Laporan Praktikum ke-12 Hari/tanggal
: Kamis/ 12 Juni 2017
Biokimia Nutrisi Tempat
Praktikum : Laboratorium Terpadu
Asisten: Alvi Royani D24130029
PENGUKURAN AKTIVITAS ENZIM
SELULASE ASAL RUMEN
Irvan Triansyah
D24160115
Kelompok 3
DEPARTEMEN ILMU NUTRISI DAN TEKNOLOGI
PAKAN
FAKULTAS PETERNAKAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2017
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Enzim merupakan
unsur yang mempercepat perubahan kimiawi yang diperlukan oleh kehidupan. Tanpa
enzim perubahan-perubahan tersebut akan sangat lambat, bahkan tidak akan
terjadi. Setiap enzim merupakan protein khusus yang disesuaikan dengan proses
kimiawi tertentu. Enzim sangat berperan didalam tubuh. Kerja enzim dapat
mempercepat atau memperlambat reaksi kimia, mengatur jumlah reaksi yang berbeda
dalam waktu yang sama dan enzim dapat mempercepat reaksi dengan cara menurunkan
energi aktivasi yang diperlukan untuk berlangsungnya reaksi tersebut. Tanpa
adanya enzim, reaksi metabolisme yang terjadi
dalam tubuh akan berlangsung sangat lama. Salah satu enzim
yang akan dibahas yaitu enzim selulase. Enzim adalah golongan
protein yang paling banyak terdapat di dalam sel hidup dan mempunyai fungsi
penting sebagai katalisator reaksi biokimia yang secara kolektif membentuk
metabolisme dari sel. Dengan adanya enzim, molekul awal yang disebut substrat
akan dipercepat perubahannya menjadi molekul lain dalam bentuk produk. Enzim
tersusun atas asam-asam amino yang melipat-lipat membentuk globular dimana
substrat yang dikatalis bisa masuk dan bersifat komplementer (Nursela dan Arief
2017).
Aktivitas enzim
selulase pada substrat selulosa yang berbetuk kristalin menunjukkan adanya
aktivitas enzim ekso 1,4 β-glukanase yang memotong ujung rantai oligosakarida
menjadi selobiosa yaitu dua molekul glukosa yang berikatan secara β-1,4-
glikosidik. Dalam mendegradasi selulosa
menjadi glukosa, enzim ekso 1,4 β-glukanase, endo 1,4 β-glukanase dan
β-glukosidase bekerja secara sinergis. Setelah enzim endo 1,4 β-glukanase
memotong bagian amorphous, ekso 1,4
β-glukanase memotong bagian ujung rantai selulosa kristalin menjadi gula
pereduksi (Pesrita et al. 2017).
Proses pemecahan
secara enzimatis terjadi dengan adanya enzim selulase. Enzim selulase
dihasilkan oleh mikroorganisme yang bersifat selulolitik. Proses pemecahan
selulosa oleh aktivitas enzim selulase sangat dipengaruhi oleh struktur fisik
oleh substrat, bentuk kristal umumnya sulit dicerna daripada bentuk amorf. Dalam bidang peternakan, enzim memiliki banyak peran. Dalam
tubuh ternak banyak enzim yang berperan sebagai pertumbuhan, reproduksi dan
produksi. Enzim tersebut sangat diperlukan dalam jumlah banyak, digunakan
dalam proses metabolisme, pencernaan, dan produktivitas. Berbagai enzim yang digunakan secara
komersial berasal dari jaringan tumbuhan, hewan, dan dari mikroorganisme yang
terseleksi. Enzim yang secara tradisional diperoleh dari tumbuhan termasuk
protease (papain, fisin, dan bromelain), amilase, lipoksigenase, dan enzim
khusus tertentu. Dari jaringan hewan, enzim yang terutama adalah tripsin
pankreas, lipase dan enzim untuk pembuatan mentega. Produk
Imugas mengandung berbagai macam tumbuhan, ada yang bersifat sebagai
antibakteri dan antiamuba, sehingga mampu meningkatkan fungsi sistem pertahanan
tubuh seperti produksi sel darah putih yang menyerang bakteri dan benda asing
lainnya, mampu memicu produksi interferon yang merupakan protein spesifik
(sitokin) yang dibuat oleh sel sebagai respon adanya benda asing
termasuk bakteria. Selain itu dalam produk Imugas juga mengandung minyak atsiri
sehingga dapat merangsang dinding kantong empedu, mengeluarkan cairan empedu
dan merangsang keluarnya getah pankreas yang merangsang amilase, lipase dan
protease. Enzim-enzim tersebut dapat meningkatkan pencernaan bahan makanan
seperti karbohidrat, lemak dan protein. Minyak atsiri cukup banyak manfaatnya,
diantaranya adalah dapat mempengaruhui dan merangsang sekresi empedu dan
berfungsi sebagai penambah nafsu makan, mempengaruhui kontraksi usus halus (Rahayu
et al 2016).
