PENGARUH AMOBILISASI ENZIM GLUKOSA OKSIDASE (GOD) PADA ELEKTRODA KAWAT PLATINA

Transkripsi

1 J. Sains MIPA, Edisi Khusus Tahun 2007, Vol. 13, No. 2, Hal.: ISSN PENGARUH AMOBILISASI ENZIM GLUKOSA OKSIDASE (GOD) PADA ELEKTRODA KAWAT PLATINA Ratu Betta Rudibyani Jurusan P.MIPA, FKIP Universitas Lampung Jl. Soemantri Brojonegoro No.1 Bandar Lampung Diterima 28 Agustus 2007, perbaikan 10 Desember 2007, disetujui untuk diterbitkan 27 Desember 2007 ABSTRACT This experiment aimed to construct an electode of glucose oxidase (GOD). A platina wired was layered with GOD immobilzed on celulose acetate membrane. Furthermore, properties of the electode was investigated by measuring potensial of the electrode in glocose solution system. The construction of immobile GOD on platina wired was carried out following the method of Godjevargova. The amount of enzyme was measured with Lowry method. The potensial of the electrode measured as working electrode and compared with a Ag AgCl electrode as reference. The results showed the potensial electrode measurement dependent on glucose solution concentration. Increasing in glucose solution lead to increase potensial of the electrode. In addition, sensitivity of the electrode faster than wired without layered by GOD. Evidence of glutaraldehide on the electrode supported sensitivity of the electrode and also extended the life time. Keywords: Glukose oxidase, enzyme amobilization, platina elektrode 1. PENDAHULUAN Amobilisasi enzim glukosa oksidase (GOD) pada kawat platina dibuat dengan metode Godjevargova. Kawat platina yang telah dilapisi tersebut digunakan sebagai elektroda pada penentuan kadar glukosa secara potensiometri. Elektroda enzim GOD dibuat dari kawat platina dilapisi selulosa asetat yang mengandung glutaraldehid. Bila diasumsikan bahwa kinerja elektroda dipengaruhi oleh komposisi elektroda, maka perlu dipelajari pengaruh komponen penyusun elektroda. Komponen penyusun elektroda adalah enzim GOD, glutaraldehid, selulosa asetat dan kawat platina. Untuk mengetahui berapa kadar protein enzim yang teramobil dalam membran selulosa asetat, maka dilakukan penentuan kadar protein enzim dengan metode Lowry. Pengukuran ini dilakukan sebelum dan sesudah amobilisasi. Bila diasumsikan bahwa adanya enzim dalam elektroda dapat mempercepat reaksi oksidasi glukosa, maka kinerja elektroda seyogyanya dapat digunakan dalam waktu relatif lama. Namun, mengingat sifat enzim yang peka terhadap perubahan ph dan suhu, maka penggunaan rutin dan kondisi lingkungan dimungkinkan dapat menyebabkan perubahan aktivitas enzim, sehingga berpengaruh terhadap kinerja elektroda. Pada pengukuran secara potensiometri, diperlukan komponen-komponen pengukuran yaitu elektroda kerja, elektroda pembanding, larutan analit yang akan dipelajari dan milivoltmeter atau potensiometer 1). Metode pengukuran secara potensiometri memerlukan dua elektroda, yaitu elektroda kerja dan elektroda pembanding yang keduanya dicelupkan dalam larutan analit, dan milivoltmeter atau potensiometer 1).. Sebagai elektroda kerja adalah elektroda kawat platina terlapis enzim GOD dan sebagai elektroda pembanding digunakan elektroda Ag AgCl. Sebagai larutan analit adalah senyawa yang dapat menghasilkan ion H +, seperti glukosa 2). Sistem pengukuran tersebut, dapat disederhanakan seperti pada Persamaan (1) berikut: Ag AgCl (s) KCl (aq) (akcl) (larutan analit) (Pt) (1) Pelapisan membran selulosa asetat dilakukan dengan metode inversi fasa. Amobilisasi enzim GOD pada membran selulosa asetat lebih stabil dibandingkan tanpa inversi fasa 3). Masalah dalam penelitian ini adalah; Berapa besar pengaruh komposisi dan ketebalan lapisan elektroda terhadap sensitivitas elektroda? 2007 FMIPA Universitas Lampung 167

