Protease adalah enzim yang berperan dalam reaksi pemecahan protein. Enzim ini akan mengkatalisis reaksi-reaksi hidrolisis, yaitu reaksi yang melibatkan unsur air pada ikatan spesifik substrat.
Apa yang dimaksud dengan enzim Protease?
Pengertian Enzim Protease
Berdasarkan cara hidrolisisnya, protease dibedakan menjadi proteinase dan peptidase. Proteinase menghidrolisis molekul protein menjadi polipeptida, sedangkan peptidase menghidrolisis fragmen polipeptida menjadi asam amino (Rao et al, 1998).
Protease merupakan enzim penting dan memiliki nilai ekonomi yang tinggi karena aplikasinya yang sangat luas. Industri pengguna protease diantaranya ialah industri deterjen, kulit, tekstil, makanan, hidrolisat protein, pengolahan susu, farmasi, bir, dan limbah (Moon dan Parulekar, 1993).
Protease merupakan enzim yang sangat kompleks, mempunyai sifat fisiko- kimia dan sifat-sifat katalitik yang sangat bervariasi. Enzim ini dihasilkan secara ekstraseluler oleh mikroorganisme, serta mempunyai peranan yang penting dalam metabolisme sel dan keteraturan proses dalam sel (Akhdiya, 2003). Enzim protease dapat dihasilkan oleh tanaman, hewan dan mikroorganisme. Enzim protease yang digunakan dalam bidang industri umumnya dihasilkan oleh mikroorganisme. Penggunaan tumbuhan sebagai sumber protease dibatasi oleh tersedianya tanah untuk penanaman dan kondisi yang cocok untuk pertumbuhan. Disamping itu proses produksi protease dari tumbuhan sangat memakan waktu. Protease tumbuhan yang dikenal antara lain papain, bromealin, keratinase.
Protease hewan yang paling dikenal adalah tripsin, kimotripsin, pepsin dan rennin. Enzim-enzim ini dapat diperoleh dalam keadaan murni dengan jumlah besar (Susanti, 2002).
Enzim yang bekerja sebagai katalis dalam reaksi hidrolisis protein disebut enzim proteolitik atau protease. Oleh karena yang dipecah adalah ikatan pada rantai peptida, maka disebut juga peptidase. Ada dua macam peptidase, yaitu endopeptidase dan eksopeptidase (Poedjiadi, 1994).
Klasifikasi Protease
Protease diklasifikasikan berdasarkan tiga kriteria utama, yaitu tipe reaksi yang dikatalisisnya, struktur kimia alami yang ada pada sisi katalitiknya, dan struktur yang berhubungan dengan evolusi (Rao et al., 1998). Berdasarkan sistem klasifikasi IUBMB (Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology), enzim-enzim proteolitik mikroba dapat dibedakan atas endopeptidase dan eksopeptidase. Endopeptidase terbagi menjadi 4 kelompok utama, yaitu protease serin (EC 3.4.21), protease sistein (EC 3.4.22), protease aspartat (EC 3.4.23) dan protease metal (EC 3.4.24) (Moreau dan Cophlin, 2004). Penamaan tersebut menunjukkan bagian penting dari sisi katalitik enzim.
-
Protease serin
Protease serin adalah endopeptidase yang mempunyai residu sistein reaktif dan pH optimum mendekati netral. Protein serin mempunyai aktivitas maksimum pada pH alkalis. Tiga residu asam amino yang membentuk catalytic triad yang essensial pada proses katalitik, yaitu His57, Asp102 dan serin195. Tahap pertama terjadi pembentukan intermediet asil-enzim antara substrat dan serin. Pada tahap kedua intermediet asil-enzim di hidrolisis dengan molekul air yang melepaskan peptida dengan gugus OH serin (Moreau dan Cophlin, 2004).