Tujuan
Praktikum ini bertujuan mengetahui aktivitas
enzim selulase pada cairan rumen.
TINJAUAN PUSTAKA
Enzim Selulase
Selulase merupakan
sub bagian dari enzim yang bereaksi secara hidrolisis. Enzim ini diproduksi
terutama oleh jamur , bakteri dan protozoa yang mengkatalisis cellulolysis
(yaitu hidrolisis dari selulosa). Namun, ada juga selulase yang dihasilkan oleh
beberapa jenis lainnya dari organisme, seperti beberapa rayap dan simbion usus
mikroba rayap lainnya. Enzim sellulase adalah sub kelas dari enzim hirolase
yang mengkatalisis reaksi pemecahan selulosa menjadi selubilosa. Sedangkan
enzim hidrolase sendiri merupakan enzim yang mengkatalis penguraian suatu zat
dengan menggunakan air (proses hidrolisis). Di sini enzim sellulase bereaksi dengan
menggunakan substar dengan bantuan air. Enzim
sellulase memiliki pH optimum sekitar 4,2 – 5,2 yang berada pada saat reaksi
berlangsung. Enzim sellulase ini mempunyai berat molekul 52,00 gram/mol.
memiliki suhu optimum 40-50 0C. (Soepranianondo
et al. 2007).
Aktivitas Enzim Selusase
Enzim memiliki
kekhasan dalam mengenali dan mengikat substrat, karena enzim memiliki sisi
aktif yang digunakan untuk mengikat substrat, sisi aktif yang dimiliki enzim
sangat spesifik. Enzim selulase memiliki gugus aktif --COOH yang merupakan
gugus aktif dari asam amino jenis aspartat dan juga --COOH yang merupakan gugus
aktif dari asam glutamat. Kedua gugus aktif yang terdapat dalam enzim selulase
bekerja secara sinergi dalam memutus ikatan glikoksida dalam selulosa. Proses
hidrolisis selulosa oleh enzim selulase ketika suhu dan pH optimum terjadi
konformasi pada sturktur enzim dimana gugus aktif yang berada di dalam enzim
berputar sehingga berada diluar, akibatnya terjadi interaksi antara enzim
dengan substrat sehingga terjadi gaya tarik menarik antara
enzim menyebabkan ikatan glikosida pada substrat putus. Gaya tarik menarik pada
ikatan glikosidik pada substrat oleh asam amino yang melibatkan kedua gugus
–COOH dari asam aspartat maupun gugus –COOH dari asam glutamat pada sisi aktif
enzim Pada saat terjadi pemutusan ikatan glikosida, terjadi pula perpindahan
elektron ke gugus yang membawa oksigen. Elektron tersebut digunakan untuk
berikatan dengan hidrogen pada sisi aktif enzim . kemudian terdapat enzim lain
yang menyerang ikatan antara substrat dengan oksigen,sehingga substrat
berikatan dengan 2 atom oksigen. Pada
keadaan tersebut untuk
memutus ikatan, perlu dilakukan
protonasi dahulu karena gugus OH- bukan merupakan gugus pergi yang
baik sehingga diubah menjadi H2O. Kemudian molekul H2O
berperan sebagai nukleofil masuk ke dalam senyawa intermediet dalam larutan. Masuknya
H2O menyebabkan ikatan enzim
intetrmediet dalam larutan intermediet lepas dan terbentuk glukosa sebagai
hasil akhir (Soepranianondo et al. 2007).