2 Ratu Betta Rudibyani Pengaruh Amobilisasi Enzim Glukosa Oksidase (GOD) Pelapisan selulosa asetat pada kawat platina menentukan nilai sensitivitas elektroda, bila dicelupkan dalam larutan glukosa. Makin tipis lapisan selulosa asetat ketahanan semakin berkurang, demikian pula halnya bila semakin tebal lapisan elektroda, sensitivitas elektroda makin rendah. Dengan demikian perlu dicari ketebalan lapisan selulosa asetat pada kawat platina yang bila dicelupkan dalam larutan glukosa dapat menghasilkan sensitivitas ideal. Untuk mengetahui pengaruh glutaraldehid terhadap sensitivitas elektroda, maka dilakukan pelapisan elektroda dengan membran selulosa asetat yang mengandung glutaraldehid dan tanpa glutaraldehid. Hal ini dilakukan karena amobilisasi enzim dengan glutaraldehid dapat stabil hingga enam bulan 4). Menurut Chibata 5), glutaraldehid dapat membentuk ikatan yang menghubungkan enzim GOD dengan selulosa asetat sebagai bahan pendukung (Gambar 1). Di samping itu glutaraldehid dapat membentuk ikatan silang, yang menghubungkan enzim yang satu dengan enzim lainnya. Dengan molekul glutaraldehid lain, akan terbentuk rantai yang panjang, dan seterusnya (Gambar 2). 2 molekul glutaraldehid aldol I Gambar 1. Ikatan antara enzim GOD dengan selulosa asetat. I glutaraldehid II Gambar 2. Reaksi pembentukan polimer rantai panjang antar molekul glutaraldehid. Gugus aldehid dengan rantai panjang ini, kemudian berikatan secara kimia dengan gugus amino dari protein enzim 6). Ikatan tersebut dapat dilihat pada reaksi reaksi Gambar 3: II Enzim (a) (b) Gambar 3. Ikatan kimia gugus aldehin rantai panjang dengan gugus amino protein FMIPA Universitas Lampung

3 J. Sains MIPA, Edisi Khusus Tahun 2007, Vol. 13, No. 2 Metode ini merupakan pengembangan metode amobilisasi yang dilakukan secara fisika. Gugus amino dari protein enzim GOD akan berikatan secara kovalen dengan glutaraldehid 7). 2. METODE PENELITIAN Di samping peralatan gelas yang biasa digunakan di Laboratorium ilmu dasar, digunakan juga alat ukur, seperti pengaduk magnet (tipe Nuova II), ph meter/ potensiometer tipe 692. Bahan (zat kimia) yang digunakan dalam penelitian ini, memiliki kualitas pro analisis. Bahan (zat kimia) tersebut adalah: selulosa asetat, glutaraldehid, enzim GOD, glukosa. Kawat platina diperoleh dari U.D. Alpha Bandung. Elektroda kerja kawat platina dibuat dengan cara memasukkan kawat platina berdiameter 0,04 mm ke dalam kabel koaksial, dengan panjang 12 cm 8). Sebelum di masukkan ke dalam kabel koaksial, kawat platina dibersihkan dahulu dengan alkohol, lalu dibilas dengan aquades, dan akhirnya dikeringkan. Salah satu ujungnya dihubungkan dengan penghubung arus lalu disolder, sedangkan bagian ujung lainnya dibiarkan terbuka. Bagian yang terbuka diukur panjangnya (1 cm). Kelayakan elektroda dipelajari berdasarkan pengamatan harga potensial elektroda relatif terhadap elektroda pembanding Ag AgCl dalam sistem larutan analit. Kelayakan tersebut adalah: sensitivitas, dan waktu hidup elektroda. Larutan analit yang digunakan adalah larutan glukosa pada konsentrasi 10-6 M sampai dengan 10-1 M. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Sistem pengukuran potensial elektroda platina bertujuan untuk mengungkapkan respon potensial elektroda tersebut dalam larutan analit, yaitu larutan glukosa. Untuk mempercepat respon dan menjaga kestabilan elektroda, bagian aktif elektroda direndam dalam akuades. Hasil pembuatan elektroda platina berlepis enzim GOD amobil, terdapat pada Gambar 4. Kelayakan elektroda kerja kawat platina berlapis enzim GOD amobil dilihat dari harga sensitivitas elektroda. Besar nilai sensitivitas elektroda dalam larutan glukosa diasumsikan sebesar 29,47 mv perdekade, pada suhu 24 o C ± 1 o C. Nilai sensitivitas elektroda menunjukkan keberlakuan elektroda terhadap persamaan Nernst. (lazim disebut faktor Nernst, yaitu 2,303 RT/nF). Bila elektroda kawat platina berlapis enzim GOD amobil ini dicelupkan dalam larutan glukosa, maka besarnya sensitivitas elektroda yang selektif terhadap larutan tersebut sebesar 29,47 mv perdekade. Hal ini disebabkan karena oksidasi larutan glukosa melibatkan dua elektron. Kabel Koaksial Kawat platina berlapis enzim GOD amobil Gambar 4. Profil elektroda kawat platina berlapis enzim GOD amobil 2007 FMIPA Universitas Lampung 169

