The Baxters

satu untuk semua semua untuk satu: Passing Grade Universitas Syiah Kuala (UNSYIAH) A...

satu untuk semua semua untuk satu: Passing Grade Universitas Syiah Kuala (UNSYIAH) A...: Kategori IPA 111011 Pendidikan Dokter Hewan - UNSYIAH 20.3% 111025 Teknik Sipil 23.2% 111033 Teknik Mesin...

METABOLISME ASAM NUKLEAT

METABOLISME ASAM NUKLEAT

Makalah

disusun untuk memenuhi tugas 

mata kuliah Biokimia II

oleh:

MUSTAQIM

1105105010012

 

PROGRAM STUDI TEKNOLOGI HASIL PERTANIAN

FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SYIAH KUALA

DARUSSALAM, BANDA ACEH

2013

I. PENDAHULUAN

Metabolisme adalah semua reaksi kimia yang terjadi di dalam organisme, termasuk yang terjadi di tingkat selular. Secara umum, metabolisme memiliki dua arah lintasan reaksi kimia organik, yaitu anabolisme dan katabolisme. Katabolisme itu sendiri yaitu reaksi yang mengurai molekul senyawa organik untuk mendapatkan energi. Adapun anabolisme merupakan reaksi yang merangkai senyawa organik dari molekul-molekul tertentu, untuk diserap oleh sel tubuh.

Berawal tahun 1868 Friedrich Miescher (1844-1895) adalah orang yang mengawali pengetahuan mengenai kimia dan inti sel. Pada tahun 1868, dilaboratorium Hoppe-Syler di  Tubingen, beliau memilih sel yang terdapat pada nanah bekas pembalut luka, kemudian sel-sel tersebut dilarutkan dalam asam encer dan dengan cara ini diperoleh inti sel yang masih  terikat pada sejumlah protein. Dengan menambahkan enzim pemecah protein ia dapat memperoleh inti sel saja dan dengan cara ekstraksi terhadap inti sel diperoleh suatu zat yang  larut dalam basa tetapi tidak larut dalam asam. Kemudian zat ini dinamakan ”nuclein”  sekarang dikenal dengan nama nucleoprotein. Selanjutnya dibuktikan bahwa asam nukleat  merupakan salah satu senyawa pembentuk sel dan jaringan normal.  

Asam nukleat adalah biopolymer yang berbobot molekul tinggi dengan unit  monomernya mononukleotida. Asam nukleat terdapat dalam semua sel dan memiliki peranan yang sangat penting  dalam biosintesis protein. Bila nukleotida mengandung ribose, maka asam nukleat yang terjadi adalah RNA (Ribnucleic acid = asam ribonukleat)  yang berguna dalam sintesis protein. Bila nukleotida mengandung deoksiribosa, maka asam nukleat yang terjadi adalah DNA (Deoxyribonucleic acid = asam deoksiribonukleat) yang merupakan bahan utama pementukan inti sel. Dalam asam nukleat terdapat 4 basa nitrogen yang berbeda  yaitu 2 purin dan 2 primidin. Baik dalm RNA maupun DNA purin selalu adenine dan guanine. Dalam RNA primidin selalu sitosin dan urasil,  dalam DNA primidin selalu sitosin dan timin. 

Baik DNA maupun RNA berupa anion dan pada umumnya terikatpada protein yang mempunyai sifat basa, misalnya DNA dalam inti sel terikat pada histon.  Senyawa gabungan antara asam nukleat dengan protein ini disebut nukleoprotein. Molekul asam nukleat merupakan suatu polimer seperti protein,  tetapi yang menjadi monomer bukan asam amino, melainkan nukleotida. 

Asam nukleat tersusun atas monomer-monomer berupa nukeotida, yang masing-masing terdiri atas sebuah gugus fosfat, sebuah gula pentosa, dan sebuah basa N. dengan demikian, setiap nukeotida pada asam nukleat dapat dilihat sebagai nukleosida monofosfat. Namun, pengertian nukleotida secara umum sebenarnya adalah nukleosida dengan sebuah atau ebih gugus fosfat. Sebagai contoh, molekul ATP (adenosine trifosfat) adalah nukleotida yang merupakan nukleosida dengan tiga gugus fosfat. 

Jika gula pentosanya adalah ribose seperti halnya pada RNA, maka nukleosidanya dapat berupa adenosine, guanosin, sitidin, dan uridin. Begitu pula, nukleotidanya akan ada empat macam, yaitu adenosine monofosfat, guanosin monofosfat, sitidin monofosfat, dan uridin monofosfat. Sementara itu, jika gula pentosanya adalah deoksiribosa seperti halnya DNA, maka nukleosidanya terdiri atas deoksiguanosin, deoksisitidin, dan deoksitimin.

 

II. PEMBAHASAN

2.1   Asam Nukleat 

Asam nukleat merupakan molekul raksasa yang memiliki fungsi khusus yaitu, menyimpan informasi genetik dan menerunkannya kepada keturunanya. Susunan asam nukleat yang menentukan apakah mahluk itu  menjadi hewan, tumbuhan, maupun manusia. Begitu pula susunan dalam sel, apakah sel itu menjadi sel otot maupun sel darah. Beberapa fungsi penting asam nukleat adalah menyimpan, menstransmisi, danmentranslasi informasi genetik; metabolisme  antara(intermediary  metabolism) dan reaksi-reaksi informasi energi; koenzim pembawa energi;  koenzim  pemindah asam asetat, zat gula,  senyawa amino dan biomolekul lainnya;  koenzim reaksi oksidasi reduksi.  

Asam nukleat dalam sel ada dua jenis yaitu DNA (deoxyribonucleic acid) atau asam deoksiribonukleat dan RNA (ribonucleic acid ) atau asam ribonukleat. Baik DNA maupun RNA berupa anion dan pada umumnya terikat oleh protein dan bersifat basa. Misalnya DNA dalam inti sel terikat pada histon. Senyawa gabungan antara protein danasam nukleat disebut nucleoprotein. Molekul asam nukleat merupakan polimer sepertiprotein  tetapi unit penyusunnya adalah nukleotida. Salah satu contoh nukleutida asam nukleat bebas adalah ATP yang berfungsi sebagai pembawa energy. 

