LAPORAN PRAKTIKUM BIOKIMIA MAKROMOLEKUL UJI BIOKIMIA ENZIM KATALASE
DISUSUN OLEH :
NAMA : NAJWA DZAKIRA SYALSA NIM : 2411050055
Kelas : TLM 1A
PROGRAM STUDI TEKNOLOGI LABORATORIUM MEDIK D4 FAKULTAS ILMU KESEHATAN
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PURWOKERTO 2024
2 I. Tujuan
Tujuan praktikum uji biokimia enzim katalase adalah:
1. Mahasiswa mampu menjelaskan tentang sistem kerja enzim katalase.
2. Mahasiswa mampu menjelaskan factor suhu dan pH terhadap aktivitas enzim katalase.
II. Dasar Teori
Katalase adalah enzim antioksidan yang memiliki kemampuan untuk mendegradasi hidrogen peroksida (H2O2) menjadi air (H2O) dan oksigen (O2). Katalase berperan dalam beberapa proses pembentukan uban, dan memperlambat kerusakan sel pada penyakit tertentu seperti multiple sclerosis. Katalase juga berperan dalam mekanisme inflamasi, apoptosis (kematian sel), penuaan (aging), dan kanker (Wulansari et al., 2017).
Enzim katalase adalah enzim yang berperan penting dalam melindungi sel dari kerusakan oksidatif akibat radikal bebas. Enzim ini bekerja dengan menguraikan hidrogen peroksida (H₂O₂), yang merupakan produk sampingan dari banyak reaksi metabolik di dalam tubuh, menjadi air (H₂O) dan oksigen (O₂) . Hidrogen peroksida bersifat toksik jika terakumulasi, sehingga katalase membantu mencegah kerusakan seluler yang disebabkan oleh stres oksidatif . Katalase terutama ditemukan di organel peroksisom, terutama pada sel-sel hati dan ginjal yang berperan dalam detoksifikasi zat berbahaya . Enzim ini bekerja sangat cepat—satu molekul katalase dapat menguraikan jutaan molekul hidrogen peroksida per detik . Aktivitas katalase sangat penting bagi organisme aerobik, termasuk manusia, karena dapat mencegah akumulasi hidrogen peroksida yang dapat menyebabkan kerusakan pada DNA, protein, dan lipid seluler (Nicholls, 2020).
Enzim katalase dalam kentang berperan dalam melindungi sel-sel kentang dari kerusakan akibat oksidasi. Sama seperti pada hewan dan manusia, katalase di dalam kentang bertugas menguraikan hidrogen peroksida (H₂O₂), yang bisa menjadi racun bagi sel, menjadi air (H₂O) dan oksigen (O₂) . Ketika kentang dipotong atau rusak, hidrogen peroksida
3 dapat terbentuk sebagai hasil sampingan dari metabolisme sel, dan katalase segera bekerja untuk menguraikan senyawa berbahaya ini (Nicholls, 2020).
Kentang adalah salah satu bahan alami yang sering digunakan dalam eksperimen sederhana untuk mengamati aktivitas katalase karena kandungan enzim ini cukup tinggi. Saat dicampur dengan hidrogen peroksida, kentang akan menghasilkan gelembung oksigen, yang menunjukkan reaksi penguraian hidrogen peroksida menjadi gas oksigen dan air . Reaksi ini penting karena menunjukkan bagaimana tumbuhan, termasuk kentang, mempertahankan kondisi fisiologis yang sehat dengan menghindari kerusakan oksidatif pada jaringan mereka(Nicholls, 2020).
(S.aureus) mengacu pada karakteristik, peran patogenik, serta mekanisme pertahanan bakteri ini dalam tubuh inang. S. aureus adalah bakteri Gram-positif berbentuk bulat (kokus) yang umumnya berkoloni dalam bentuk kelompok seperti anggur di bawah mikroskop. Bakteri ini bersifat fakultatif anaerob, artinya ia dapat tumbuh baik dalam kondisi aerob maupun anaerob. S. aureus dikenal sebagai salah satu patogen paling umum yang menyebabkan infeksi pada manusia (Todar, 2020).
Uji katalase sangat penting dalam mikrobiologi klinis untuk membedakan antara bakteri yang mirip secara morfologis tetapi berbeda dalam aktivitas katalase. Contoh utamanya adalah perbedaan antara genus Staphylococcus (katalase-positif) dan genus Streptococcus (katalase- negatif) (Todar, 2020).