-
Protease sistein
Famili protease ini meliputi protease tanaman seperti papain, aktinidin dan bromelain. Pada famili ini, papain merupakan tipe protease yang paling banyak dipelajari. Proses katalisis berlangsung melalui pembentukan intermediet kovalen yang melibatkan residu sistein dan histidin. Pada protease sistein, Cys25 dan His159 berperan sama seperti Ser195 dan His57 pada protease serin. Ion thiolat lebih nukleofil daripada gugus OH. Ion thiolat distabilkan melalui pembentukan pasangan ion dengan gugus imidazolium dari His159 (Moreau dan Cophlin, 2004).
-
Protease aspartat
Protease aspartat umumnya mempunyai aktivitas katalitik maksimum pada pH asam. Hampir semua protease aspartat termasuk famili pepsin yang meliputi enzim digestif seperti pepsin, chimosin, rennin dan protease fungal (Moreau dan Cophlin, 2004).
-
Protease metal
Protease metal mengandung ion logam essensial, biasanya Zn yang mempunyai aktivitas optimum didekat pH netral. Enzim ini distabilkan oleh Ca2+ dan dihambat oleh bahan pengkelat yang kuat seperti EDTA. Enzim ini umumnya terdapat dalam mikroorganisme (Nagodawithana dan Reed, 1993).
Aplikasi Enzim Protease dalam Bidang Industri
Protease merupakan enzim penting yang memiliki nilai ekonomi tinggi karena aplikasinya dalam bidang industri yang sangat luas, seperti industri deterjen, kulit, tekstil, makanan, pengolahan susu, dan pengolahan limbah (Nascimento dan Martin, 2006).
Dalam industri deterjen, penggunaan protease dapat mengurangi konsentrasi fosfat dalam deterjen dan menurunkan suhu air untuk mencuci pakaian, sehingga dapat menghemat energi dan mengurangi pencemaran lingkungan (Suhartono, 1989). Beberapa keuntungan dari penggunaan enzim sebagai cleaning agen, yaitu :
- Meningkatkan kerja deterjen terutama dengan suhu rendah dan pH hampir netral,
- Enzim merupakan bahan yang bersifat biodegradable dan tidak membahayakan ekosistem akuatik,
- Enzim dapat bereaksi spesifik terhadap bermacam-macam pengotor seperti darah dan lemak yang sulit dibersihkan.
Betty, dkk. (2009), menyatakan bahwa enzim protease dapat menurunkan jumlah fosfat dalam limbah deterjen. Dalam industri pembuatan barang jadi lateks, penggunaan lateks alam sebagai bahan baku alat bantu kedokteran, seperti sarung tangan, kateter, selang infus, dan sphygmomanometer, sering menghadapi masalah karena diketahui mengandung protein alergen yang menyebabkan reaksi alergi bagi sebagian pemakainya. Dari penelitian Siswanto, dkk. (2009), diketahui bahwa penambahan enzim protease dalam lateks pekat dapat menguraikan sebagian besar protein yang terkandung di dalamnya. Dalam penelitian tersebut telah dibuktikan bahwa penurunan kadar protein terjadi karena protein dalam lateks pekat terurai oleh aktivitas enzim protease dan hasil pemecahannya terbuang bersama-sama dengan serum ketika disentrifugasi.
Industri penyamakan kulit telah memanfaatkan enzim protease alkalin. Pada kulit terdapat lapisan korium yang digunakan untuk proses penyamakan kulit. Lapisan ini mengandung protein kolagen yang harus tetap dipertahankan. Protease digunakan untuk proses dehairing dan bating. Proses dehairing bertujuan untuk memisahkan dua struktur protein yaitu keratin dan kolagen. Pada proses ini menggunakan natrium sulfida (Na2S) untuk membuang protein keratin rambut. Proses bating digunakan untuk menghilangkan protein-protein penyusun lainnya yang berupa protein globular seperti albumin, globulin, mukoid, dan protein fibrous seperti retikulin dan elastin (Anggraini, 2003).
Selama ini, industri penyamakan kulit juga dikenal sebagai penghasil polusi udara dan air limbah. Penggunaan natrium sufida (Na2S) menimbulkan bau menyengat sehingga kurang baik untuk kesehatan. Sedangkan air limbah yang dihasilkan, telah dicemari oleh kapur dan sisa-sisa organik seperti rambut, lemak, dan kotoran potongan kulit. Oleh sebab itu, diperlukan teknologi untuk menurunkan polusi yang dihasilkan. Penggunaan protease dalam proses penyamakan kulit dapat menjadi solusinya. Proses enzimatik akan mengurangi kerusakan kimiawi pada kulit dan rambut (Anggraini, 2003).
