Enzim - Pengertian, Jenis, Aktivitas, Pemurnian dan Aplikasinya

Enzim adalah unit fungsional dari metabolisme sel, bekerja dengan urutan-urutan yang teratur, mengkatalisis ratusan reaksi bertahap yang menyimpan dan mentransformasikan energi kimiawi dan membuat makro molekul sel dari prekusor sederhana (Lehninger, 1990).

Istilah enzim berasal dari bahasa Yunani, yaitu enzyme yang artinya di dalam sel. Enzim memegang peranan penting dalam proses pencernaan makanan maupun proses metabolisme zat-zat makanan dalam tubuh. Fungsi enzim adalah mengurangi energi aktivasi, yaitu energi yang diperlukan untuk mencapai status transisi (suatu bentuk dengan tingkat energi tertinggi) dalam suatu reaksi kimiawi (Winarno, 1986).

Enzim merupakan golongan protein yang paling banyak terdapat dalam sel hidup dan mempunyai fungsi penting sebagai biokatalisator pada reaksi-reaksi biokimia. Enzim memiliki sifat yang khas yaitu sangat aktif walaupun dengan konsentrasi yang rendah, sangat selektif dan tanpa temperatur dan tekanan yang tinggi. Kelebihan sifat yang dimiliki oleh enzim tersebut menyebabkan reaksi yang dikatalisis secara enzimatik lebih efisien dibandingkan reaksi yang dikatalisis oleh katalis kimia (Saktiwansyah, 2001).

Enzim dapat diproduksi oleh mikroba atau bahan lainnya seperti hewan dan tumbuhan. Enzim juga dapat diisolasi dalam bentuk murni. Enzim merupakan senyawa protein yang dapat mengkatalisis seluruh reaksi kimia dalam sistem biologis. Semua enzim murni yang telah diamati sampai saat ini adalah protein. Aktivitas katalitiknya bergantung kepada integritas strukturnya sebagai protein (Winarno, 1986).

Jenis-jenis Enzim

a. Jenis enzim berdasarkan biosintesis

Berdasarkan biosintesisnya, enzim dibedakan menjadi dua jenis, yaitu enzim konstitutif dan enzim induktif (Lidya dan Djenar, 2000):

Enzim konstitutif, yaitu enzim yang selalu tersedia di dalam sel mikroba dalam jumlah yang relatif konstan.
Enzim induktif, yaitu enzim yang ada dalam jumlah sel yang tidak tetap, tergantung pada adanya induser. Enzim induktif ini jumlahnya akan bertambah sampai beberapa ribu kali bahkan lebih apabila dalam medium mengandung substrat yang menginduksi, terutama bila substrat penginduksi merupakan satu-satunya sumber karbon.

b. Jenis enzim berdasarkan tempat kerja

Berdasarkan tempat atau lokasi kerjanya, enzim dapat dibedakan dalam dua jenis, yaitu enzim endoenzim dan enzim eksoenzim (Soedigdo, 1988):

Enzim Endoenzim (intraseluler), yaitu enzim yang dihasilkan di dalam sel yaitu pada bagian membran sitoplasma dan melakukan metabolisme di dalam sel.
Enzim Eksoenzim (ekstraseluler), yaitu enzim yang dihasilkan sel kemudian dikeluarkan melalui dinding sel sehingga terdapat bebas dalam media yang mengelilingi sel dan bereaksi memecah bahan organik tanpa tergantung pada sel yang melepaskannya.

c. Jenis enzim berdasarkan reaksi yang dikatalisa

Berdasarkan reaksi yang dikatalisa, enzim diklasifikasikan menjadi enam kelas utama, dimana masing-masing kelas dibagi lagi ke dalam sub kelas. Berikut adalah klasifikasi enzim secara internasional berdasarkan reaksi yang dikatalisis (Lehninger, 1990):

d. Jenis enzim pupoler dalam industri

Terdapat beberapa enzim penting yang digunakan pada dunia industri dalam jumlah yang besar, yaitu enzim yang menghidrolisis karbohidrat, enzim yang bekerja pada pektin, enzim yang bekerja pada minyak dan lemak serta enzim pengurai protein. Jenis enzim yang banyak digunakan di industri antara lain amilase, protease, katalase, isomerase dan penicillin asilase. Enzim yang digunakan untuk keperluan analitik antara lain glucose oxidase, galactose oxidase, alcohol dehydrogenase, hexokinase, muramidase dan cholesterol oxidase. Enzim yang digunakan untuk obat-obatan antara lain asparaginase, protease, lipase, dan streptokinase.

