4 protein ataupun enzim. Kesalahan dalam pelipatan protein dapat menyebabkan
peningkatan ekspresi protein rekombinan yang tidak larut insoluble. Protein rekombinan yang tidak larut biasanya memiliki aktivitas yang rendah.
Peningkatan ekspresi protein rekombinan pada E.coli dapat dilakukan dengan modifikasi komponen medium ekspresi dan ini merupakan teknik yang paling
efisien Blommel et al 2007. Lama waktu induksi juga mempengaruhi tingginya ekpresi protein rekombinan pada bakteri E. coli Donovan et al 1996; Azaman et
al 2010. Penelitian yang telah dilakukan Putri 2010 menunjukkan bahwa limbah cair tahu yang ditambahkan ekstrak khamir dapat digunakan sebagai
medium pertumbuhan E.coli rekombinan dan ekspresi protein rekombinannya. Penggunaan limbah cari tahu sebagai medium ekspresi mempermudah tahapan
pemisahan protein aktif dengan inclusion body insoluble protein. Selain untuk meningkatkan produksi enzim, penelitian ini juga dilakukan
untuk memurnikan enzim yang telah diperoleh dan mengetahui karakteristik enzim AI dari G. stearothermophilus lokal. Karakteristik AI yang ingin diketahui
mencakup suhu dan pH optimum, logam aktivator dan stabilitas panas. Penelitian ini diharapkan dapat memperoleh enzim AI dari isolat lokal atau sumber daya
alam Indonesia yang telah terkarakterisasi. Enzim yang dihasilkan dapat digunakan untuk memproduksi tagatosa. Karakteristik enzim AI dari strain lokal
ini dapat menjadi acuan untuk dibandingkan dengan enzim AI yang telah ada. Serta apakah enzim bisa langsung diterapkan pada skala industri atau diperlukan
teknik lainnya untuk meningkatkan karakteristik enzim.
B. TUJUAN
Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah untuk: 1.
Optimasi produksi enzim AI yang berasal dari gen araA bakteri G. stearothermophilus asal Tanjung Api, Poso, Indonesia.
2. Purifikasi dan karakterisasi enzim AI yang telah dihasilkan.
C. MANFAAT
Manfaat jangka panjang yang diharapkan dari penelitian ini adalah industrialisasi enzim AI. Selain itu, juga industrialisasi D-tagatosa sehingga bisa
digunakan dalam industri makanan dan obat.
5
TINJAUAN PUSTAKA
A. ENZIM ARABINOSA ISOMERASE
L-Arabinosa isomerase AI merupakan enzim intraseluler yang berdasarkan klasifikasi enzim secara internasional atas reaksi yang dikatalisisnya diberi nomor
kode EC 5.3.1.4. Enzim AI dapat mengkatalisis secara revesible reaksi isomerisasi L-arabinosa menjadi L-ribulosa dan D-galaktosa menjadi D-tagatosa. Perubahan
L-arabinosa menjadi L-ribulosa terjadi secara in vivo, sedangkan perubahan D- galaktosa menjadi D-tagatosa dapat terjadi secara in vitro Lee et al 2004.
Pada awalnya enzim AI diketahui karena kemampuan beberapa mikroorganisme menggunakan L-arabinosa sebagai sumber karbon. L-arabinosa
akan dirubah menjadi D-selulosa-5-posfat yang merupakan reaksi intermediet dalam jalur pentosa fosfat. Reaksi tahap pertama pada jalur tersebut adalah
terjadinya perubahan arabinosa menjadi L-ribulosa oleh enzim arabinosa isomerase AI. Kemampuan AI dalam mengkatalisis reaksi isomerisasi galaktosa
menjadi tagatosa dikarenakan kemiripan struktur konfigurasi antara galaktosa dengan L-arabinosa Yoon et al 2003. Karena dapat mengkatalisis reaksi
isomerisasi pada D-galaktosa, enzim AI sering juga disebut sebagai galaktosa isomerase Zang et al 2010.
Gambar 2. Reaksi isomerisasi yang dikatalisis oleh enzim AI Lee et al 2004
6 Enzim AI dapat dihasilkan oleh mikroorganisme mesofilik dan termofilik.
Aerobacter aerogenes, Lactobacillus plantarum, L. gayonii, L. pentosus,L. sakei, E. coli, Mycobacterium smegmatis, Salmonella typhimurium, Bacillus subtilis dan
B. halodurans merupakan mikroorganisme mesofilik penghasil enzim AI yang telah diteliti. Sedangkan mikroorganisme termofilik penghasil enzim AI yang
sampai saat
ini telah
dipelajari antara
lain seperti
Thermus sp.
Thermoanaerobacter mathranii, Alicyclobacillus acidocaldarius, Thermotoga neapolitana, Thermotoga maritima,, Geobacillus stearothermophilus, G.
thermodenitrificans dan Acidothermus cellulolytics Zhang et al 2007; Prabhu et al 2008; Rhimi et al 2010.
Enzim AI dikodekan oleh gen araA yang terletak pada kompleks gen L- arabinosa. Gen araA terdiri dari sekitar 1494 – 1535 pasang basa bp. Jumlah
pasang basa yang dimiliki gen araA tergantung mikroorganisme asalnya. Gen araA G. stearothermophilus strain lokal memiliki 1512 pasang basa Fitriani
Saksono 2010. B. stearothermophilus US 100, G. stearothermophilus, dan G. thermodenitrificans mengekspresikan enzim AI yang berukuran 56 kDa Rhimi
Bejar 2006; Kim Oh 2005. Sebagian besar AI terdiri dari 4 tetramer struktur sekunder yang berbentuk alfa-heliks. Kecuali AI dari E. coli yang berupa hexamer
Wallace et al 1978. Asam amino yang berada pada sisi aktif enzim AI adalah asam glutamat pada posisi 305 dan 330. Sisi aktif AI akan mengikat substrat
arabinosa ataupun galaktosa untuk dikatalisis menjadi produk. Struktur AI pada saat mengikat substrat galaktosa dapat dilihat pada gambar 3 dibawah ini.
Gambar 3. Model molekul AI ketika mengikat galaktosa Kim et al 2009
7 Enzim AI dari bakteri termofilik memiliki pH optimum 7.0-8.5, dengan pH
isoelektrik sekitar 5.0-5.8 dan suhu optimum antara 60-90ºC. Sebagian besar enzim AI membutuhkan ion logam Mn
2+
dan Co
2+
sebagai kofaktor. Penggunaan Co
2+
sebagai kofaktor untuk menghasilkan bahan pangan tidak direkomendasikan karena bahaya kesehatan yang ditimbulkannya Jorgensen et al 2004. Aktivitas
katalisis dan stabilitas beberapa enzim AI juga ada yang meningkat dengan keberadaan ion Fe
2+
, Mg
2+
, dan Ca
2+
Oh 2007; Kim Oh 2005. Tidak adanya ion logam sebagai kofaktor menyebabkan aktifitas enzim AI lebih rendah Lee et
al 2005a.
B. TAGATOSA