4 Ratu Betta Rudibyani Pengaruh Amobilisasi Enzim Glukosa Oksidase (GOD) Untuk memperjelas pengaruh komposisi elektroda kawat platina, maka dipelajari respon potensial elektroda mulai dari kawat platina, E-1, respon potensial elektroda kawat platina berlapis membran selulosa asetat dan enzim GOD, E-2 dan respon elektroda kawat platina berlapis membran selulosa asetat + glutaraldehid dan enzim GOD, E-3. Hasil pengukuran potensial E-1, E-2 dan E-3 dalam larutan glukosa relatif terhadap elektroda Ag AgCl, terdapat pada Tabel 1. Tabel 1. Respon potensial E-1, E-2 dan E-3 dalam larutan glukosa, relatif terhadap elektroda Ag AgCl Konsentrasi glukosa (M) Respon Potensial E-1, mv Respon Potensial E-2, mv Respon Potensial E-3, mv ,00 268,30 376,90 388,50 390,00 411,00 355,80 376,80 380,60 399,50 423,34 450,60 378,60 398,00 422,90 445,00 468,00 488,00 Tabel 1 di atas memperlihatkan bahwa masing-masing elektroda memperlihatkan karakter yang berbeda. Dalam hal ini komposisi elektroda yang berbeda menghasilkan potensial elektroda yang berbeda, walaupun berada dalam larutan analit yang sama. Pengaruh komposisi elektroda menimbulkan pergeseran (drift) pada potensial elektroda. Gambar 5,6 dan 7 berikut memperlihatkan dengan jelas respon potensial dari E-1 dalam larutan glukosa E, mv y = x R 2 = E-1 Linear (E-1) log [glukosa] Gambar 5. Kurva respon potensial E-1 dalam larutan glukosa FMIPA Universitas Lampung

5 J. Sains MIPA, Edisi Khusus Tahun 2007, Vol. 13, No E, mv y = x R 2 = E-2 Linear (E-2) log [glukosa] Gambar 6. Kurva potensial E-2 dalam larutan glukosa E, mv E-3 Linear (E-3) 310 y = 29.26x R 2 = log [glukosa] Gambar 7. Kurva potensial E-3 dalam larutan glukosa. Kurva tersebut memperjelas bahwa adanya larutan glukosa yang encer (konsentrasi rendah), akan menghasilkan sensitivitas yang lebih rendah. Dalam larutan, glukosa akan teroksidasi, menghasilkan glukono- - lakton dengan potensial sel paruh sebesar 0,47 V. Adanya oksigen terlarut, oksigen dapat tereduksi menghasilkan hidrogen peroksida dengan potensial sel paruh sebesar 0,689 V 9). Reaksinya seperti tampak pada Persamaan 2-4.: C 6 H 12 O 6 (aq) C 6 H 10 O 6 (aq) + 2H + (aq) + 2e 0,47 V (2) 2H + (aq) + 2e + O 2 (g) H 2 O 2 (aq) 0,689 V (3) C 6 H 12 O 6 (aq) + O 2 (g) H 2 O 2 (aq) + C 6 H 10 O 6 (aq) + 1,159 V (4) Reaksi tersebut menghasilkan potensial sel bernilai positif. Artinya, reaksi oksidasi glukosa berlangsung spontan. Secara umum jelas bahwa respon potensial ketiga elektroda dipengaruhi oleh komposisi dan konsentrasi larutan glukosa. Makin tinggi konsentrasi glukosa makin besar potensial elektroda yang terukur. Gambar 5, 6 dan FMIPA Universitas Lampung 171

