2.3.2. Peranan bakteri dalam perombakan lignoselulosa a. Perombakan lignin
Lignin merupakan senyawapolimer yang sulit didegradasi dan hanya sedikit mikroorganisme yang mampu mendegradasi lignin secara efektif.
Degradasi lignin membutuhkan enzim ekstraseluler yang tidak spesifik karena lignin mempunyai struktur acak dengan berat molekul tinggi Howard et al.,
2003. Beberapa kelompok bakteri mempunyai kemampuan mendegradasi lignin.
Bakteri dari genus Aeromonas, Bacillus, Flavobacterium, Pseudomonas maupun Streptomyces memiliki kemampuan enzimatis dalam menggunakan senyawa
cincin aromatik aromatic ring dan rantai samping yang ada pada lignin Hernandes et al., 1994. Disamping itu bakteri berperanan dalam perombakan
lebih lanjut senyawa intermediet hasil degradasi jamur Ruttiman et al., 1991. Degradasi lignin dari komplek lignoselulosa secara sempurna merupakan respon
dari aktivitas tiga kelompok utama enzim ekstraseluler yaitu lignin- peroksidaseLi-P, mangan-peroksidaseMn-P, dan lakaseLac Perez et al., 2002.
Lignin Peroksidase EC 1.11.1.14, Li-P, Ligninase merupakan enzim lignolitik yang bertugas mengkatalisis oksidasi sebuah elektron dari cincin
aromatik lignin fenolik dan non-fenolik yang akan membentuk radikal kation dan fenoksi Akhtar et al., 1997. Senyawa radikal ini secara spontan atau
bertahap melepaskan ikatan antar molekul dan beberapa diantaranya melepaskan inti pada cincin aromatik. Oksidasi substruktur lignin yang dikatalisis oleh Li-P
dimulai dengan pemisahan satu elektron cincin aromatik substrat donor dan menghasilkan radikal kation aril yang kemudian mengalami berbagai reaksi
postenzymatic. Li-P memotong ikatan Cα-Cβ molekul lignin Gambar 2.8.
Pemotongan ikatan pada Cα-Cβ merupakan jalur utama perombakan lignin Gambar 2.9 Hammel, 1997. Disamping itu, Li-P juga merupakan oksidan yang
kuat yang mempunyai kemampuan mengoksidasi senyawa fenolik, amina, eter aromatik, dan senyawa aromatik polisiklik. Li-P adalah enzim peroksidase
ekstraseluler yang mengandung heme yang aktivitasnya bergantung pada H
2
O
2
, yang mempunyai potensial redoks yang sangat besar dan pH optimum yang
rendah Gold dan Alic, 1993.
Gambar 2.8. Skema Sistem Degradasi Lignin Sumber: Hammel, 1997
Gambar 2.9. Pemotongan ikatan C
α
-C
β
molekul lignin dan pembentukan senyawa intermediet Sumber: Hammel, 1997
Enzim Mangan-PeroksidaseMn-P EC. 1.11.1.13, Mn-P merupakan hemeperoksidase ekstraseluler yang membutuhkan Mn
2+
sebagai substrat
pereduksinya Steffen, 2003. Mn-P mengoksidasi Mn
2+
menjadi Mn
3+
dan H
2
O
2
sebagai katalis untuk menghasilkan gugus peroksida. Mn
3+
yang dihasilkan dapat berdifusi ke dalam substrat dan mengaktifkan proses oksidasi yang mengubah
struktur fenolik menjadi radikal fenoksil. Mn
3+
yang terbentuk sangat reaktif dan membentuk kompleks dengan chelating asam organik seperti asam oksalat atau
malat Kishi et al., 1994. Ion Mn
3+
distabilkan dan dapat menembus kedalam jaringan substrat dengan bantuan chelator Steffen, 2003. Hal ini didukung pula
oleh aktivitas kation radikal dari veratril alkohol dan enzim penghasil H
2
O
2
. Proses ini diakhiri dengan bergabungnya O
2
ke dalam struktur lignin De Jong et al., 1994. Radikal fenoksil yang dihasilkan lebih lanjut bereaksi yang akhirnya
melepaskan CO
2
. Siklus katalitik dari Li-P dan Mn-P hampir sama. Produk utama reaksi Li-
P dengan H
2
O
2
adalah senyawa I 2-elektron Li-P I teroksidasi Gambar 2.10. Li-P I direduksi kembali menjadi enzim asal melalui langkah 2 elektron tunggal
dengan senyawa II Li-P II. Perbedaan utama Li-P dan Mn-P adalah asal substrat pereduksi. Li-P mengkatalis oksidasi senyawa lignin non-fenolik serupa dengan
perubahan veratril alkohol menjadi veratril aldehide Perez et al., 2002.