Selulosa
Selulosa
adalah senyawa organik dengan rumus ( C6H10O5)n,
sebuah polisakarida terdiri dari rantai linear dari beberapa ratus hingga lebih
dari sepuluh ribu β (1 → 4) terkait D-glukosa unit. Selulosa
adalah komponen struktural utama dinding sel dari tanaman hijau, banyak bentuk
ganggang dan Oomycetes. Beberapa spesies bakteri mengeluarkan untuk membentuk
biofilm. Selulosa adalah senyawa organik yang paling umum di Bumi. Sekitar 33%
dari semua materi tanaman adalah selulosa (isi selulosa dari kapas serat adalah
90%, yang dari kayu adalah 40-50% dan kering rami adalah sekitar 75%) (Anindyawati
2010).
Faktor-faktor yang
mempengaruhi Enzim Selulase
Enzim selulase pH optimumnya
berada pada antara 4,2 - 5,2. Konsentrasi
enzim dan substrat, Inhibitor kompetetif Struktur
inhibitor mirip dengan struktur subsrat, namun stelah inhibitor menempati sisi
aktif tidak segera membentuk enzim bebas dan zat hasil. Dengan adanya inhibitor
jumlah enzim atau kompleks enzim substrat menjadi berkurang.Inhibitor
nonkompetitif. Molekul penghambat enzim yang bekerja
dengan cara meletakkan diri pada luar sisi aktif enzim yang agak jauh dari
lokasi aktif sehinngga struktur lokasi aktif berubah. Karena perubahan struktur
lokasi aktif ini, substrat tidak dapat masuk. Akhirnya peran enzim sebagai
katalisator tidak sempurna (Sari
2011).
Aktivitas enzim
sangat dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain suhu, pH, konsentrasi
enzim, dan konsentrasi substrat. Keberadaan inhibitor juga dapat memengaruhi
aktivitas enzim. Setiap enzim memiliki suhu optimum dimana suhu optimum enzim
yang bekerja dalam tubuh manusia adalah 37ºC. Enzim bekerja pada kisaran pH
tertentu dan umumnya tergantung pada pH lingkungan. Konsentrasi enzim secara
langsung memengaruhi kecepatan laju reaksi enzimatik dimana laju reaksi
meningkat dengan bertambahnya konsentrasi enzim. Selain itu juga kecepatan
reaksi akan meningkat apabila konsentrasi substrat meningkat (Sari 2011).
Cairan Rumen
Hewan
ruminansia memiliki 4 perut. Salah satu perutnya adalah rumen. Rumen merupakan
alat pencernaan fermentatif yang didalamnya terdapat mikroorganisme. Cairan
rumen banyak mengandung enzim amilase, galactosidase, hemiselulase, selullase,
dan xylanase. Bakteri ditemukan dalam cairan rumen mencapai 109–1010 per ml,
dengan populasi protozoa dari 105 sampai 106 per ml ml dan kepadatan populasi
jamur rumen (jamur zoospora) terdapat pada kisaran 103–105 per ml. (Cairan
rumen banyak mengandug enzim -amilase, galaktosidase, hemisellulase, sellulase
dan xylanase. Cairan rumen sapi hidup kaya akan enzim selulase, amilase, protease,
xilanase dan lain-lain (Budiansyah et al 2010).
Karbon Tetra Klorida
Karbon tetra klorida adalah senyawa kimia dengan rumus CCl4.
Senyawa ini banyak digunakan dalam sintesis kimia organik. . Pada keadaan standar (suhu kamar dan tekanan atmosfer), CCl4
adalah cairan tak berwarna dengan bau yang
"manis" (Panjaitan et al
2007).
Lizozim
Lizozim adalah
enzim yang dapat memecah dinding bakteri (bakteriosidal) dan antiinflamatori,
bekerja bersama proksida dan askorbat untuk menyerang E-coli dan sebagian
keluarga salmonela (Djamil
2000).
Buffer Fosfat
Sistem buffer fosfat tersusun atas
pasangan dihidrogen fosfat MH2PO4 atau H2PO4-
dan basa konjugasinya monohidrogen fosfat M2HPO4 atau HPO4-
. Buffer fosfat juga merupakan sistem penyangga intrasel dalam tubuh (James
2008).
