Kuliah Pemicu 2 - Enzim

Dr. Kenny Lischer, S.T., M.T.

Protein translation from DNA

Enzymes or other proteins (receptors, hormones, Immune, etc)

Enzim

• Kata enzim pertama kali dikenalkan tahun 1878 oleh Fiedrich Wilhelm Kuhne

• en = in dan zyme = yeast yang artinya “in yeast”

• Karena pertama kali diketahui dari fermentasi alkohol oleh zymase (enzim pada yeast)

• Sistem lock and key

Efek inhibitor

Extreme enzymes from extreme microorganism

Ability to explore enzyme with suitable environment

Mengapa enzim penting diproduksi?

Terbentuknya enzim dalam sel

Transkripsi

Translasi

Enzim

sitoplasma

Menempel di membran

Di luar (supernatant)

Posisi enzim menentukan proses produksi enzim

Di dalam

Enzymes raw materials

• Hewan

• Tumbuhan

• Mikroba

Produksi enzim

Raw

materials Process Products

Hewan Tumbuhan

Mikroba (bakteri, yeast, fungi)

Pemecahan sel

Pemurnian/separasi Proses lanjutan

packaging

Bubuk/Cairan

Untuk bahan dari hewan dan tumbuhan bisa langsung di lakukan pemecahan sel dan ekstraksi

Jika berasal dari mikroba, perlu dilakukan fermentasi terlebih dahulu

di bioreactor

Raw materials: Recombinant enzyme (1)

Raw materials: Recombinant enzyme (2)

Faktor penting untuk seleksi enzim dari

spesies tertentu

Optimasi

• Optimasi berarti mencari titik optimal sintesis enzim berdasarkan

total biomassa

Scaling up and control process

Produksi enzim

Raw

materials Process Products

Cell disruption

Pemurnian/Separasi

Proses lanjutan (packaging)

Pemecahan sel (Cell disruption)

• Mekanis

• Padat: homogenisasi, hammer mill

• Cair: sonikator, pump pressure

• Non mekanis

• Manipulasi lingkungan: freeze-thaw

• Kimiawi/enzimatis: penambahan ion, lysozyme,

phospholipase, dll

Proses pemurnian

• Filtrasi

• Pemisahan dinding sel, membran sel, dll.

• Presipitasi (organic or salt treatment)

• Penambahan senyawa untuk menggumpalkan protein tetapi tidak menggumpalkan yang lain

• Pelarut organic: methanol, etanol

• Pelarut garam: ammonium sulfat, natrium sulfat, sodium sulfat

• Dialysis

• Untuk menurunkan

konsentrasi pelarut

untuk presipitasi

enzim

Purifikasi akhir

• Kromatografi kolom

• Kromatografi pertukaran ion

• Separasi berdasarkan ion pada enzim. Memiliki kapasitas tinggi apabila menggunakan matriks yang tepat

• Kromatografi afinitas

• Separasi berdasarkan ikatan dengan ligan enzim. Sangat dipengaruhi oleh jenis enzim yang dipisahkan karena ada interaksi antara enzim dengan ligan.

• Kromatografi interaksi hidrofobik

• Separasi berdasarkan interaksi hidrofobik dengan polaritas/kekuatan ion tinggi. Baik digunakan setelah kromatografi pertukaran ion atau setelah dialisis.

• Kromatografi cair

• Separasi berdasarkan tingkat kelarutan dengan solvent

Chromatography affinity

proses lanjutan (dryer)

Hasil freeze drying didapat enzim dalam bentuk powder/cair.

Contoh produk enzim komersil

Acanthaster planci

Zubi, 2007

Acanthaster planci basically consider as predator of coral reefs.

Acanthaster planci

outbreak due to Global warming

Coral reefs become

dangerous due to be eaten by Acanthaster planci

(Zubi et.al, 2007)

Phospolipase A2 (PLA2)

Mainly can found in snake or bee venom

Use as anticoagulant (Fenard et.al., 1999)

A.planci have phospolipase A2 from the thorn

(Imelda et.al., 2012)

phospolipase A2 from A. planci can become anticancer, antibacterial, and antivirus

(Wijanarko et.al., 2018)

Enzyme extraction and separation

• Sonication in phosphate buffer

• Centrifuge 15,000 rpm 4

^o

C 30 min

• Heated 60

^o

C 30 min

• Centrifuge 15,000 rpm 4

^o

C 30 min

• Precipitation with 20% ammonium phosphate

• Dissolved in phosphate buffer

(Imelda, 2012)

PLA2 extraction and activity test

Sample

Protein conc.

(mg/ml)

Volume

(ml) Unit

Activity (unit/ml)

Total activity

(unit)

Protein (mg)

Specific activity (unit/mg)

Degree of purity

CV 9,87 100 3,78 18,9 1890 486,88 1,91 1,00

F20 5,17 2 31 155 310 3,13 29,98 15,66

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

0 20 40 60 80

Absorbansi

Waktu (s)

CV F20 Kontrol

- PLA₂

Pemakaian enzim dalam bioreaktor

• Enzim mahal. Jika bisa harus dilakukan recovery

• Enzim yang dipakai harus bisa dipurifikasi lagi dengan cepat untuk pemakaian selanjutnya

• Enzim dipurifikasi dengan kromatografi, ultrafiltrasi

Product By-product Substrate Enzyme

Imobilisasi enzim

• Enzim yang telah ditempatkan dalam satu tempat/wadah tertentu sehingga ruang geraknya terbatas sehingga enzim dapat digunakan secara berulang-ulang dan kontinyu.

• Enzim bersifat larut dan tidak stabil → hanya dapat digunakan 1 kali

• Untuk menggunakan enzim secara ekonomis dan

memperpanjang aktivitas katalitik → perlu dilakukan imobilisasi enzim

• Enzim yang telah terimobilisasi bersifat stabil dan insoluble

→ bisa di recovery dan dipakai ulang untuk proses

selanjutnya

Imobilisasi mikroorganisme