Staphylococcus aureus, misalnya, dikenal sebagai katalase-positif.
Kemampuannya menghasilkan katalase membantu bakteri ini bertahan dalam kondisi oksidatif, terutama saat berhadapan dengan sistem imun inang yang menggunakan reaksi oksidatif untuk membunuh patogen.
Ketika neutrofil dalam sistem imun menghasilkan hidrogen peroksida sebagai bagian dari mekanisme pertahanan tubuh, katalase di dalam S.
aureus dapat mengurai hidrogen peroksida ini dan melindungi sel bakteri dari kerusakan. Sebaliknya, Streptococcus adalah katalase-negatif,
4 sehingga mereka tidak mampu menghasilkan enzim ini dan lebih rentan terhadap stres oksidatif (Todar, 2020).
Menurut Berg, (2015) bahwa enzim adalah protein yang berfungsi sebagai katalisator dalam reaksi kimia, dan aktivitasnya dapat dipengaruhi oleh berbagai faktor lingkungan, termasuk suhu dan pH.
1. Suhu
Menurut Berg, (2015) bahwa suhu adalah salah satu faktor yang paling mempengaruhi aktivitas enzim. Aktivitas enzim meningkat seiring dengan peningkatan suhu hingga mencapai titik optimal, setelah itu aktivitas enzim akan menurun. Proses ini dapat dijelaskan sebagai berikut:
• Peningkatan Suhu
Ketika suhu meningkat, energi kinetik molekul juga meningkat. Hal ini menyebabkan molekul-molekul enzim dan substrat bergerak lebih cepat, sehingga meningkatkan kemungkinan terjadinya interaksi antara enzim dan substrat.
Oleh karena itu, pada suhu yang lebih tinggi, laju reaksi akan meningkat.
Setiap enzim memiliki suhu optimal di mana aktivitasnya maksimal. Umumnya, suhu optimal berkisar antara 30-40 °C untuk banyak enzim, tetapi ada juga enzim yang dioptimalkan pada suhu yang lebih tinggi, seperti enzim dari organisme ekstremofilik.
• Penurunan Aktivitas pada Suhu Tinggi
Setelah mencapai suhu optimal, jika suhu terus meningkat, aktivitas enzim mulai menurun. Hal ini terjadi karena suhu tinggi dapat menyebabkan denaturasi protein, di mana struktur tiga dimensi enzim (dan oleh karena itu, situs aktifnya) terganggu. Proses denaturasi ini dapat menyebabkan enzim kehilangan fungsinya secara permanen.
5 Selain itu, peningkatan suhu yang berlebihan dapat menyebabkan ketidakstabilan pada ikatan yang menjaga struktur enzim, seperti ikatan hidrogen dan ikatan ion.
2. pH
pH juga merupakan faktor penting yang mempengaruhi aktivitas enzim. Setiap enzim memiliki rentang pH optimal di mana ia berfungsi paling baik. Pengaruh pH terhadap aktivitas enzim dapat dijelaskan sebagai berikut:
• pH Optimal
Pada pH yang sesuai dengan kondisi optimal enzim, enzim akan memiliki aktivitas maksimum. Ini karena pH mempengaruhi ionisasi kelompok fungsi pada situs aktif enzim, yang diperlukan untuk pengikatan substrat dan katalisis. Setiap enzim memiliki pH optimal yang berbeda, tergantung pada lingkungan di mana enzim tersebut berfungsi.
Contohnya, enzim pepsin yang terdapat di lambung berfungsi paling baik pada pH asam (pH 1,5-2), sementara enzim tripsin yang terdapat di usus halus berfungsi optimal pada pH netral hingga sedikit basa (pH 7-8).
• Perubahan pH
Jika pH meningkat atau menurun dari pH optimal, aktivitas enzim akan menurun. Hal ini dapat terjadi karena perubahan pH dapat mempengaruhi bentuk dan muatan enzim, yang pada gilirannya mempengaruhi kemampuan enzim untuk berinteraksi dengan substrat.
Perubahan pH yang ekstrem dapat menyebabkan denaturasi enzim, mirip dengan yang terjadi pada suhu tinggi. Ketika enzim denaturasi, struktur dan fungsi aktifnya akan hilang, menyebabkan penurunan aktivitas.