CMC
Carboxy
Methyl Cellulose (CMC) merupakan turunan selulosa yang mudah larut dalam air.
Oleh karena itu CMC mudah dihidrolisis menjadi gulagula sederhana oleh enzim
selulase dan selanjutnya difermentasi menjadi etanol oleh bakteri. CMC merupakan bahan penstabil yang memiliki daya ikat
yang kuat dan berperan untuk meningkatkan kekentalan dan memperbaiki tekstur
pembentuk film (Prabowo et al 2007).
DNS
DNS merupakan
reagen yang dapat digunakan untuk melakukan uji kuantitatif glukosa. Untuk
membuat DNS, 100 mL larutan NaOH 2 M yang mengandung 5 % (b/v) asam 3,5-dinitrosalisilat
dicampurkan dengan 250 mL 60 % (b/v) natrium kalium tartrat. Reagen ini
berfungsi untuk memberikan warna pada larutan, sehingga dapat terbaca oleh
spektrofotometer vis yang membaca dari warna larutan tersebut. DNS merupakan larutan yang mengandung 3,5
3,5-dinitrosalicylic acid, potassium sodium tartarate, dan naoh. DNS berfungsi
untuk menghentikan reaksi pada metode deteksi amilase dengan menggunakan metode
tersebut (Ali dan wadji 2014).
Bakteri Selulosa
Bakteri ini
menghasilkan enzim yang dapat menghidrolisis ikatan glukosida ,sellulosa dan
dimerselobiosa. Sepanjang yang diketahui tak satupun hewan yang mampu
memproduksi enzim selulase sehingga pencernaan selulosa sangat tergantung pada
bakteri yang terdapat di sepanjang saluran pencernaan pakan. Bakteri
selulolitik akan dominan apabila makanan utama ternak berupa serat kasar (Ali dan wadji 2014).
MATERI DAN METODE
Materi
Alat
Alat yang digunakan dalam praktikum
ini adalah sentrifuge, senikator, gelas Erlenmeyer, tabung reaksi, pipet, dan spoit.
Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam
praktikum ini adalah cairan rumen, karbon
tetraklorida, lizozim, buffer posfat, CMC, dan DNS.
Metode
Cairan rumen
sebanyak 30 ml disiapkan lalu ditambahkan 5 tetes karbon tetraklorida dan
lisozim 5 ml. Kemudian inkubasi selama 3 jam pada suhu 40ºC. Setelah itu,
disonifikasi pada suhu 4º C selama 15 menit dan disentrifuse selama 20 menit
dengan 12000 rpm. Hasil sentrifuse yang berupa endapan dibuang sedangkan yang
dlaam bentuk supernatan diambil sebagai sumber enzim. kemudian larutan enzim
diambil 0,5 ml dan ditambah CMC 0,5 ml serta buffer fosfat 1 ml. Campuran
larutan tersebut (larutan assay) diinkubasi selama 1 jam pada suhu 39º C.
Untuk
mengamati gula-guka hasil reduksi, disiapkan 8
tabung reaksi. Dua tabung untuk
larutan assay dan 6 tabung untuk larutan
standar. Pada larutan assay, larutan assay diambil sebanyak 1 ml, kemudian
ditambahkan 1 ml aquades dan 3 ml DNS. Sedangkan untuk larutan standar, dengan
6 tabung tersebut diisi dengan larutan glukosa sesuai dengan konsentrasi (0,
0,2, 0,4, 0,6, 0,8, 1) kemudian ditambahkan 1 ml aquades dan 3 ml DNS.
Tabung-tabung diatas diinkubasi selama 15 menit dan didinginkan selama 20
menit. Selanjutnya masing-masing sampel diukur nilai absorbansinya dengan
panjang gelombang 575 nm.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Absorbansi terjadi
pada saat foton bertumbukan langsung dengan atom-atom pada suatu material.
Absorbansi menyatakan banyaknya cahaya yang diserap oleh suatu lapisan tipis
dari total cahaya yang dilewatkan pada lapisan tipis tersebut .