6 Ratu Betta Rudibyani Pengaruh Amobilisasi Enzim Glukosa Oksidase (GOD) memperlihatkan bahwa ketiga elektroda tersebut memiliki sensitivitas yang cukup baik (mendekati nilai ideal yaitu 29,47 mv perdekade pada suhu ). Namun, untuk elektroda platina, E-1 sensitivitas yang dihasilkan masih jauh dari nilai ideal, yaitu 21,531 mv perdekade, pada suhu 24 o C ± 1 o C. Hal ini menunjukkan bahwa elektroda kawat platina yang belum dilapisi belum layak untuk mengukur kadar glukosa dalam suatu sampel. Hasil pengukuran sensitivitas E-2 menghasilkan sensitivitas mendekati nilai ideal, yaitu 26,643 mv perdekade. Hal ini memperlihatkan bahwa elektroda platina yang dilapisi membran selulosa asetat yang mengandung enzim GOD (tanpa glutaraldehid) layak digunakan untuk mengukur kadar glukosa dalam suatu sampel. Walaupun belum mencapai nilai ideal E-2 sudah dapat dikatakan layak digunakan untuk mengukur kadar glukosa sampel. Sangat berbeda dengan E-3 yang menghasilkan nilai sensitivitas ideal, yaitu 29,26 mv perdekade. Hal ini menunjukkan bahwa adanya glutaraldehid membuat elektroda layak digunakan untuk mengukur kadar glukosa dalam sampel. Hasil pengukuran potensial elektroda juga menentukan usia elektroda. Dari ketiga elektroda yang dibuat, memperlihatkan bahwa usia E-3 lebih lama dibandingkan E-2 dan E KESIMPULAN DAN SARAN Beberapa hal yang dapat disimpulkan dari penelitian ini adalah : amobilisasi elektroda enzim GOD berpengaruh terhadap sensitivitas elektroda; amobilisasi enzim GOD dalam membran selulosa asetat dengan glutaraldehid lebih layak digunakan untuk mengukur kadar glukosa dalam sampel dibandingkan tanpa glutaraldehid; elektroda platina yang dibuat dari kawat platina tanpa enzim GOD tidak layak digunakan untuk menentukan kadar glukosa sampel; dan usia elektroda dipengaruhi oleh komposisi elektroda. DAFTAR PUSTAKA 1. Petrolekas P.D. and Lan S. Metcalfe, Potentiometric Sensor for Monitoring the State of Oxide Catalysts. J. Electrochem. Soc. 142: Yoshida, K., Electrooxidation in organic chemistry, Krieger Publishing Company, Malabar, Florida, Godjevargova. T., A., Dimov and N. Vasiliva., Immobilization of glucose oxidase using scrylonitrile copolymer membranes. J. Membrane Science, 88,: Hall, C.E. and E.A.H. Hall, Covalent immobilization of glucose oxidase on methacrylate copolymers for use in an amperometric glucose sensor, Anal. Chim. Acta, 281: Chibata, I., 1978, Immobilized enzymes, Kondansha LTD, John Willey and Sons Pub., New Kondansha LTD, John Willey and Sons Pub., New York, Loudon, G.M., Organic Chemistry. Third edition, The Benjamin/ Cummings Publishing Company, Inc., Tokyo, , Pertiwi D., Analisa T4 secara radioimmunoassay dengan menggunakan antibody amobil (Skripsi), Jurusan Kimia, ITB. 8. Atikah, 1994, Pembuatan dan Karakterisasi Elektrode Selektif Nitrat Tipe Kawat Terlapis, Thesis, Jurusan Kimia, ITB. 9. Philiph R., Electrochemistry. Second Edition, Champman & Hall, Inc., Pub., London, FMIPA Universitas Lampung