2.1.1 DNA

DNA (deoxyribose nucleic acid) merupakan komponen penyusun kehidupan. Zat inilah yang membuat lebah adalah seekor lebah dan kanguru adalah kanguru. DNA adalah apa yang membuat tiap-tiap individual (apapun jenis dan spesiesnya) unik.

DNA terdapat pada semua organisme hidup dari mulai bakteri terkecil sampai ikan paus  raksasa. Molekul ini tidak hanya menentukan sifat fisik, seperti warna rambut dan warna mata, tapi juga kemungkinan penyakit yang dimiliki. DNA adalah material pembawa sifat yang dapat ditemukan pada sel. Ia menyediakan instruksi untuk membuat, menjaga, dan mengatur kerja sel dan organisme.

Asam ini adalah polimer yang terdiri atas molekul-molekul deoksiribonukleotida yang terikat satu sama lain sehingga membentuk rantai polinukleotida yang panjang. Molekul DNA yang panjang ini terbentuk oleh ikatan antara atom C nomor 3 dengan atom C nomor 5 pada molekul deoksiribosa dengan perantaraan gugus fosfat. Secara kimia DNA mengandung karakteristik/sifat sebagai berikut: 

1. Memiliki gugus gula deoksiribosa. 

2. Basa nitrogennya guanin (G), sitosin (C), timin (T) dan adenin (A). 

3. Memiliki rantai heliks ganda anti paralel 

4. Kandungan basa nitrogen antara kedua  rantai sama banyak dan berpasangan 

 

Pada tahun 1953, berdasarkan hasil penelitian dari Rosalind Franklin, James Watson and Francis Crick,  DNA diketahui berbentuk double helix. Terdiri dari dua pita yang berpilin menjadi satu. Double helix terdiri dari dua rantai, satu berwarna biru, dan satunya kuning. Contoh helix misalnya pada rajutan tali, seperti pada gambar sebelah kanan.

 

Gambar 1. Contoh Double helix

Interaksi ikatan hidrogen antara masing-masing basa nitrogen menyebabkan bentuk dari dua rantai DNA menjadi sedemikian rupa, bentuk ini disebut double helix. Interaksi spesifik ini terjadi antara basa A dengan T, dan C dengan G. Sehingga jika double helix dibayang kan sebagai sebuah tangga spiral, maka ikatan basa-basa ini sebagai anak tangga-nya. Lebar dari ‘anak tangga’ adalah sama, karena pasangan basa selalu terdiri dari satu primidin dan satu purin.

 

2.1.2 RNA

Asam ribonukleat adalah salah satu polimer yang terdiri atas molekul-molekul ribonukleotida. Seperti DNA, asam ribonukleat ini terbentuk oleh adanya ikatan antara atom C nomer 3 dengan atom C nomer 5 pada molekul ribosa dengan perantaraan gugus fosfat. Dibawah ini adalah gambar struktur sebagian dari molekul RNA :

Meskipun banyak persamaannya dengan DNA , RNA mempunyai beberapa perbedaan dengan DNA yaitu :  

1. Bagian pentosa RNA adalah ribosa, sedangkan bagian pentosa DNA adalah deoksiribosa. 

2.  Bentuk molekul DNA adalah heliks ganda. Bentuk molekul RNA bukan heliks 

ganda, tetapi berupa rantai tunggal yang terlipat sehingga menyerupai rantai ganda.  

3.  RNA mengandung basa Adenin, Guanin dan Sitosin seperti DNA , tetapi tidak 

mengandung Timin. Sebagai gantinya, RNA mengandung Urasil. Dengan demikian bagian basa pirimidin  RNA berbeda dengan bagian basa pirimidin DNA. 

4. Jumlah Guanin adalah molekul RNA tidak perlu sama dengan Sitosin, demikian pula jumlah adenin tidak harus sama dengan Urasil. 

Ada 3 macam RNA, yaitu tRNA (transfer RNA), mRNA (messenger RNA) dan rRNA (ribosomal RNA). Ketiga macam RNA ini mempunyai fungsi yang berbeda-beda, tetapi ketiganya secara bersama-sama mempunyai peranan penting dalam sintesis protein. 

2.2 Sintesis RNA dan DNA 

Asam nukleat tersusun atas monomer-monomer berupa nukeotida, yang masing-masing terdiri atas sebuah gugus fosfat, sebuah gula pentosa, dan sebuah basa N. dengan demikian, setiap nukeotida pada asam nukleat dapat dilihat sebagai nukleosida monofosfat. Namun, pengertian nukleotida secara umum sebenarnya adalah nukleosida dengan sebuah atau ebih gugus fosfat. Sebagai contoh, molekul ATP (adenosine trifosfat) adalah nukleotida yang merupakan nukleosida dengan tiga gugus fosfat. 

Nukleosida terdiri atas nukleosida purin dan nukleosida purimidin. Nukleosida purin merupakan kelompok nukleosida yang mengandung basa purin, sedangkan nukleosida pirimidin merupakan kelompok nukleosida yang mengandung basa piimidin. Jika gula pentosanya adalah ribose seperti halnya pada RNA, maka nukleosidanya dapat berupa adenosine, guanosin, sitidin, dan uridin. Begitu pula, nukleotidanya akan ada empat macam, yaitu adenosine monofosfat, guanosin monofosfat, sitidin monofosfat, dan uridin monofosfat. Sementara itu, jika gula pentosanya adalah deoksiribosa seperti halnya DNA, maka nukleosidanya terdiri atas deoksiguanosin, deoksisitidin, dan deoksitimin.

2.2.1 Sintesis Nukleotida Purin

Nukleosida purin terdiri atasatas AMP (Adenosin Monofosfat) dan GMP (Guanosin Monofosfat). AMP adalah ester dari asam fosfat dan nukleosida yang disebut adenosin. AMP terdiri dari gugus fosfat, gula ribose dan adenin nucleobase.Adapun GMP adalah ester dari asam fosfat dengan nukleosida guanosin. GMP terdiri dari gugus fosfat, yaitu gula pentose ribosa dan guanin nucleobase, karena itulah disebut monofosfat ribonucleosida.AMP dan ADP disintesis dari IMP (Inosin Monofosfat).

a. Pembentukan IMP

Inosin monofosfat disintesis melalui jalur de Novo dengan menggunakan ribose-5-fosfat dan enzim PRPP-sintetase menghasilkan  phosphoribose-1- pyrophosphate (PRPP).