III. Alat dan Bahan
3.1 Bahan Praktikum
6
• Kultur bakteri Staphylococcus aureus (biasanya dari agar darah atau agar nutrien)
• Filtrat Kentang
• Larutan hidrogen peroksida (H₂O₂) 1%
• Akuades
• Larutan Buffer pH 4,7,dan 10 3.2 Alat Praktikum
• Kaca objek atau tabung reaksi kecil
• Loop inokulasi steril atau pipet
• Mikroskop (opsional, untuk pengamatan lebih lanjut)
• Tabung reaksi
• Bunsen
• Rak Tabung
• Gelas beaker
• Kertas Indikator pH IV. Prosedur Kerja
• Uji Faktor Suhu
o Dituang 5 ml filtrat kentang ke 2 tabung reaksi , diberi label pada setiap tabung reaksi
o Dipanaskan 10 menit pada suhu 37°C dan 60°C
o Diteteskan 3 tetes filtrat kentang dan 3 tetes larutan H2O2 ke gelas objek (dicampurkan)
o Diamati ada tidaknya gelembung gas dan banyak atau sedikitnya gas ( jika ada gas artinya (+) dan jika tidak maka (-) ).
o Dicatat kedua reaksinya dan didokumentasikan.
• Uji Faktor pH
o Dituangkan 10 ml filtrat kentang ke tabung reaksi o Diteteskan 2-3 tetes larutan buffer pH 4, pH 7, pH 10.
o Ditetes setetes demi tetes dan dicek pH nya dengan kertas indikator pH setiap kali satu kali tetes dan jangan lupa untuk dihomogenkan terlebih dahulu.
7 o Jika sudah sesuai diteteskan 3 tetes filtrat kentang asam, netral ,dan basa tersebut dan 3 tetes larutan H2O2 ke gelas objek (dicampurkan) o Diamati ada tidaknya gelembung gas dan banyak atau sedikitnya gas ( jika ada gas artinya (+) dan jika tidak maka (-)). Dengan ketentuan berikut ini.
Banyak = (++) Sedang = (+) Tidak ada = (-)
o Dicatat kedua reaksinya dan didokumentasikan.
• Uji Bakteri S Auereus
o Diambil 2 ose koloni Staphylococcus aureus dari kultur padat menggunakan loop inokulasi steril atau pipet. Pastikan untuk tidak mengambil media agar karena dapat memberikan hasil positif palsu.
o Diletakkan koloni tersebut di atas kaca objek atau di dalam tabung reaksi kecil yang bersih.
o Ditambahkan 2 tetes larutan hidrogen peroksida (H₂O₂) langsung ke koloni bakteri.
o Dimati reaksi yang terjadi. Jika enzim katalase hadir, gelembung- gelembung kecil atau besar (gas oksigen) akan segera terbentuk sebagai hasil penguraian hidrogen peroksida. Ini menunjukkan hasil positif katalase.
o Jika tidak ada gelembung yang terbentuk, maka bakteri tidak memiliki aktivitas katalase (hasil negatif katalase).
8 V. Hasil dan Pembahasan
5.1 Hasil Pengamatan
No. Jenis Uji Hasil Keterangan Gambar 1. 37° C +1 Terbentuk
gelembung
2. 60° C +1 Terbentuk gelembung
3. pH 4 +2 Terbentuk
gelembung
4. pH 7 +1 Terbentuk
gelembung
5. pH 10 -1 Tidak
terbentuk gelembung 6. S Aureus +2 Terbentuk
gelembung
5.2 Pembahasan
Berdasarkan praktikum pada saat larutan filtrat kentang kemudian dicampurkan dengan H2O2 dengan perbandingan 1:1 di kaca objek, diketahui adanya gelembung pada beberapa campuran larutan sampel. Jika adanya gelembung, ini menandakan ketika
9 filtrat kentang dicampurkan dengan larutan H₂O₂, jika terdapat enzim katalase, reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:
Hasil dari reaksi ini akan menghasilkan gelembung- gelembung gas oksigen yang terlihat secara visual. Adanya gelembung tersebut menunjukkan bahwa enzim katalase terdapat dalam filtrat kentang.
Berdasarkan praktikum di larutan filtrat kentang yang diinkubasi pada suhu 37 °C menghasilkan gelembung, yang dimana pada suhu ini mendekati suhu tubuh manusia dan merupakan suhu optimal bagi banyak enzim, aktivitas katalase biasanya akan tinggi.
Ketika filtrat kentang dicampurkan dengan H₂O₂ pada suhu ini, reaksi akan menghasilkan gelembung gas oksigen dengan cepat.
Keberadaan gelembung oksigen yang melimpah menunjukkan bahwa enzim katalase berfungsi dengan baik, memecah hidrogen peroksida secara efisien.