Faktor yang mempengaruhi Aktivitas Enzim

Enzim merupakan suatu protein yang memiliki aktivitas katalitik bergantung pada integritas dari strukturnya. Beberapa faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim yaitu (Lehninger, 1990):

Temperatur atau Suhu. Aktivitas suatu enzim akan bertambah dengan meningkatnya suhu sampai tercapainya aktivitas optimum. Meningkatnya suhu akan mengakibatkan menurunnya aktivitas dan merusak kesetabilan enzim.
Derajat Keasaman (pH). Perubahan pH lingkungan berpengaruh terhadap efektivitas bagian aktif enzim dalam bentuk kompleks enzim-substrat, hal tersebut disebabkan oleh sifat enzim yang dapat membentuk ion positif, ion negatif maupun ion yang bermuatan ganda (zwitter ion). Selain pengaruh struktur ion, enzim pada pH terlalu tinggi dan rendah dapat menurunkan aktivitas yang dimiliki oleh enzim tersebut.
Konsentrasi enzim. Pada enzim-enzim dengan derajat kemurniannya tinggi, terdapat suatu hubungan linear antara jumlah enzim dengan aktivitas pada batas tertentu. Konsentrasi enzim pada umumnya sangat kecil, apabila dibandingkan dengan konsentrasi substrat. Saat konsentrasi enzim meningkat, maka aktivitas enzim bertambah.
Konsentrasi substrat. Kecepatan reaksi yang dikatalisis oleh enzim dipengaruhi oleh konsentrasi substrat. Pada konsentrasi substrat yang sangat rendah, kecepatan reaksi yang dikatalisis enzim juga sangat rendah. Sebaliknya, kecepatan reaksi akan meningkat dengan meningkatnya konsentrasi substrat yang mencapai titik tertentu, yaitu titik batas kecepatan reaksi maksimum. Setelah titik batas, enzim menjadi jenuh oleh substratnya, sehingga tidak berfungsi lebih cepat. Pembatas kecepatan enzimatis ini adalah kecepatan penguraian kompleks enzim-substrat menjadi produk dan enzim bebas.
Aktivator, inhibitor dan kofaktor. Aktifitas katalitik enzim dapat dipengaruhi oleh aktivator (bahan yang meningkatkan aktivitas enzim) dan inhibitor (bahan menurunkan aktivitas enzim). Berdasarkan kinetikanya, inhibitor dapat dibedakan menjadi inhibitor ireversibel dan reversibel.

Isolasi dan Pemurnian Enzim

Metode yang digunakan dalam isolasi dan pemurnian enzim adalah sebagai berikut:

a. Homogenisasi

Homogenisasi digunakan untuk memecah sel dan mengekstraksi enzim agar didapatkan suspensi homogen. Alat yang digunakan disebut homogenisator seperti waring blender yang dapat diputar dengan motor dan diatur kecepatannya. Dalam pengerjaan-nya perlu dijaga jangan sampai berbusa karena enzim yang terekstrak akan terdenaturasi, proses ini dilakukan pada suhu 2 sd 4 derajat Celcius.

b. Sentrifugasi

Sentrifugasi digunakan untuk memisahkan enzim ekstraseluler dari sisa-sisa sel. Sentrifugasi akan menghasilkan supernatan yang jernih dan endapan yang terikat kuat pada dasar tabung, yang kemudian dipisahkan secara manual. Sel sel mikroba biasanya mengalami sedimentasi pada kecepatan 5.000 g selama 15 menit.

c. Fraksinasi dengan amonium sulfat

Sebagian besar enzim berada dalam bentuk cairan sel sebagai protein terlarut. Kelarutan enzim tersebut merupakan interaksi polar dengan pelarut dan gaya tolak-menolak antara molekul yang bermuatan sama. Pada konsentrasi rendah, ion-ion akan melingkupi molekul protein dan mencegah bersatunya molekul-molekul protein tersebut (salting in), sehingga protein melarut Semakin tinggi konsentrasi garam, maka kelarutan protein enzim akan semakin rendah (kelarutan protein enzim dalam air lebih rendah daripada kelarutan garam dalam air) yang dikenal dengan istilah salting out). Garam yang sering digunakan untuk mengendapkan protein dan enzim adalah amonium sulfat. Kelebihan amonium sulfat dibandingkan garam-garam yang lain yaitu mempunyai kelarutan yang tinggi, tidak mempengaruhi aktivitas enzim, mempunyai daya pengendap yang efektif, mempunyai efek penstabil terhadap kebanyakan enzim, dapat digunakan pada berbagai pH, dan harganya murah.

d. Dialisis

Dialisis merupakan metode yang biasa digunakan untuk memisahkan garam dari larutan protein. Proses yang terjadi karena adanya perbedaan tekanan osmosis antara cairan yang ada di dalam membran dan yang di luar. Prosesnya, molekul protein atau enzim yang berukuran besar akan tertahan dalam kantung dialisis sedangkan molekul-molekul kecil seperti garam anorganik akan keluar melalui pori-pori membran. Keluarnya molekul menyebabkan distribusi ion-ion yang ada di dalam dan di luar kantong dialisis tidak seimbang. Untuk memperkecil pengaruh ini digunakan larutan buffer dengan konsentrasi rendah di luar kantong dialisis. Membran yang digunakan adalah selofan.