 

 

IMP

b. Konversi IMP menjadi AMP dan GMP

IMP dikonversi menjadi baik AMP atau GMP oleh jalur berbeda. IMP dikonversikan menjadi AMP dengan mereaksikan IMP dengan asam amino aspartat dan fumarat. Adapun IMP dikonvesikan menjadi GMP dengan menggunakan asam amino glutamine dan glutamate.

- Pembentuan AMP dari IMP

 

- Pembentuan GMP dari IMP

 

2.2.2 Sintesis Nukleotida Pirimidin

Nukleotida pirimidin terdiri atas UMP (Uridin Monofosfat), CTP (Sitidin Monofosfat), dan TMP (Timidin Monofosfat). Sintesis nukleotida pirimidin dimulai dari pembentuan carbamoyl phosphate dan glutamate dari glutamine. Selanjutnya carbamoyl phosphate ini yang akan diubah menjadi UMP, CTP, dan TMP. Carbamoyl phosphate bereaksi dengan aspartat membentuk senyawa Orotate. Senyawa orotate sellanjutnya bergabung dengan PPRP menghasilkan Oritidin Monofosfat dan reaksi lebih lanjut akan menghasilkan Uridin Monofosfat (UMP). Untuk menghasilkan CTP, UMP diubah terlebih dahulu menjadi UTP dan kemudian diraksikan dengan glutamine hingga menghasilkan CTP dan glutamate.

Adapun pembentukan TMP dilakukan oleh enzim timidilate sintetase sehingga UMP terkonversi menjadi TMP. Berikut adalah reaksi-reaksinya.

- Reaksi pembentukan carbamoyl phosphate

 

- Reaksi pembentukan senyawa Orotate

 

- Reaksi pembentukan UMP

 

- Reaksi pembentukan CTP

UMP + ATP  <-->  UDP + ADP               UDP + ATP  <-->  UTP + ADP

(nucleoside monophosphate kinase)                    (nucleoside diphosphate kinase)

 

- Reaksi pembentukan TMP

 

Nukleotida-nuleotida yang terbentuk  inikemudian akan disintesis menjadi DNA atau RNA. Dalam RNA primidin selalu sitosin dan urasil, dalam DNA primidin selalu sitosin dan timin. 

Selanjutnya DNA dan RNA yang terbentuk akan mengalami elongasi (pemanjangan/polimerisasi) dan berhenti pada tahap terminasi.

2.3 Katabolisme Asam Nuleat

Katabolisme adalah reaksi penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana dengan bantuan enzim. Tahapan katabolisme asam nukleat yaitu berturut-turut menjadi nukleotida, nuleosida, purin, pirimidin, dan asam urat.

2.3.1 Katabolisme Asam  Nukleat Menjadi Nukleotida

Asam-asam nukleat terdapat pada jaringan tubuh sebagai nukleoprotein.Nukleoprotein dalam pencernaaan akan dipecah jadi molekul yang lebih kecil yaitu asam nukleat dan  protein. Asam nukleat dan protein selanjutnya terpisah ke jalur metabolism masing-masing. Asam nukleat yang tersusun atas monomer-monomer berupa nukleotida dipecah sehingga menghasilkan nukleotida.

 

2.3.3 Katabolisme Nukleotida Menjadi Nukleosida

Nukleosida merupakan sebutan dari nukleotida tanpa gugus fosfat. Dengan demikian, nukleosida tersusun dari gula  ribosa/deoksiribosa dan basa nitrogen. Tahapan penguraian nukleotida menjadi nukleosida adalah sebagai berikut.

 Di dalam usus halus terjadi pemutusan ikatan fosfodiester oleh endonuklease (pankreas)  menghasilkanoligonukleotida.

 Oligonukleotida dipecah lebih lanjut oleh fosfodiesterase menghasilkan monofosfat.

 Kemudian dipecah lebih lanjut oleh nukleotidase menghasilkan nukleosida and orthophosphate.Nukleosida yang terbentuk adalah Sitidin, Uridin, Adenosin, dan Guanosin

 

2.3.4 Katabolisme Purin Menjadi Asam Urat

Nukleosida purin yang dihasilkan dari degradasi nukleotida akan terdegradasi lebih lanjut menghasilkan asam urat yang  selanjutnya diekskresikan dalam urin. Proses pembentukan asam urat dapat melalui dua jalur. Pertama, Tahap penguraian nukleosida purin menjadi asam urat dimulai dari proses deaminasi adenosine menjadi inosin, kemudian membelah membentuk hipoxantin. Hipoxantin dioksidasi menjadi xantin dan selanjutnya xantin diubah menjadi asam urat. Kedua, tahap yang dimulai dari guanosin. Guanosin diubah menjadi guanine yang selanjutnya dideaminasi menghasilkan xantin. Langkah selanjutnya, xantin dioksidasi menjadi asam urat. Berikut adalah reaksi penguraian nukleosida menjadi asam urat.

 

2.3.5 Katabolisme Pirimidin

Pada katabolisme pirimidin terjadi reaksi-reaksi sebagai berikut.

1. Konversi sitidin menjadi uridin oleh enzim sitidin deaminase

 

2. Fosforilasi deoksitimidin menjadi timin dan deoksiribosa-1-fosfat

 

III. KESIMPULAN

Adapun kesimpulan dari makalah ini adalah sebagai berikut.

1. Asam nukleat tersusun atas monomer-monomer berupa nukleotida, yang masing-masing terdiri atas sebuah gugus fosfat, sebuah gula pentosa, dan sebuah basa N.

2. Nukleotida Purin terdiri atas AMP (Adenosin Monofosfat) dan GMP (Guanosin Monofosfat).

3. Nukleotida Pirimidin terdiri atas UMP (Uridin Monofosfat), CTP (Cytosin Triphospat), dan TMP (Tymidine Monofosfat).

4. Tahapan sintesis Asam Nukleat berturut-turut dimulai dari nukleosida, nukleotida, dan kemudian asam nukleat DNA atau RNA.

