespesifikan enzim, ia gagal dalam menjelaskan
stabilisasi keadaan transisi yang dicapai oleh enzim. Model ini telah
dibuktikan tidak akurat, dan model ketepatan induksilah yang sekarang paling
banyak diterima.
1.2
Cara produksi enzim
Produksi enzim secara industri saat ini sangat mengandalkan metode
fermentasi tangki dalam (deep tank). Penggunaan mikroorganisme sebagai sumber
bahan produksi enzim dikembangkan dengan beberapa alasan penting, yaitu:
1)
Secara
normal mempunyai aktivitas spesifik yang tinggi per unit berat kering produk.
2)
Fluktuasi
musiman dari bahan mentah dan kemungkinan kekurangan makanan kaitannya dengan
perubahan iklim.
3)
Mikroba
mempunyai karakteristik cakupan yang lebih luas, seperti cakupan pH, dan
resistansi temperatur.
4)
Industri
genetika sangat meningkat sehingga memungkinkan mengoptimalisasi hasil dan tipe
enzim melalui seleksi strain, mutasi, induksi dan seleksi kondisi pertumbuhan,
yang akhir-akhir ini, menggunakan inovasi teknologi transfer gen.
Bahan mentah (raw material) untuk industri fermentasi enzim biasanya
terbatas pada unsur-unsur dimana bahan tersedia dengan harga yang murah, dan
aman secara nutrisi. Beberapa yang lazim menggunakan substrat amilum hidrolase,
mollase, air dadih, dan beberapa gandum.
Beberapa enzim yang digunakan dalam skala industri adalah enzim
ekstraseluler, enzim yang secara normal dihasilkan oleh mikroorganisme sesuai
dengan substratnya dalam lingkungan eksternal dan dapat disamakan dengan enzim
pencernaan pada manusia dan hewan. Kemudian ketika mikroorganisme memproduksi
enzim untuk memisahkan molekul eksternal besar agar bisa dicerna biasanya
digunakan media fermentasi. Dalam fermentasi sari dari kultivasi mikroorganisme
tertentu, seperti contoh, bakteri, yeast atau filamentous jamur, dijadikan
sumber utama protease, amilase dan sedikit selolosa, lipase, dsb. Kebanyakan
industri enzim hidrolase mampu bertindak tanpa komplek kofaktor, yang segera
dipisahkan dari mikroorganisme tanpa merusak dinding sel dan larut dalam air.
Beberapa enzim intraseluler, sekarang juga banyak diproduksi secara industri
dan diantaranya glukosa oksidase untuk pengawetan makanan, asparginase untuk
terapi kanker, dan penicilin asilase untuk antibiotikTahap pemulihan standar
untuk enzim ekstraseluler seperti berikut: memindah mikroorganisme,
mengkonsentrasikan, penambahan bahan pengawet, standarisasi dan pengepakan.
Untuk ekstraksi enzim intraseluler memerlukan cara mekanis, fisik atau gangguan
kimiapada dinding sel atau membran. Pada akhir proses fermentasi, kondisi ideal
adalah cairan dengan konsentrasi enzim tinggi, sebuah organisme biomass yang
mudah dipisahkan. Produk enzim yang aman sebaiknya mempunyai potensi alergi yang rendah, dan
dalam partikelnya terbebas dari kontaminan. Produk enzim dari mikroba harus
memenuhi spesifikasi yang ketat berkenaan dengan sifat racun dan aspek keamanan
yang lain. Lingkup pemikiran penting yang berhubungan dengan penentuan keamanan
dari enzim komerisal teruatam adalah :
1. Reaksi alergenik yang disebabkan oleh
suatu protein yang ada dalam produk termasuk protein enzim dan bahan lainnya.
2. Aktivitas katalisis dari enzim.
3. Terjadinya senyawa racun, seperti
mikotoksin dan antibiotika.
Mikroorganisme yang digunakan utuk memproduksi enzim dpat diklasifikasikan
menjadi 3 kelompok. Tergantung pada kelompoknya, maka ada tingkatan yang
berbeda dalam pengujian sifat racunnya. Kelompok mikroorganisme yang secara
tradisional digunakan dalam makanan dan mikroorganisme yang dianggap sebagai
kontaminan tidak berbahaya yang ada dalam makanan umumnya pengujian tidak
dibutuhkan. Tetapi mikroorganisme yang tidak termasuk dalam dua kelompok
tersebut perlu penyelidikan sifat racun yang lebih ekstensif. Jadi, merupakan
tugas produsen untuk dapat memenuhi spesifikasi tersebut.