Tabel 1 nilai
absorbansi larutan standar
|
konsentrasi
(ppm)
|
absorbansi (A)
|
|
0
|
0
|
|
0,2
|
0.5470
|
|
0,4
|
0.5672
|
|
0,6
|
0.6282
|
|
0,8
|
1.4889
|
|
1
|
1.5943
|
Grafik 1
hubungan antara larutan standar konsentrasi dengan absorbansi
Absorbansi terjadi
pada saat foton bertumbukan langsung dengan atom-atom pada suatu material.
Absorbansi menyatakan banyaknya cahaya yang diserap oleh suatu lapisan tipis
dari total cahaya yang dilewatkan pada lapisan tipis tersebut .
Tabel 2 hasil
pengukuran aktivitas enzim selulase
|
Sampel
|
Absorbansi
(A)
|
Aktivitas
enzim (lv/ml)
|
|
U1
|
0.1815
|
5.5629 x 10-5
|
|
U2
|
0.2042
|
7.0481 x 10-5
|
|
U3
|
0.1071
|
7.0521 x 10-6
|
|
U4
|
0.5173
|
2.7488 x 10-4
|
Pembahasan
Enzim
selulase merupakan gabungan dari beberapa enzim yang bekerja bersama untuk
hidrolisis selulosa. Mikroorganisme tertentu menghasilkan partikel yang
dinamakan selulosum. Partikel inilah yang akan disintegrasi menjadi enzim-enzim
yang secara sinergis mendegradasi selulosa. Dalam menghidrolisis senyawa
selulosa kemampuan selulase sangat digantungkan pada substrat yang digunakan Enzim
selulase terdiri dari 3 macam enzim yang bekerja secara sinergis untuk
mendegradasi substrat kristal selulosa yaitu enzim endo 1,4 β-glukanase,
selobiohydrolase dan β-glukosidase. Mekanisme pendegradasian selulosa dimulai
dengan kerja enzim endo 1,4 β-glukanase kemudian diikuti dengan kerja enzim
selobiohydrolase dan β-glukosidase sampai terbentuk produk glukosa (Anindyawati
2010).
Aktivitas
enzim selulase pada substrat selulosa yang berbetuk kristalin menunjukkan
adanya aktivitas enzim ekso 1,4 β-glukanase yang memotong ujung rantai
oligosakarida menjadi selobiosa yaitu dua molekul glukosa yang berikatan secara
β-1,4- glikosidik. Dalam mendegradasi
selulosa menjadi glukosa, enzim ekso 1,4 β-glukanase, endo 1,4 β-glukanase dan
β-glukosidase bekerja secara sinergis. Setelah enzim endo 1,4 β-glukanase
memotong bagian amorphous, ekso 1,4
β-glukanase memotong bagian ujung rantai selulosa kristalin menjadi gula
pereduksi. Degradasi selulosa secara enzimatis
menghasilkan senyawa oligosakarida, disakarida dan monomer glukosa yang
bersifat larut. Proses pemecahan secara enzimatis terjadi dengan adanya enzim
selulase. Enzim selulase dihasilkan oleh mikroorganisme yang bersifat
selulolitik. Proses pemecahan selulosa oleh aktivitas enzim selulase sangat
dipengaruhi oleh struktur fisik oleh substrat, bentuk kristal umumnya sulit
dicerna daripada bentuk amorf. Peranan bakteri selulolitik sangat penting dalam
proses pencernaan ruminal serat pakan hijauan. Secara morfologis, bakteri
selulolitik terpenting dan lazim dijumpai dalam rumen terbagi dalam bentuk
coccus dan bentuk batang. Sedangkan tipe sel dari masing-masing kelompok
morfologis ini berturut-turut adalah gram positif dan gram negatif (Soepranianondo
et al 2007). Untuk
dapat menghidrolisis selulosa menjadi glukosa, enzim selulosa dibagi
menjadi tipe yaitu ekso glukanase, endo
glukanase, dan β-glukosidase. Endo glukanase bersifat lebih aktif memecah
daerah dengan sifat kekristalan yang rendah dan menciptakan ujung rantai yang
bebas. Ekso glukanase biasanya aktif pada bentuk kristal selulosa dan memecah
bagian selulosa yang tidak tereduksi menjadi unit selobiosa. β-glukosidase
memecah selobiosa menjadi glukosa (Soepranianondo et al 2007).