5. Tahapan degradasi asam nukleat dalam tubuh berturut-turut menghasilkan nukleotida, nukleosida, basa purin dan pirimidin, serta asam urat.

DAFTAR PUSTAKA

Freeman, W.H. 2000. Nucleic Acid Synthesis. National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine.

King, M.1996. Nucleic Acid Metabolism.http://themedicalbiochemistrypage.org. info @ themedicalbiochemistrypage.org.

Lyons, R. 2008. Nucleotide Metabolism. http://seqcore.brcf.med.umich.edu. December 12-17, 2008.

Rahmadestiassani, A. 2010.  Transkripsi, Translasi Dan ReplikasiUniversitas Nasional, Jakarta

Proses Pengolahan Teh Hitam

 

Teh hitam diolah melalui fermentasi, dan dibagi dua, yaitu teh orthodox dan teh CTC (Cutting, Tearing, dan Curling). Teh orthodox adalah teh yang diolah melelui proses pelayuan sekitar 16 jam, penggulungan, fermentasi, pengeringan, sortasi, hingga terbentuk the jadi. Teh CTC (Cutting, Tearing, dan Curling) yakni teh yang diolah melalui perajangan, penyobekan, dan penggulungan daun basah menjadi bubuk kemudian dilanjutkan dengan fermentasi, pengeringan, sortasi, hingga terbentuk teh jadi.

Pada awalnya, di Indonesia hanya memproduksi teh hitam orthodox. Sejalan dengan pergeseran selera konsumen yang mengarah pada teh celup yang komponen terbesarnya merupakan teh CTC (Crushing Tearing and Curling), teh hitam orthodox kini jarang dipakai. Kini banyak industri teh yang mengolah teh dengan sistem CTC (Crushing, Tearing, dan Curling). Sistem CTC ini relatif baru di Indonesia.

Berikut ini merupakan tahap-tahap dan penjelasan pengolahan the dengan menggunakan sistem orthodox :

1. Proses Pelayuan, yaitu menggunakan kotak untuk melayukan daun (Whithering trought), merupakan kotak yang diberikan kipas untuk menghembuskan angin ke dalam kotak. Proses ini mengurangi kadar air dalam daun teh sampai 70%. Pembalikan pucuk 2 - 3 kali untuk meratakan proses pelayuan.

2. Proses Penggilingan, yaitu bertujuan untuk memecah sel-sel daun, agar proses fermentasi dapat berlangsung secara merata.

3. Proses Oksidasi. Setelah proses penggilingan selesai daun teh di tempatkan di meja dan enzim didalam daun teh akan memuali oksidasi karena bersentuhan dengan udara luar. Ini akan menciptakan rasa dan warna teh. Proses ini berlangsung sekitar 0,5 sampai 2 jam.

4. Proses Pengeringan, yaitu menggunakan ECP drier (Endless Chain Pressure drier) & Fluid bed drier. Kadar air produk yang dihasilkan 3-5 % .

Berikut ini merupakan tahap-tahap dan pengolahan teh menggunakan sistem CTC (Crushing Tearing and Curling) (Sumber : Majalah Gema Industri Kecil, Edisi 14) :

1. Penyiapan bahan baku, yaitu bahan baku yang berupa pucuk halus dari hasil pemetikan medium murni, karena pucuk yang halus sangat membantu kelancaran proses penggilingan. Pucuk teh halus ini minimal harus 60% dan utuh.

2. Pelayuan. Cara pelayuan pucuk untuk pengolahan teh CTC ini bisa mencapai 32%-35% derajat layu, dan kadar air 65%- 68%. Proses pelayuan membutuhkan waktu 4-6 jam dan masih memerlukan pelayuan bahan kimia, sehingga pelayuan diperpanjang menjadi 12-16 jam.

3. Pengayakan pucuk layu. Pengayakan ini sangat berguna dalam pengolahan, yaitu untuk memisahkan pucuk dari berbagai kotoran, seperti pasir krikil dan benda lainnya yang dapat menyebabkan tumpulnya pisau/gigi pada gilingan CTC.

4. Penggilingan. Mesin giling CTC mampu menghancurkan daun dengan sempurna, sehingga seluruh sel daunnya pecah, dengan demikian menghasilkan oksidasi enzimatis (fermentasi) senyawa-senyawa polifenol lebih banyak. Penghancuran daun yang merta ini, akan menunjang terjadinya berbagai proses biokimia, antara lain adalah proses oksidasi enzimatis polifenol, perombakan pektin oleh enzim dan perombakan klorofil oleh enzim.

5. Fermentasi. Fermentasi bubuk basah memerlukan suhu udara rendah 25ºC dan kelembaban tinggi 90%-100%. Fermentasi pada pengolahan CTC ini dapat memakai fermenting trays, dibeber dilantai atau continous fermenting mechine (CFM). Waktu fermentasi antara 80-85 menit. Hasil fermentasi teh CTC lebih merata, karena bubuk basah lebih kecil dan rata.

6. Pengeringan. Pengeringannya dilakukan sampai kadar air pada bahan mencapai 3-5%.

7. Sortasi. Sortasi teh kering pada pengolahan CTC lebih sederhana dibandingkan dengan teh hitam orthodox. Keringan teh CTC ukurannya hampir seragam dan serta-serat yang tercampur dengan keringan hanya sedikit. Di samping memisahkan serat dan tangkai, sor tasi kering juga dapat memisahkan partikel-partikel teh yang ukurannya seragam.

Karakteristik Pengolahan Teh Hitam Orthodox dan The Hitam CTC

Sumber : Achmad Imron (2001)

Akibat perbedaan cara pengolahan, maka teh Orthodox dan CTC memiliki perbedaan-perbedaan, baik dari bentuk maupun cita rasanya. Dapat dilihat pada table dibawah ini.

Sumber: Achmad Imron (2001)

Referensi:

-Achmad Imron Rosyadi. 2001. Efisiensi Penggunaan Sumber Daya Untuk Memproduksi Teh Hitam Berkelanjutan. Bandung: Disertasi, Universitas Padjajaran.