Aplikasi yang terkait dengan pengolahan limbah industri adalah proses bioremediasi. Dimana pada saat ini proses bioremediasi telah berkembang pada proses recovery limbah buangan yang berbahaya, yaitu senyawa-senyawa kimia yang sulit untuk didegradasi, seperti logam-logam berat, petroleum hidrokarbon, dan senyawa-senyawa yang terhalogenasi, seperti pestisida, dan herbisida. Bioremediasi merupakan penggunaan mikroorganisme untuk mengurangi polutan di lingkungan. Saat bioremediasi terjadi, enzim-enzim yang diproduksi oleh mikroorganisme memodifikasi polutan beracun dengan mengubah struktur kimia polutan tersebut, reaksi ini disebut biotransformasi. Proses biotransformasi tersebut berujung pada proses biodegradasi, dimana polutan beracun terdegradasi, strukturnya menjadi tidak kompleks, dan menjadi metabolit yang tidak berbahaya dan tidak beracun (Jerzy dan Jean, 2000).
Uji Aktivitas Enzim Protease
Semua enzim adalah protein, dan aktivitas katalitiknya bergantung kepada integritas strukturnya sebagai protein. Penataan tertentu pada rantai samping asam amino suatu enzim di sisi aktifnya menentukan tipe molekul yang dapat terikat dan bereaksi. Terdapat banyak enzim yang memiliki molekul-molekul non protein kecil yang terhubung dengan sisi aktif atau di dekatnya. Molekul-molekul ini disebut kofaktor atau koenzim. Beberapa enzim memerlukan kofaktor atau koenzim untuk aktivitas katalitiknya. Terdapat berbagai faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim, yaitu suhu, pH, konsentrasi substrat, konsentrasi enzim, dan keberadaan inhibitor (Poedjiadi, 1994).
Pada beberapa penelitian, uji aktivitas enzim protease dipengaruhi oleh faktor nutrisi untuk pertumbuhan bakteri yang ada pada media yang digunakan, seperti sumber protein, lemak, mineral dan vitamin. Protease merupakan enzim yang produksinya dapat diinduksi oleh senyawa nitrogen sederhana. Di samping
itu, perbandingan antara unsur karbon dan nitrogen juga akan berpengaruh baik terhadap produksi enzim protease, sehingga aktivitas protease dapat lebih tinggi (Naiola dan Widhyastuti, 2002).
Aktivitas proteolitik ditentukan dengan metode Enggel et al. (2004). Pada metode ini, kasein digunakan sebagai substrat. Enzim protease yang disekreasi oleh sel bakteri akan menghidrolisis kasein untuk menghasilkan asam amino. Besarnya aktivitas proteolitik ditentukan berdasarkan jumlah tirosin yang dihasilkan dari hidrolisis kasein. Selain itu, pengukuran aktivitas proteolitik juga menggunakan larutan buffer fosfat pH 7 untuk mempertahankan pH dan sebagai pelarut kasein. Reaksi ini dihentikan dengan menambahkan asam trikhloroasetat (TCA), setelah reaksi tersebut dihentikan selanjutnya ditambahkan natrium karbonat (Na2CO3) untuk mengikat air yang tersisa pada larutan. Sebagai reagen pewarna digunakan reagen Folin ciocalteau yang akan bereaksi dengan protein dan memberikan warna biru yang kuat.
3 Likes
Enzim Protease
Enzim protease merupakan biokatalisator untuk reaksi pemecahan protein. Enzim ini akan mengkatalisis reaksi hidrolisis, yaitu reaksi yang melibatkan air pada ikatan spesifik substrat. Enzim ini termasuk dalam kelas utama enzim golongan hidrolase. Protease ialah enzim yang sangat bervariasi. Protease dapat dihasilkan secara ekstrasel dan intrasel, protease mempunyai peranan penting dalam metabolisme sel dan keteraturan proses dalam sel.