Berdasarkan praktikum di larutan filtrat kentang yang diinkubasi pada suhu 37 °C menghasilkan samar/sedikit gelembung.
Aktivitas enzim katalase kemungkinan akan menurun secara signifikan. Suhu tinggi dapat menyebabkan denaturasi protein enzim, yang mengubah struktur tiga dimensi enzim dan merusak situs aktifnya. Ketika filtrat kentang yang diinkubasi pada suhu 60
°C dicampurkan dengan H₂O₂, hasil reaksi dapat menunjukkan sangat sedikit gelembung oksigen. Hal ini menunjukkan bahwa enzim katalase telah kehilangan kemampuannya untuk memecah H₂O₂, sehingga aktivitasnya menjadi sangat rendah.
Dalam penelitian yang dilakukan oleh H. M. M. A. Hossain et al. (2004), ditemukan bahwa aktivitas enzim katalase pada umumnya meningkat hingga mencapai suhu optimal (sekitar 37 °C) dan kemudian menurun drastis pada suhu yang lebih tinggi, seperti 60 °C. Hal ini disebabkan oleh proses denaturasi yang terjadi pada
10 struktur enzim, mengakibatkan hilangnya fungsi katalitiknya (Hossain et al., 2004).
Menurut S. C. Mukherjee (2009), penelitian menunjukkan bahwa peningkatan suhu di atas batas tertentu dapat mempengaruhi aktivitas enzim secara signifikan. Pada suhu 60 °C, katalase dalam banyak sumber biologis menunjukkan penurunan aktivitas yang drastis, yang mengindikasikan bahwa struktur enzim mulai terdegradasi (Mukherjee, 2009).
Berikut adalah penjelasan mengenai pengujian aktivitas enzim katalase menggunakan filtrat kentang pada pH 4, 7, dan 10.
Berdasarkan praktikum di larutan filtrat kentang dengan pH 4 menghasilkan banyak gelembung. Meskipun pH 4 tidak optimal bagi banyak enzim katalase, konsentrasi enzim dalam filtrat kentang mungkin cukup tinggi, sehingga enzim masih dapat menunjukkan aktivitas yang signifikan. Selain itu, ada faktor lain yang juga mempengaruhi aktivitas enzim, seperti suhu dan konsentrasi substrat. Jika suhu mendukung, misalnya sekitar 37 °C, maka aktivitas enzim dapat meningkat meskipun pH tidak berada pada tingkat optimal.
Katalase dari kentang juga mungkin memiliki toleransi yang lebih baik terhadap kondisi asam dibandingkan dengan sumber enzim lainnya. Hal ini memungkinkan enzim untuk tetap berfungsi meskipun berada pada pH 4. Pembentukan gelembung oksigen yang signifikan juga menunjukkan bahwa reaksi antara katalase dan hidrogen peroksida berlangsung dengan efisien.
Hasil ini menunjukkan bahwa enzim katalase dalam kentang memiliki adaptabilitas yang baik dalam kondisi yang tidak ideal.
Penelitian lebih lanjut dapat dilakukan untuk mengeksplorasi batasan aktivitas katalase di berbagai tingkat pH dan memahami mekanisme yang mendasari keberlanjutan aktivitas enzim dalam kondisi asam.
11 Berdasarkan praktikum di larutan filtrat kentang dengan pH 7 menghasilkan banyak gelembung. Pada pH 7, yang merupakan pH netral, aktivitas katalase cenderung maksimal. Ketika filtrat kentang dicampurkan dengan H₂O₂ pada pH ini, reaksi akan menghasilkan gelembung gas oksigen dengan cepat . Ini menunjukkan bahwa enzim katalase berfungsi dengan baik, memecah hidrogen peroksida secara efisien.
Sebaliknya, pada pH 10 yang bersifat basa, aktivitas enzim katalase juga kemungkinan akan menurun. Berdasarkan praktikum di larutan filtrat kentang dengan pH 10 tidak menghasilkan gelembung. Ketika filtrat kentang dicampurkan dengan H₂O₂ pada pH ini, pembentukan gelembung gas oksigen mungkin akan lebih lambat atau lebih sedikit dibandingkan pada pH netral. Kondisi basa dapat mengubah ionisasi pada situs aktif enzim dan mempengaruhi interaksi antara enzim dan substrat, mengurangi efisiensi katalisis.