-Wagu. 2001. Teh Produk Hilir Lebih Prospektif. Majalah Gema Industri Kecil, Edisi 14 Juni 2006.

PENDAHULUAN

I.1.    Sejarah Proses

Cuka telah dikenal manusia sejak dahulu kala. Dahulu kala cuka dihasilkan oleh berbagai bakteri penghasil asam asetat, dan asam asetat merupakan hasil samping dari pembuatan bir atau anggur.

Penggunaan asam asetat sebagai pereaksi kimia juga sudah dimulai sejak lama. Pada abad ke-3 Sebelum Masehi, Filsuf Yunani kuno Theophrastos menjelaskan bahwa cuka bereaksi dengan logam-logam membentuk berbagai zat warna, misalnya timbal putih (timbal karbonat), dan verdigris , yaitu suatu zat hijau campuran dari garam-garam tembaga dan mengandung tembaga (II) asetat. Bangsa Romawi menghasilkan sapa , sebuah sirup yang amat manis, dengan mendidihkan anggur yang sudah asam. Sapa mengandung timbal asetat, suatu zat manis yang disebut juga gula timbal dan gula Saturnus. Akhirnya hal ini berlanjut kepada peracunan dengan timbal yang dilakukan oleh para pejabat Romawi.

Pada abad ke-8, ilmuwan Persia Jabir Ibnu Hayyan menghasilkan asam asetat pekat dari cuka melalui distilasi. Pada masa renaisans, asam asetat glasial dihasilkan dari distilasi kering logam asetat. Pada abad ke-16 ahli alkimia Jerman Andreas Libavius menjelaskan prosedur tersebut, dan membandingkan asam asetat glasial yang dihasilkan terhadap cuka. Ternyata asam asetat glasial memiliki banyak perbedaan sifat dengan larutan asam asetat dalam air, sehingga banyak ahli kimia yang mempercayai bahwa keduanya sebenarnya adalah dua zat yang berbeda. Ahli kimia Prancis Pierre Adet akhirnya membuktikan bahwa kedua zat ini sebenarnya sama.

Pada 1847 kimiawan Jerman Hermann Kolbe mensintesis asam asetat dari zat anorganik untuk pertama kalinya. Reaksi kimia yang dilakukan adalah klorinasi karbon disulfida menjadi karbon tetraklorida, diikuti dengan pirolisis menjadi tetrakloroetilena dan klorinasi dalam air menjadi asam trikloroasetat, dan akhirnya reduksi melalui elektrolisis menjadi asam asetat.

Sejak 1910 kebanyakan asam asetat dihasilkan dari cairan piroligneous yang diperoleh dari distilasi kayu. Cairan ini direaksikan dengan kalsium hidroksida menghasilkan kalsium asetat yang kemudian diasamkan dengan asam sulfat menghasilkan asam asetat.

            Sekarang ini, asam asetat diproduksi baik secara sintetis maupun secara fermentasi bakteri. Produksi asam asetat melalui fermentasi hanya mencapai sekitar 10% dari produksi dunia utamanya produksi cuka makanan. Aturan  menetapkan bahwa cuka yang digunakan dalam makanan harus berasal dari proses biologis karena lebih aman bagi kesehatan.

Pembuatan asam asetat sintesis dalam skala industri lebih sering menggunakan metode karbonilasi methanol. Ada dua macam proses pembuatan asam asetat dalam pabrik yakni proses monsanto dan proses cativa. Proses monsanto menggunakan katalis kompleks Rhodium (cis−[Rh(CO)₂I₂]⁻), sedangkan proses cativa menggunakan katalis iridium ([Ir(CO)₂I₂]⁻) yang didukung oleh ruthenium.

I.2.    Spesifikasi Bahan Baku

I.2.1. Methanol

Metanol, juga dikenal sebagai metil alkohol, wood alcohol atau spiritus, adalah senyawa kimia dengan rumus kimia CH₃OH. Ia merupakan bentuk alkohol paling sederhana. Pada "keadaan atmosfer" ia berbentuk cairan yang ringan, mudah menguap, tidak berwarna, mudah terbakar, dan beracun dengan bau yang khas (berbau lebih ringan daripada etanol). Metanol digunakan sebagai bahan baku pembuatan asam asetat dengan metode karbonilasi methanol.

Metanol diproduksi secara alami oleh metabolisme anaerobik oleh bakteri. Hasil proses tersebut adalah uap metanol (dalam jumlah kecil) di udara. Setelah beberapa hari, uap metanol tersebut akan teroksidasi oleh oksigen dengan bantuan sinar matahari menjadi karbon dioksida dan air.

Methanol
Nama IUPAC Methanol
Nama lain hydroxymethane methyl alcohol methyl hydrate wood alcohol carbinol
Sifat
Rumus molekul	CH3OH
Massa molar	32.04 g/mol
Penampilan	colorless liquid
Densitas	0.7918 g/cm³, liquid
Titik leleh	–97 °C, -142.9 °F (176 K)
Titik didih	64.7 °C, 148.4 °F (337.8 K)
Kelarutan dalam air	Fully miscible
Keasaman (pKa)	~ 15.5
Viskositas	0.59 mPa·s at 20 °C
Momen dipol	1.69 D (gas)
Bahaya
Klasifikasi EU	Flammable (F) Toxic (T)
Titik nyala	11 °C

I.2.2. Iodida

Peran iodida adalah hanya untuk mempromosikan konversi methanol menjadi metil iodide:

MaOH + HI                 MeI + H₂O

Setelah metil iodida telah terbentuk maka diteruskan ke reaktor katalis. Siklus katalitik dimulai dengan penambahan oksidatif metil iodida ke dalam [Rh(CO)₂I₂]^- sehingga terbentuk kompleks [MeRh(CO)I₃]^-

I.2.3. Rhodium (cis−[Rh(CO)₂I₂]⁻)

   Rhodium (cis−[Rh(CO)₂I₂]⁻) berperan sebagai katalis dalam proses pembuatan asam asetat dalam skala industri. Katalis ini sangat aktif sehingga akan memberikan reaksi dan distribusi produk yang baik. Struktur katalis kompleks Rhodium (cis−[Rh(CO)₂I₂]⁻)  dapat dilihat seperti gambar berikut:

I.2.4. Iridium ([Ir(CO)₂I₂]⁻)

   Iridium ([Ir(CO)₂I₂]⁻) berperan sebagai katalis dalam proses pembuatan asam asetat dalam skala industri.Penggunaan iridium memungkinkan penggunaan air lebih sedikit dalam campuran reaksi. Struktur katalis kompleks Ir[(CO)₂I_2]^–  dapat dilihat seperti gambar berikut:

I.3.    Spesifikasi Produk

Asam asetat yang jelas, cairan tak berwarna dengan rumus kimia C₂H₄O_2. Memiliki titik leleh 62,06°F (16.7°C) dan mendidih pada 244,4°F (118°C), kerapatan 1,049g/mL pada 25^oC dan flash point 39⁰C. Dalam konsentrasi tinggi,asam asetat bersifat korosif, memiliki bau tajam dan dapat menyebabkan luka bakar pada kulit.

Atom hidrogen (H) pada gugus karboksil (−COOH) dalam asam karboksilat seperti asam asetat dapat dilepaskan sebagai ion H⁺ (proton), sehingga memberikan sifat asam. Asam asetat adalah asam lemah monoprotik dengan nilai pK_a=4.8. Basa konjugasinya adalah asetat (CH₃COO⁻). Sebuah larutan 1.0 M asam asetat (kira-kira sama dengan konsentrasi pada cuka rumah) memiliki pH sekitar 2.4.

Struktur kristal asam asetat menunjukkan bahwa molekul-molekul asam asetat berpasangan membentuk dimer yang dihubungkan oleh ikatan hidrogen. Dimer juga dapat dideteksi pada uap bersuhu 120°C. Dimer juga terjadi pada larutan encer di dalam pelarut tak-berikatan-hidrogen, dan kadang-kadang pada cairan asam asetat murni Dimer dirusak dengan adanya pelarut berikatan hidrogen (misalnya air). Entalpi disosiasi dimer tersebut diperkirakan 65.0–66.0 kJ/mol, entropi disosiasi sekitar 154–157 J mol^–1 K^–1.

Asam asetat bersifat korosif terhadap banyak logam seperti besi, magnesium, dan seng, membentuk gas hidrogen dan garam-garam asetat (disebut logam asetat). Logam asetat juga dapat diperoleh dengan reaksi asam asetat dengan suatu basa. Contohnya adalah soda kue (Natrium bikarbonat) bereaksi dengan cuka. Hampir semua garam asetat larut dengan baik dalam air. Contoh reaksi pembentukan garam asetat:

Mg(s) + 2 CH₃COOH(aq) → (CH₃COO)₂Mg(aq) + H₂(g)

NaHCO₃(s) + CH₃COOH(aq) → CH₃COONa(aq) + CO₂(g) + H₂O(l)

Asam asetat mengalami reaksi-reaksi asam karboksilat, misalnya menghasilkan garam asetat bila bereaksi dengan alkali, menghasilkan logam etanoat bila bereaksi dengan logam, dan menghasilkan logam etanoat, air dan karbondioksida bila bereaksi dengan garam karbonat atau bikarbonat. Reaksi organik yang paling terkenal dari asam asetat adalah pembentukan etanol melalui reduksi, pembentukan turunan asam karboksilat seperti asetil klorida atau anhidrida asetat melalui substitusi nukleofilik.

Nama sistematis             :           Asam etanoat, Asam asetat

Nama alternatif             :           Asam metanakarboksilat

Asetil hidroksida           :           (AcOH)

Hidrogen asetat             :           (HAc) Asam cuka

Rumus molekul              :           CH3COOH

Massa molar                   :           60.05 g/mol

Densitas dan fase          :           1.049 g cm⁻³, cairan 1.266 g cm⁻³, padatan

Titik lebur                      :           16.5 °C (289.6 ± 0.5 K) (61.6 °F)

Titik didih                      :           118.1 °C (391.2 ± 0.6 K) (244.5 °F)

Penampilan                    :           Cairan tak berwarna atau kristal

Keasaman (pKa)            :           4.76 pada 25°C

I.4.    Kegunaan Asam Asetat

          Asam asetat digunakan sebagai pereaksi kimia untuk menghasilkan berbagai senyawa kimia. Sebagian besar (40-45%) dari asam asetat dunia digunakan sebagai bahan untuk memproduksi monomer vinil asetat (vinyl acetate monomer, VAM). Selain itu asam asetat juga digunakan dalam produksi anhidrida asetat dan juga ester. Penggunaan asam asetat lainnya, termasuk penggunaan dalam cuka relatif kecil.

RANCANGAN PROSES

II.1. Reaksi / mekanisme reaksi

Teknologi pembuatan asam asetat mungkin yang paling beragam dari pembuatan semua bahan kimia organik industri. Ada beberapa teknik yang digunakan dalam pembuatan asam asetat, diantaranya ialah; karbonilasi methanol, sintesis gas metan, oksidasi asetaldehida, oksidasi etilena, oksidasi alkana, oksidatif fermentasi, dan anaerob fermentasi. Karbonilisasi methanol merupakan teknik yang umum digunakan dalam industri asam asetat dan menjadi teknik penghasil asam asetat lebih dari 65% dari kapasitas global.  Dari asam asetat yang diproduksi oleh industri kimia, 75% diantaranya diproduksi melalui karbonilasi metanol. Sisanya dihasilkan melalui metode-metode alternatif.

1.      Karbonilisasi methanol

Kebanyakan asam asetat murni dihasilkan melalui karbonilasi. Dalam reaksi ini, metanol dan karbon monoksida bereaksi menghasilkan asam asetat

CH₃OH + CO → CH₃COOH

Proses ini melibatkan iodometana sebagai zat antara, dimana reaksi itu sendiri terjadi dalam tiga tahap dengan katalis logam kompleks pada tahap kedua.

(1) CH₃OH + HI → CH₃I + H₂O

(2) CH₃I + CO → CH₃COI

(3) CH₃COI + H₂O → CH₃COOH + HI

Ada dua macam proses pembuatan asam asetat dengan metode karbonilisasi methanol yakni proses monsanto dan proses cativa. Proses monsanto menggunakan katalis kompleks Rhodium (cis−[Rh(CO)₂I₂]⁻), sedangkan proses cativa menggunakan katalis iridium ([Ir(CO)₂I₂]⁻) yang didukung oleh ruthenium.