e. Kromatografi penukar ion

Kromatografi penukar ion adalah metode kromatografi yang paling umum digunakan untuk pemurnian protein. Prinsip dasar teknik penukar ion adalah memisahkan biomolekul berdasarkan muatan ioniknya. Penukar ion terdiri atas matriks yang tidak larut dan gugus bermuatan yang terikat secara kovalen pada matriks. Gugus-gugus bermuatan berasosiasi dengan counter ion. Counter ion dapat digantikan secara reversibel oleh ion-ion lain yang bermuatan sama. Penukar ion yang bermuatan positif mempunyai counter ion yang bermuatan negatif, sehingga disebut penukar anion. Sedangkan penukar kation bermuatan negatif, mempunyai counter ion yang bermuatan positif. Protein yang terikat pada penukar dapat dielusi dari kolom dengan mengubah pH atau konsentrasi garam, misalnya NaCl. Kelebihan metode ini dibandingkan dengan metode filtrasi gel adalah apabila menggunakan sampel yang banyak tidak terlalu dipengaruhi oleh tinggi kolom, sehingga efisiensi diameter kolom dapat ditingkatkan.

Aplikasi dan Penggunaan Enzim

Enzim banyak digunakan dalam berbagai industri baik industri pangan maupun non pangan. Penggunaan di dalam industri non pangan yaitu pada industri detergen dan industri kulit. Di dalam industri pangan, digunakan pada industri roti, industri keju, industri daging, industri bir dan industri protein hidrolisat. Berikut adalah beberapa aplikasi dan penggunaan enzim dalam industri (Suhartono, 1989):

Industri detergen. Enzim yang diaplikasikan pada detergen harus memiliki karakteristik yang mendukung seperti pH basa, stabilitas suhu yang baik, ketahanan terhadap senyawa pengoksidasi dan pengkeat, serta memiliki spesifitas yang luas.
Industri kulit. Enzim ditambahkan untuk membantu membebaskan bulu-bulu pada kulit dan melangsungkan hidrolisis sebagian protein untuk melunakkan kulit. Penambahan protease juga mengurangi kebutuhan akan pereaksi sulfida, sehingga mengurangi limbah bersulfur dan mengurangi biaya untuk pengolahan limbah. Disamping itu juga pemakaian enzim dapat mempercepat waktu proses penghilang bulu.
Industri kue dan roti. Enzim akan mengubah sifat-sifat viskoelastik adonan dengan menghidrolisis ikatan peptida pada interior gluten sehingga mempersingkat waktu pengembangan gluten. Enzim juga akan membebaskan asam amino dari gluten yang akan bereaksi dengan gula selama pembakaran roti sehingga menimbulkan aroma dan warna yang diinginkan.
Industri keju. Enzim digunakan untuk menggumpalkan susu pada industri keju. Protease renin dari anak sapi telah mulai digantikan oleh Endothia, Mucor pusillus dan Mucor meithei.
Industri bir. Pada proses pembuatan bir, enzim ditambahkan untuk mendegradasikan komponen protein penyebab kekeruhan, sehingga akan meningkatkan mutu produk.
Industri protein hidrolisat. Penggunaan enzim dalam hal ini bertujuan untuk menghasilkan produk hidrolisis dari protein nabati, hidrolisis protein ikan, dan daging. Adanya beberapa kelemahan dalam pembuatan protein hidrolisat dengan asam dan basa membawa pada suatu alternatif lain yang dinilai cukup baik, yaitu pembuatan protein hidrolisat secara enzimatis. Berbeda dari hidrolisis oleh asam dan basa, hidrolisis enzimatis tidak akan memisahkan gugus fungsional lain yang melekat pada protein selain asam amino.
Industri daging. Penggunaan enzim pada industri daging bertujuan untuk melunakkan daging. Cara kerja enzim ini yaitu dengan menghidrolisis serabut otot, elastin dan kolagen.

Daftar Pustaka

Lehninger, A.L. 1990. Dasar-dasar Biokimia. Jakarta: Erlangga.
Winarno, F.G. 1986. Kimia Pangan dan Gizi. Jakarta: Gramedia Pustaka Utama.
Saktiwansyah, E. 2001. Tesis: Karakterisasi Enzim Lipase Intraseluler dengan Aktivitas Esterifikasi dari Kapang Rhizopus oryzae TR 32. Bogor: IPB.
Lidya, B., dan Djenar, N.S. 2000. Dasar Bioproses. Jakarta: DEPDIKNAS.
Soedigdo. 1988. Tesis: Studi Akivitas Enzim Lipase dari Aspergillus niger sebagai biokatalis pada proses gliserolisis untuk menghasilkan momoasil gliserol. Semarang: Universitas Diponegoro.
Suhartono, M.T. 1989. Enzim dan Bioteknologi. Bogor: IPB Press.

Tags: Kimia