1.1
Manfaat enzim
Kontrol aktivitas enzim yang ketat diperlukan untuk menjaga homeostasis,
malafungsi (mutasi, kelebihan produksi, kekurangan produksi ataupun delesi)
enzim tunggal yang penting dapat menyebabkan penyakit
genetik. Pentingnya enzim ditunjukkan oleh fakta bahwa penyakit-penyakit
mematikan dapat disebabkan oleh hanya mala fungsi satu enzim dari ribuan enzim
yang ada dalam tubuh kita. Salah satu contohnya adalah fenilketonuria.
Mutasi asam amino tunggal pada enzim fenilalania
hidroksilase yang mengatalisis langkah pertama degradasi fenilalanina
mengakibatkan penumpukkan fenilalanina dan senyawa terkait. Hal ini dapat
menyebabkan keterbelakangan mental jika ia tidak
diobati.
Contoh lainnya adalah mutasi silsilah nutfah (germline mutation)
pada gen yang mengkode enzim reparasi DNA. Ia dapat menyebakan sindrom penyakit
kanker keturunan seperti xeroderma pigmentosum. Kerusakan ada enzim
ini dapat menyebabkan kanker karena kemampuan tubuh memperbaiki mutasi pada
genom menjadi berkurang. Hal ini menyebabkan akumulasi mutasi dan mengakibatkan
berkembangnya berbagai jenis kanker pada penderita. Enzim merupakan unsur bukan
gizi yang terdapat dalam makanan, terutama buah dan sayuran. Diantaranya enzim
papain yang terdapat pada buah papaya, enzim bromelin dan peroksidase yang
terdapat pada buah nanas, ataupun enzim protease pada sayur buncis. Enzim ini
umumnya tidak tahan dengan suhu tinggi, karena itu makanan sumber enzim harus
dikonsumsi dalam bentuk segar.
Manfaat enzim ini juga sangat penting bagi tubuh. Seperti enzim
papain dan enzim bromelin yang berperan dalam melancarkan pencernaan,
mengurangi nafsu makan, membantu mempercepat penyerapan antibiotic, serta
mencegah pencampuran keeping-keping darah. Enzim juga bermanfaat dalam
mengatasi kasus peradangan karena dapat mengurangi peradangan seperti pada
radang dan pembengkakan tulang persendian. Selain itu enzim juga berguna untuk
mempercepat proses penyembuhan luka, termasuk menghentikan pembengkakan pasca
benturan. Enzim juga bermanfaat dalam mencegah kerusakan gigi karena mampu
menekan jumlah koloni candida albican yang merusak gigi. Enzim yang
disolasi dari mikroorganisme dapat diaplikasikan pada berbagai macam industri.
Misalnya, enzim proteose yang diisolasi dari bahan pembersih. Protease merusak
dan melarutkan protein yang mengotori pakaian. Enzim yang dihasilkan untuk
proses-proses industri meliputi protease , amilase, glikosa isomerase, glukosa
oksidase, renin, pektinase, dan lipase.empat macam enzim yang secara luas
diproduksi oleh mikroganisme adalah protease, glukamilase,α-amilase, dan
glukosa isomerase.
Protease adalah enzim yang menyerang ikatan peptida molekul protein
dan membentuk fragmen-fragmen kecil peptida. Strain rekombinan Basillus sp.
GX6644 mensekresikan alkalin protease yang sangat aktif terhadap protein kasein
susu. Dengan aktifitas tertinggi pada pH 11 dan temperatur 40-55°C. Strain
rekombinan yang lain yaitu Basillus sp. GX6638 mensekresi beberapa
alkalin protease yang aktif pada kisaran pH yang cukup luas (8-12). Fungi yang
mempreduksi protease adalah spesies Aspergillus. Protease yang
dihasilkan oleh fungi memiliki kisaran pH yang lebih luas dibandingkan protease
yang diperoduksioleh bakteri.
Amilase digunakan dalam detergen dan dalam industri pembuatan bir.