II.2.Kondisi Operasi Proses Monsanto

Metode ini pertama kali dikembangkan oleh pabrik Perusahaan Monsanto di Texas City. Keunggulan dari metode ini ialah dapat dijalankan pada tekanan yang rendah. Bahan dasar dari pembuatan asam asetat menggunakan metode ini ialah methanol. Prinsip pembuatannya ialah methanol direaksikan dengan gas CO menghasilkan asam asetat difasilitasi katalis rhodium. Sebelumnya pembuatan asam asetat dengan teknik BASF dapat dilakukan dengan menggunakan katalis iodinepromoted kobalt, namun kurang efektif dalam hal biaya karena katalis ini bekerja pada tekanan tinggi yakni sekitar 7.500 lb/in². Sedangkan katalis rhodium bekerja  pada tekanan antara 200 - 1800 lb/in². Katalis rhodium menghasilkan asam asetat sampai 99 % sedangkan katalis iodinepromoted kobalt hanya sekitar 90 % saja. Mekanisme kerja proses monsanto berjalan dengan beberapa tahap,

1. Siklus katalitik konversi metanol menjadi metiliodida

CH₃OH + HI                        CH₃I + H₂O

2.    Penambahan katalis Rh (I) kompleks (d⁸ segi empat planar) ke dalam metil iodida menghasilkan struktur baru koordinat 6 alkil rhodium (III) kompleks (d⁶). CH₃I + [Rh-kompleks]

Mekanisme Reaksi Katalis

Katalis Carbonylation terdiri dari dua komponen utama yaitu rhodium kompleks yang larut dan iodida promotor. Hampir setiap sumber Rh dan I^- akan bekerja dalam reaksi ini karena akan dikonversi menjadi katalis [Rh (CO)₂I₂]^- di bawah kondisi reaksi. Struktur katalis [Rh(CO)₂I₂]^- dapat dilihat seperti gambar berikut.

Katalis ini sangat aktif sehingga akan memberikan reaksi dan distribusi produk yang baik. Skema pembuatan dalam pabrik dapat dilihat seperti pada gambar berikut:

Proses yang terjadi ialah; pertama methanol dimasukkan dalam tangki reaktor dan direaksikan dengan HI. Peran iodida adalah hanya untuk mempromosikan konversi methanol menjadi metil iodide:

MaOH + HI                 MeI + H₂O

Setelah metil iodida telah terbentuk maka diteruskan ke reaktor katalis. Siklus katalitik dimulai dengan penambahan oksidatif metil iodida ke dalam [Rh(CO)₂I₂]^- sehingga terbentuk kompleks [MeRh(CO)I₃]^- (Gambar 2). Kemudian dengan cepat CO pindah berikatan dengan CH₃ membentuk kompleks seperti pada gambar 3. Setelah itu direaksikan dengan karbon monoksida, dimana gas CO berkoordinasi sebagai ligan dalam kompleks Rh, menjadi rhodium-alkil kemudian membentuk ikatan menjadi kompleks asil-rhodium (III) (Gambar 4). Dengan terbentuknya kompleks pada gambar 4 maka gugus CH₃COI mudah lepas. Kompleks ini kemudian direduksi menghasilkan asetil iodide dan katalis rhodium yang terpisah. Ditangki ini bekerja suhu 150⁰C-200⁰C dan tekanan 30 atm- 60 atm. Asetil iodida yang terbentuk kemudian dihidrolisis dengan H₂O menghasilkan CH₃COOH dan HI.

Dimana HI yang terbentuk dapat digunakan lagi untuk mengkonversi methanol menjadi MeI yang akan masuk dalam proses reaksi dan melanjutkan siklus. Sedangkan asam asetat yang dihasilkan masuk dalam tangki pemurinian untuk dipisahkan dari pengotor yang mungkin ada seperti asam propionate. Pemurnian dilakukan dengan cara destilasi. Mekanisme reaksinya dapat dilihat pada gambar berikut:

 

Gambar 5 The major unit comprising a commercial-scale Monsanto methanol operating plant, which uses a rhodium-based catalyst

II.3. Kondisi Operasi Proses Cativa

Proses Cativa adalah metode lain untuk produksi asam asetat oleh carbonylation dari metanol . Teknologi ini mirip dengan proses Monsanto hanya berbeda dalam penggunaan katalis. Proses ini didasarkan pada iridium yang mengandung katalis seperti kompleks Ir[(CO)₂I_2]^–_. Proses ini pertama kali dikembangkan oleh BP Chemicals dan lisensi oleh BP Plc. Pada awalnya kajian Monsanto telah menunjukkan bahwa iridium kurang aktif dari rhodium untuk proses carbonylation metanol. Namun penelitian selanjutnya menunjukkan bahwa katalis iridium bisa dipromosikan dengan bantuan ruthenium. Kombinasi ini menghasilkan sebuah katalis yang lebih unggul daripada sistem berbasis rhodium. Penggunaan iridium memungkinkan penggunaan air lebih sedikit dalam campuran reaksi. Dengan demikian dapat mengurangi jumlah kolom pengeringan yang diperlukan, mengurangi produk samping dan menekan gas air reaksi bergeser. Selain itu, proses ini  memungkinkan loading katalis yang lebih tinggi. Dibandingkan dengan proses Monsanto, proses Cativa menghasilkan asam propionat sangat kecil dalam produk.

