REAKSI ENZIM DENGAN KINETIKA SEDERHANA Presentasi Oleh: Afida Khofsoh :115061100111031 Alfonsina A.A.T : 115061100111027 3. Febrika Larasati : 115061101111001 4. S. Romlah Nurul B. : 115061101111002 TEKNOLOGI BIOPROSES Dosen pengampu: Wa Ode Cakra N., ST., MT PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

Batch or Steady-State Plug-flow Reaktor

Apa itu bioreactor? Bioreactor: merupakan alat yang biasanya berupa vessel, digunakan sebagai tempat aktifitas biokatalis untuk mencapai bentuk kimia yang diingikan. Fermenter: jenis dari bioreaktor dengan biokatalis dalam bentu living cell.

Challenges in Bioreactor Design Bioreactor Configurations Aerobic bioreactor: Need adequate mixing and aeration Anaerobic bioreactor: no need for sparging or agitation Bioreactor Configurations Stirred Tank Bubble column Air lift reactor Packed bed reactor Trinkle bed reactor Fluidized bed reactor

Sekilas tentang Bioreaktor

Sumber: rahmat kurniawan , 2011 , pengadukan dan pencampuran, Impeller,  (b) Propeller, (c) Paddle dan (d) Helical ribbon Sumber: rahmat kurniawan , 2011 , pengadukan dan pencampuran, http://tekimku.blogspot.com/

Bioreactor Operation Modes Batch operation with stirring A foam breaker may be installed to disperse foam 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 Batch operation with stirring Change of Cs with time, t

Bioreactor Operation Modes Continuous operation without stirring -2. Plug-flow mode An ideal plug-flow reactor can approximate the long tube, packed-bed and hollow fiber or multistaged reactor 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. F, Cs F, Cs0 V Residence time t = 0 Continuous operation without stirring

Eq:5 =

Reaktor Tangki Berpengaduk Kontinyu

Reaktor Tangki Berpengaduk Kontinyu Apa ituCSTR? Caout = Ca Produkitivas downtime

Neraca Komponen Subtrat CSTR kondisi steady state [S] konstan  dCs/dt = 0 Pers. Michaelis - Menten D (dilution rate) = 1/ τ

Running series steady state CSTR at different flow rate Hubungan Linear Running series steady state CSTR at different flow rate Menentukan KM Menghitung r

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.

Inhibitor irreversibel 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 enzim CE0 = 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 1 Muatan mempengaruhi struktur enzim Selanjutnya akan mempengaruhi reaksi Perubahan pH lingkungan akan berpengaruh pada efektivitas bagian aktif enzim (active site)

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".

Enzim aktif sebagai katalis Lingkungan dalam suasana basa-> kelebihan OH- dalam lingkungan enzim -> enzim melepaskain ion H+ -> enzim dalam keadaan anion (deprotonasi) Glutamic Acid pada pH rendah Enzim aktif sebagai katalis Jika pH lingkungan meningkat, asam glutamat akan terionisasi. Menjadi bermuatan. Asam Glutamat akan aktif ketika pH>4,5

Lysine akan aktif ketika pH<10 Lysine pada pH tinggi Lysine akan aktif ketika pH<10 Jika pH lingkungan menurun , lysine akan terionisasi. Menjadi bermuatan.

KESIMPULAN Pada umumnya enzim aktif pada pH 4,5 - 10 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.

2 Pengaruh Temperatur Pers. “Arhenius” Jika suhu tinggi, laju reaksi meningkat. 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. k = konstanta laju reaksi k0= faktor frekuensi reaksi

T Ln K Kecuali enzim termophilic. Atom pada molekul enzim mempunya energi lebih besar, memiliki kecenderungan lebih tinggi untuk bertumbukan T Ln K Untuk reaksi biological, suhu tinggi dapat merusak protein. T Optimal Enzim 45-50°C Kecuali enzim termophilic.

Enzim rentan terhadap kekuatan mekanik -> merusak molekul enzim. Effect of Shear 4 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. Pengaruh gesekan penting untuk pertimbangan desain reaktor enzim, karena isi reaktor perlu pengadukan untuk meminimalkan resistensi transfer massa.

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.