Adapun nilai
regresi yang dihasilkan sebesar 0,8897. Nilai
menunjukkan koefisien korelasi antara absorbansi dengan konsentrasi besar
sehingga linearitas dari kurva adalah baik. Dimana semakin tinggi konsentrasi
maka semakin besar pula nilai absorbansinya. Hal
tersebut sesuai dengan hukum Beer-Lambert yang menyatakan bahwa absorbansi
cahaya berbanding lurus dengan konsentrasi (Sukindro 2011). Selain itu
didapatkan absorbansi dari sampel konsentrasi 0,2 ppm adalah 0.5470
A. Absorbansi dari sampel konsentrasi 1 ppm sebesar 1.5943
A. Sehingga diperoleh persamaan garis y = 0.3102x –
0.2816.
SIMPULAN
Aktivitas
enzim selulase yang memiliki kadar tinggi pada cairan rumen akan menghasilkan
nilai absorbansi yang tinggi. Hal ini membuktikan semakin tinggi kadar enzim selulase
pada cairan rumen maka semakin tinggi terjadinya aktivitas enzim.
DAFTAR PUSTAKA
.
Ali UU, Wadji MF. 2014. Pemanfaatan bakteri
selulolitik sekum kelinci dengan aras konsentrasi koloni dan waktu inkubasi
untuk fermentasi limbah agroindustri lokal dalam pakan kelinci. Jurnal Sains Peternakan. 12(2): 94-100.
Anindyawati
T. 2010. Potensi selase dalam mendegradasikan lignoselulosa limbah pertanian
untuk pupuk organik. Berita Selulosa.
43(2) : 70-77.
Budiansyah
A, Resmi, Wiryawan KG, Soehartono MT, Widyastuti Y, Ramli N. 2010. Isolasi dan
karakterisasi enzim karbohidrase cairan rumen sapi asal rumah potong hewan. Jurnal Media Peternakan. 33(2) : 36-43.
Djamil
MS. 2000. Mekanisme fluor menghambat kerja enzim air liur. Jurnal Kedokteran Gigi. 20(7) : 1-6.
James J.
2008. Prinsip-Prinsip Sains Untuk Keperawatan. Penerbit Erlangga: Jakarta.
Nursela I, Arief DZ. 2017. Pengaruh waktu simpan buah naga (Hylocereus polyhizus) dan perbandingannya dengan ekstrak jahe (Zingiber officinale) terhadap karakteristik mix jus [skripsi]. Bandung(ID): Universitas Pasundan.
Panjaitan
RG, Andharyani E, Cahirul, Mariani, Zakiah Z, Manalu W. 2007. Pengatruh
pemberian karbon tetraklorida terhadap fungsi ginjal tikus. Makara Sains. 11(1) : 11-16.
Pesrita A, Linda TM, Devi S. 2017.Seleksi dan akivitas
enzim selulase aktinomisetes lokal riau pada media lignoselulosa ampas tebu. Jurnal Riau Biologia. 2(2): 159-163.
Prabowo
A, PadmowijotoZ, Bachrudin, Syukur A. 2007. Potensi mikrobia selulolitik
campuran dari ekstrak rayap, larutan feses gajah dan cairan rumen kerbau. Jurnal Indon. Tropical Animal. 32(3) :
55-60.
Rahayu, Mudatsir T, Hasballah. 2017.Faktor budaya dalam
perawatan ibu nifas . Jurnal Ilmu
Keperawatan. 5(1): 36-49.
Sari
M. 2011. Identifikasi protein menggunakan Fourier Transform Infrared (FTIR)
[skripsi]. Depok (ID) : Universitas Indonesia.
Soepranianondo
K, Nazar DS, Handiyatno D. 2007. Potensi jerami padi yang diamoniasi dan
difermentasi menggunakan bakteri selulolitik yterhadap konsumsi bahan kering,
kenaikan berat badan dan konversi pakan domba. Media Kedokteran Hewan. 23(3) : 30-45.
Sukindro.
2011. Analisis kadar fosfor dalam kacang hijau degan metode spektrofotometer
tri UV-Vis di Pasar Pekanbaru [skripsi]. Pekanbaru (ID) : Universitas Islam
Negeri Sultan Syarif Kasim Riau.
LAMPIRAN
Tidak ada komentar:
Posting Komentar