Struktur katalis kompleks Ir[(CO)₂I_2]^–  dapat dilihat seperti gambar beriktut:

Proses reaksi dalam tangki dapat digambarkan dalam diagram berikut ini:

Pertama methanol direaksikan dengan asam iodide menghasilkan Metil Iodida. Setelah itu, metal iodida masuk dalam tangki reaktor bereaksi sengan katalis kompleks iridium (gambar 1) membentuk [Ir(CO)₂I₃CH₃]^- (gambar 2), setelah terbentuk struktur ini dengan cepat direaksikan dengan gas CO sehingga I^- akan keluar dari kompleks digantikan CO sehingga terbentuk kompleks baru [Ir(CO)₃I] (gambar 3), struktuir ini kurang stabil sehingga untuk menstabilkan CO di mutasi berikatan dengan CH₃ (gambar 4). Gugus CH₃CO pada kompleks mudah lepas, sehingga dengan adanya ion I^- di sekitar kompleks menyebabkan gugus CH₃CO lepas dari kompleks dan bereaksi dengan I^- membentuk CH₃COI.  Senyawa CH₃COI ini kemudian dihidrolisis menghasilkan asam asetat (CH₃COOH) dan asam halida (HI). Dimana HI yang terbentuk ini ditarik lagi masuk dalam siklus bereaksi dengan methanol membentuk Metil Iodida yang akan bereaksi lagi dengan katalis. Asam asetat yang terbentuk belum murni. Untuk memisahkan asam asetat dari pengotor maka dilakukan destilasi.  Mekanisme pembuatan asam asetat dalam pabrik dengan proses Cativa dapat dipresentasikan seperti berikut ini.

II.4. Tinjauan Thermodinamika dan Kinetika dari proses produksi asam asetat dengan metode Monsato dan metode Cativa:

1)   Tinjauan Thermodinamika:

CH₃OH + CO → CH₃COOH

o  Karena  bernilai negatif, maka dapat diketahui reaksi bersifat eksotermis.

o  Sesuai dengan tinjauan Thermodinamika, pada reaksi eksotermis jika tekanan diperkecil maka reaksi akan berjalan ke arah reaktan (koefisien besar). Oleh karena itu tekanan harus diperbesar agar reaksi berjalan ke kanan.

o  Jika suhu dinaikkan maka reaksi akan berjalan ke arah reaktan, oleh karena itu suhu operasi harus diturunkan agar reaksi berjalan ke arah produk.

2)   Tinjauan Kinetika:

Sesuai dengan hukum Arrhenius:

k      = konstanta kecepatan reaksi

A    = frekuensi faktor tumbukan

E     = energi aktivasi dari reaksi

R     = konstanta gas ideal

       = 1.98 cal/gm-mol.^oK

       = 1.98 Btu/lb-mol.^oR

       = 82.06 cm³.atm/gm-mol.^oK

T     = suhu reaksi

·      Sesuai hukum Arrhenius maka semakin tinggi suhu operasi maka semakin besar nilai konstanta kecepatan reaksi

·      Semakin besar nilai konstanta kecepatan reaksi, maka semakin cepat laju reaksinya sehingga semakin banyak produk yang dihasilkan

·      Sesuai dengan persamaan laju reaksi di atas, semakin besar konsentrasi reaktan maka semakin cepat laju reaksi pembentukan produk.

a.       Pemilihan Reaktor :

·      Jika jenis reaktor yang dipilih Batch

o  Semakin besar volume reaktan dalam reaktor maka semakin kecil laju kecepatan reaksi pembentukan produk. Secara molekular semakin besar volume reaktan dalam reaktor maka jarak antar molekul satu dengan yang lain akan semakin jauh sehingga frekuensi tumbukan antar reaktan akan semakin kecil.

·      Jika jenis reaktor yang dipilih Continue stirred tank reactor (CSTR)

Overall

Neraca Komponen

o  Dari persamaan di atas dapat diketahui bahwa semakin besar volume reaktor maka laju pembentukan produk akan semakin kecil. Namun penggunaan reaktor CSTR lebih efektif daripada reaktor batch, karena pada reaktor CSTR produk akan secara kontinyu dihasilkan sehingga akan mengurangi waktu tinggal reaktan dalam reaktor.

o  Waktu tinggal reaktan dalam reaktor yang terlalu lama dapat mengurangi hasil produksi suatu pabrik atau industri sehingga akan kurang menguntungkan bagi suatu industri.

PENUTUP

1.      Kesimpulan

1.      Bahan dasar dari pembuatan asam asetat menggunakan metode monsato ialah methanol. Prinsip pembuatannya ialah methanol direaksikan dengan gas CO menghasilkan asam asetat difasilitasi katalis rhodium. Katalis rhodium bekerja  pada tekanan antara 200 - 1800 lb/in².

2.      Proses Cativa adalah metode lain untuk produksi asam asetat oleh carbonylation dari metanol . Teknologi ini mirip dengan proses Monsanto hanya berbeda dalam penggunaan katalis. Proses ini didasarkan pada iridium yang mengandung katalis seperti kompleks Ir[(CO)₂I_2]^–_.

3.      Reaksi pembuatan asam asetat adalah reaksi eksotermis karena  bernilai negatif.

4.      Pada penggunaan reaktor batch dan kontinyu semakin besar volume maka kecepatan reaksi pembentukan produknya akan semakin kecil.

5.      Penggunaan reaktor CSTR lebih efektif daripada reaktor batch, karena pada reaktor CSTR produk akan secara kontinyu dihasilkan sehingga akan mengurangi waktu tinggal reaktan dalam reaktor.

6.      Waktu tinggal reaktan dalam reaktor yang terlalu lama dapat mengurangi hasil produksi suatu pabrik atau industri sehingga akan kurang menguntungkan bagi suatu industri.

2.      Saran

1.      Proses produksi asam asetat sebaiknya dilakukan pada tekanan besar dan suhu rendah.

2.      Industri asam asetat akan lebih baik jika menggunakan reactor CSTR.

Daftar Pustaka

Jones Jone H., The Cativa Process For The Manufacture Plant Of Acetic Acid Iridium Catalyst Improves Productivity In An Established Industrial Process. BP Chemicals Ltd., Hull Research &Technology Centre, Salt End, Hull HU12 8DS, U.K

                                        

Li Xuebing and Enrique Iglesia. The Synthesis of Acetic Acid from Ethane, Ethene, or Ethanol on Mo-V-Nb Oxide.  Department of Chemical Engineering, University of California, Berkeley, CA 94720, USA

Roth J. F.  The Production of Acetic Acid Rhodium Catalysed Carbonylation Of Methanol. Monsanto Co., St. Louis, Missouri

Shakhashiri. 2008. Acetic Acid & Acetic Anhydride. General Chemistry.