Jika pH terlalu tinggi, enzim juga dapat mengalami denaturasi, yang dapat menghentikan aktivitas enzim sepenuhnya.
Dalam penelitian oleh C. W. K. Yip et al. (2008), disebutkan bahwa aktivitas enzim katalase sangat dipengaruhi oleh pH. Enzim ini menunjukkan aktivitas maksimum pada pH 7, sedangkan pada pH yang lebih asam atau lebih basa, aktivitasnya cenderung menurun. Penelitian oleh F. R. Uversky dan A. J. Dunker (2010) juga menambahkan bahwa pH yang ekstrem dapat menyebabkan perubahan struktural pada enzim, termasuk denaturasi, yang berdampak pada kehilangan fungsi katalitiknya. Hal ini menjelaskan mengapa enzim katalase menunjukkan aktivitas lebih rendah pada pH 4 dan pH 10 dibandingkan dengan pH netral.
VI. Kesimpulan
Kesimpulan dari praktikum ini yitu, enzim katalase dalam filtrat kentang memiliki aktivitas yang berbeda tergantung pada suhu dan pH lingkungan. Pada suhu 37 °C, yang mendekati suhu tubuh manusia dan merupakan suhu optimal bagi banyak enzim, reaksi
12 antara filtrat kentang dan H₂O₂ menghasilkan banyak gelembung gas oksigen. Ini menunjukkan bahwa enzim katalase berfungsi dengan baik dalam memecah hidrogen peroksida secara efisien.
Namun, ketika suhu meningkat menjadi 60 °C, aktivitas enzim katalase menurun secara signifikan, dengan hanya sedikit gelembung yang dihasilkan. Hal ini disebabkan oleh denaturasi protein enzim, yang mengubah struktur dan merusak situs aktifnya.
Penelitian sebelumnya mengkonfirmasi bahwa aktivitas enzim katalase umumnya meningkat hingga mencapai suhu optimal dan kemudian menurun drastis pada suhu yang lebih tinggi.
Dari segi pH, filtrat kentang pada pH 4 menunjukkan adanya gelembung, meskipun pH ini tidak optimal untuk aktivitas enzim.
Hal ini mengindikasikan bahwa konsentrasi enzim dalam filtrat kentang cukup tinggi dan masih mampu menunjukkan aktivitas yang signifikan. Sebaliknya, pada pH 7, aktivitas katalase mencapai maksimum, menghasilkan gelembung dengan cepat, sementara pada pH 10, tidak ada gelembung yang dihasilkan, menunjukkan penurunan aktivitas enzim yang signifikan.
Enzim katalase dalam kentang memiliki toleransi yang baik terhadap kondisi yang tidak ideal, seperti pH asam, tetapi mengalami penurunan aktivitas yang jelas pada pH basa. Praktikum ini memberikan wawasan penting tentang bagaimana suhu dan pH mempengaruhi aktivitas enzim, serta pentingnya mempertimbangkan faktor-faktor ini dalam penelitian lebih lanjut mengenai enzim katalase.
VII. Daftar Pustaka
Bukhari, I. A., Asrar, M., & Al-Dossari, M. 2016. Factors Affecting Catalase Activity in Plant Tissues. Journal of Plant Physiology, Riyadh.
13 Rachmawati, D., & Supriyadi, S. 2015. Pengaruh Suhu dan pH Terhadap Aktivitas Enzim Katalase pada Filtrat Kentang.
Jurnal Biologi dan Pendidikan Biologi, 1(1): 10-15, Yogyakarta.
Sari, M. A., & Budiyanto, A. 2017. Studi Katalase dari Ekstrak Kentang dalam Menguraikan Hidrogen Peroksida. Jurnal Ilmiah Biologi, 12(2): 120-125, Jakarta.
Uversky, V. N., & Dunker, A. K. 2010. Understanding Protein Non- Folding. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteins and Proteomics, Amsterdam.
Wulandari, N., & Prasetyo, B. 2018. Aktivitas Enzim Katalase dalam Berbagai Kondisi Lingkungan pada Tumbuhan. Jurnal Bioteknologi dan Bioinformatika, 3(3): 45-50, Surabaya.
VIII. LAMPIRAN
GAMBAR KETERANGAN
ALAT DAN BAHAN
Memasukkan 5 ml dan 10 ml Filtrat Kentang
14 INKUBASI SUHU 37 °C
DAN 60 °C
PENGUKURAN KERTAS pH INDIKATOR
PENETESAN H2O2
MEMASUKAN BAKTERI