Ada beberapa tipe amilase, termasuk α-amilase yang digunakan untuk mengubah
pati menjadi maltosa dan dekstrin, glukamilase yang mengubah pati menjadi
glukosa. Ketiga enzim diatas digunakan untuk memproduksi sirup dan dekstrosa
dari pati. Produksi amilase menggunakan fungi Aspergillus sp. Aspergillus
oryzae yang digunakan untuk memproduksi amilase dari gandum pada kultur
stasioner. Bacillus subtilis dan bacillus diastaticus
digunakan untuk memproduksi amilase bakteri.
Glukosa isomerase mengubah glukosa menjadi friktosa yang dua kali
lebih manis dibandingkan sukrosa dan 1,5 kali lebih manis dibandingkan
glukosa, sehingga fruktosa merupakan bahan pemanis yang sangat penting pada
industrimakanan dan minuman. Enzim ini diproduksi oleh Bacillus coagulan,
streptomyces sp. Dan Nocardia sp.
Renin merupakan enzim penggumpal susu yang mengkatalisis koagulasi
susu dalam industri pembuatan keju. Enzim ini diproduksi oleh Mucor
pussilus.
Enzim mikroorganisme juga digunakan dalan produksi polimer sintetik.
Misalnya, industri plastik saat ini menggunakan metode kimia untuk mereduksi alkene
oxidan yang digunakan untuk memproduksi plastik. Produksi alkene
oxidan dari mikroorganisme melibatkan aksi tiga enzim yaitu
piranose-2-oksidase dari fungi oudmansiella mucida, enzim
haloperoksidase dari fungi Caldariomyces sp. Dn enzim epoxidase dari falvobacterium
sp.
Pada produksi enzim yang stabil terhadap panas, DNA polimerase
sangat penting dalam proses amplifikasi DNA. Reaksi rantai polimerase sangat
penting bagi diagnosis kesehatan, forensik, dan penelitian biologi mulekular.
Kultur thermus aquacitus, dan mikroorganisme termofilik yang
direkayasa secara genetis mengndung gen untuk taq DNA polimerase dari
thermus aquaticus, digunakan untuk membuat DNA polimerase rekombinan yang
stabil terhadap panas, yang disebut amplitaq.
BAB III
PENUTUP
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Enzim adalah protein yang berfungsi
sebagai katalisator (protein katalitik) untuk reaksi-reaksi kimia di dalam
sistem biologi. Katalisator mempercepat reaksi kimia. Walaupun katalisator ikut
serta dalam reaksi, ia kembali ke keadaan semula bila reaksi telah selesai.
Suatu katalis adalah suatu agen kimiawi yang mengubah laju reaksi tanpa harus
dipergunakan oleh reaksi tersebut. Aktivitas enzim dipengaruhi oleh beberapa
faktor, diantaranya konsentrasi substrat, pH, suhu, dan inhibitor (penghambat).
Enzim mempunyai berbagai fungsi bioligis dalam tubuh
organisme hidup.
Enzim berperan dalam transduksi signal dan
regulasi sel, seringkali melalui enzim kinase dan fosfatase.
Enzim juga berperan dalam menghasilkan pergerakan tubuh, dengan miosin menghidrolisis ATP untuk
menghasilkan kontraksi otot. ATPase
lainnya dalam membran sel umumnya adalah pompa ion yang terlibat dalam transpor
aktif. Enzim juga bermanfaat dalam mengatasi kasus peradangan karena dapat
mengurangi peradangan seperti pada radang dan pembengkakan tulang persendian. Selain
itu enzim juga berguna untuk mempercepat proses penyembuhan luka, termasuk
menghentikan pembengkakan pasca benturan.
DAFTAR PUSTAKA
Agustina, W. 2004. Pemanfaatan
Bacillus licheniformis sebagai Bakteri Penghasil Enzim Protease dengan Medium
Tepung Biji Amaranth. PS MIPA Unsoed. Purwokerto.
Dwidjoseputro, S. 1992. Mikrobiologi Pangan. Gramedia Pustaka
Utama. Jakarta.
Pratiwi, Sylvia T. 2008. Mikrobiologi farmasi. Jakarta : Erlangga
Tim Dosen Unimed.2012. Mikrobiologi Makanan. Medan : FMIPA UNIMED
T.pratiwi, Sylvia. 2008. Mikrobiologi farmasi. Yogyakarta
:Erlangga 
Tidak ada komentar:
Posting Komentar