Protease merupakan enzim industri yang penting. Enzim ini digunakan terutama dalam industri detergen, farmasi, kulit, makanan, film, dan pengolahan limbah. Protease-protease diproduksi secara komersial dari bakteri dan jamur. Berdasarkan pH optimumnya, protease-protease mikroba dikelompokkan menjadi tiga golongan yaitu : protease basa, protease netral dan protease asam. Protease basa dan netral secara komersial diproduksi dari galur-galur Bacillus, sedangkan protease asam diproduksi dari jamur, khususnya galur-galur Mucor dan Endhothea (Rao, et al. 2007).
-
Protease Basa
Protease basa disebut juga sebagai protease serin, sebab protease ini dicirikan oleh adanya satu residu serin pada sisi aktif molekulnya. Protease basa ini merupakan endopeptidase dengan aktivitas proteolitik yang kuat dan mempunyai spesifitas yang rendah. Molekulnya stabil pada temperatur tinggi dan aktivitasnya optimum pada pH 9-11. Aktivitas tidak terhambat oleh
adanya pereaksi pembentuk khelat seperti EDTA, tetapi dihambat oleh diisopropil-fluorofosfat (DFP) dan fenilmetilsulfonil fluoride (PMSF). -
Protease Netral
Protease netral merupakan suatu protease logam (melloprotease) dan memerlukan ion Zn2+ agar aktivitasnya optimal. Rentang pH optimumnya sangat sempit, yaitu pada pH 6,6-7,6. Protease netral ini sangat tidak stabil terhadap protease basa dan protease pembentuk khelat. Seperti protease basa, protease netral juga merupakan endopeptidase dan memutus ikatan peptida yang mempunyai rantai samping hidrofobik. Protease netral diproduksi oleh bakteri dan jamur. Beberapa galur Bacillus penghasil protease netral antara lain : Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus cereus, Bacillus megaterium, Bacillus polymyza dan Bacillus subtilis. -
Protease Asam
Protease asam jarang dijumpai dalam bakteri, tetapi lebih dominan diproduksi oleh jamur. Molekulnya mengandung satu residu asam aspartat pada sisi aktifnya dan aktivitasnya tidak dipengaruhi oleh pereaksi pembentuk khelat, pereaksi gugus tiol dan inhibitor-inhibitor protease basa. Protease asam mempunyai pH optimum sangat rendah, yaitu 2-3. Enzim ini digunakan dalam industri kecap dan tahu (Suhartono MT, 2000).
Protease di Bidang Industri
Protease sebagai salah satu enzim industri, menguasai 60 % total pemasaran enzim dunia. Penggunaan enzim protease dalam berbagai produk komersial semakin luas sejalan dengan kemajuan dalam bidang bioteknologi. Protease dimanfaatkan dalam bidang industri antara lain dalam pengolahan pangan, penyamakan kulit, deterjen, dan pengolahan limbah cair. Di Indonesia kebutuhan akan enzim protease juga semakin meningkat namun kebutuhan ini masih tergantung pada produksi impor. Salah satu cara mengantisipasi ketergantungan terhadap impor tersebut perlu ada usaha untuk memproduksi enzim protease (Suhartono, MT. 2000).
Aktivitas Protease
Aktivitas enzim protease ditentukan dengan metode Horikoshi (1971). Cairan fermentasi enzimatik bebas sel (supernatan) selanjutnya disebut enzim diinkubasi selama 10 menit pada media kasein dan buffer fosfat 0,05 M, kemudian ditambahkan asam trikloro asetat 10 % untuk menghentikan aktivitasnya. Perhitungan yang digunakan adalah menggunakan pereaksi Horikoshi. Pereaksi Horikoshi bersifat asam, yang dapat menggumpalkan kasein. Selanjutnya enzim diukur absorbansinya menggunakan Spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 275 nm, dengan kontrol supernatan yang sudah dinonaktifkan dengan pemanasan pada suhu 1000C selama 20 menit. (Fujiwara dan Masui, 1992)
1 Like