Gambar 2.10. Siklus katalitik pada Li-P Sumber: Evan dan Hedger, 2001
Gambar 2.11. Siklus katalitik Mn-P Sumber: Perez et al., 2002 Oksidasi lignin dan senyawa fenolik lain oleh Enzim Mn-P tergantung
pada ion Mn bebas. Substrat pereduksi utama dalam siklus katalitik Mn-P adalah Mn
2+
yang secara efesien mereduksi senyawa I Mn-P compound I menjadi senyawa II Mn-P compound II, menghasilkan Mn
3+
yang selanjutnya mengoksidasi substrat organik. Mn
2+
berikatan dengan chelator asam organik untuk menstabilkan Mn
3+
. Siklus katalitik Mn-P dimulai dengan pengikatan H
2
O
2
atau peroksida organik dengan enzim Ferric alami dan pembentukan kompleks besi peroksida Gambar 2.11Perez et al., 2002.
Pemecahan ikatan oksigen peroksida membutuhkan Fe
4+
-oxo-porphyrin- radicalcomplex dalam pembentukan Mn-P compound I. Kemudian ikatan dioksida
dipecah dan dikeluarkan satu molekul airnya. Reaksi berlangsung sampai terbentuknya Mn-P compound II. Ion Mn
2+
bekerja sebagai donor 1-elektron untuk senyawa antara forfirin dan dioksidasi menjadi Mn
3+
. Mn
3+
merupakan oksidan kuat yang dapat mengoksidasi senyawa fenolik tetapi tidak dapat
menyerang unit non-fenolik lignin Perez et al., 2002.
Gambar 2.12. Skema pembentukan CO
2
dari struktur aromatik lignin oleh Mn- PPerez et al., 2002.
Reaksi awal Mn
3+
dengan cincin fenolik adalah suatu oksidasi 1 elektron menjadi radikal fenoksil yang terdapat dalam mesomer yang berbeda Gambar
2.12. Secara simultan chelat asam organik dioksidasi menjadi feroksil dan radikal lain yang mungkin menghasilkan superoksida yang cendrung bereaksi dengan
radikal berpusat karbon menjadi bentuk eter peroksida yang mengalami pembelahan cincin yang dihasilkan dalam pembentukan struktur alifatik.
Selanjutnya sistem enzim Mn-P membelah gugus ini menjadi CO
2
dan radikal alifatik yang selanjutnya mengalami reaksi dengan dioksida menghasilkan CO
2
lebih banyak dan bahan organik dengan berat molekul rendah seperti asam formatPerez et al., 2002.
Enzim LaccaseLac EC 1.10.3.2, benzenediol:oxygen oxidoreductase merupakan fenol oksidasi mengandung tembaga yang tidak membutuhkan H
2
O
2
tetapi menggunakan molekul oksigen Thurston, 1994. Laccase berperan mengoksidasi gugus fenol menjadi kuinon. Ishihara 1980 menyatakan Laccase
adalah enzim pengoksidasi melalui proses demitilasi yang mengubah gugus
metoksi menjadi methanol. Disamping itu terdapat kelompok enzim fenol oksidase laccase dan tirosinase
yang mengoksidasi gugus δ dan p-fenol serta gugus amina menjadi kuinon dan memberi perubahan warna terhadap substansi
fenolik 1-naftol dan p-kresol. Kersten et al. 1990 menyatakan laccase mereduksi O
2
menjadi H
2
O dalam substrat fenolik melalui reaksi satu elektron membentuk radikal bebas. Dengan adanya elektron seperti ABTS 2.2-azinobis3-
ethylbenzthiozoline-6-sulphonate atau HBT Hydroxybenzotriazole, Laccase mampu mengoksidasi senyawa nonfenolik tertentu dan veratryl alcohol.
b. Pendegradasi selulosa
Kategori