Karakteristik Xylanase Bakteri Xylanolitik Termofilik yang Diisolasi dari Sumber Air Panas Gunung Pancar, Bogor
KARAKTERISASI XYLANASE BAKTERI XYLANOLITIK TERMOFILIK
YANG DIISOLASI DARI SUMBER AIR PANAS
GUNUNG PANCAR, BOGOR
Oleh
IRAWAN
BI097267
PROGRAM PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
1999
RINGKASAN
Ilrawan. Karakterisasi Xylanase Bakteri Xylanolitik Termofilik yang Diisolasi
dari Sumber Air Panas Gunung Pancar, Bogor (Characterization of the
Xylanase of Xylanolytic Thermophilic Bacteria isolated from Gunung
Panear Hot Spring, Bogar). Dibawah bimbingan Dr. Antonius Suwanto,
Prof Dr. Maggy T. Suharlono dan Dr. Tresnawati Purwadaria.
Xylan merupakan komponen utama hemiselulosa yang pada dinding
sel tanaman, terikat pada selulosa, pektin, lignin dan polisakarida lainnya
untuk membentuk dinding sel. Xylanase sebahai enzim yang berperan dalam
mendegradasi xylan mendapat perhatian yang serius karena kegunaannya
dalam berbagai proses industri dan hasil hidrolisis xylan dapat dimanfaatkan
untuk berbagai kebutuhan yang penting dimasa mendatang. Xylanase yang
berasal dari mikroorganisme termofilik terutama digunakan dalam proses
pemutihan kertas dan pulp dapat menggurangi penggunaan Idorin yang
berbahaya bagi kelestarian lingkungan.
Dalam penelitian ini dilakukan isolasi bakteri termofilik yang dapat
mendegradasi xylan.
Isolat IT-Q8 yang diisolasi dari sumber air panas
Gunung Pancar, Bogor. Menggunakan Modified Thermus medium dapat
menghasilkan xylanase yang termoaktif.
Xylanase IT-Q8 menunjukkan
aktivitas yang tinggi pada berbagai suhu dan pH, yaitu dari suhu 40 sampai
100°C, dan pH 4 sampai 9. Suhu dan pH optimum xylanase IT-Q8 adalah
80°C dan pH 6.0nya.
Uji kestabilan terhadap suhu menunjukkan bahwa
xylanase IT-08 stabil pada suhu 70°C selama setidaknya 24 jam dan pada
suhu 80°C mempunyai waktu paruh 1.5 jam. Dari pengujian pengaruh kation
divalen terhadap aktivitas enzim. didapatkan bahwa ion Mg2+ dan Ca 2+ dapat
meningkatkan aktivitas enzim sampai sekitar 40% dan 22%. Dari zimogram
ekstrak kasar enzim IT-08 didapatkan adanya dua
ｰｾ｡＠
｡ｫｴｾ＠
yang berarti isolat
IT-08 setidaknya menghasilkan dua macam xylanase yang berberat molekul
78 dan 60 kDa.
Enzim dengan berat molekul 78 kDa ekspresinya
dipengaruhi oleh suhu pertumbuhannya.
Analisis sekuen
16S-rRNA
menunjukkan bahwa IT-08 sekerabat dekat dengan Bacillus thermo/eovorans
namun demikian dari pohon filogenetiknya terlihat bahwa IT-08 terletak pada
klaster terpisah.
KARAKTERISASI XYLANASE BAKTERI XYLANOLlTIK TERMOFILIK
YANG DIISOLASI DARI SUMBER AIR PANAS
GUNUNG PANCAR, BOGOR
Oleh
IRA WAN
BI097267
Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
Pada
Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogar
PROGRAM STUDI BIOLOGI
PROGRAM PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
1999
: KARAKTERISASI XYLANASE BAKTERI
XYLANOLITIK TERMOFILIK YANG DIISOLASI
DARI SUMBER AIR PANAS GUNUNG PAN CAR,
BOGOR
Judul
Nama Mahasiswa : I RAW A N
Nomor Pokok
: 97267
Program Studi
: BIOLOGI
Menyetujui
1. Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Antonius Suwanto, M.Sc.
Ketua
Prof. Dr. Ir
｡ＢＧＮＬＱｔｾ＠
,.,.",a",r1",o",n""o
Anggota
2. Ketua Program Studi
Biologi
Dr. Ir. H. Dede Setiadi
Tanggal Lulus :
Dr. Tresnawati Purwadaria
Anggota
3. Direk1ur
b"G!lram Pascasarjana
Pertanian Bogor
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan sebagai putera keempat dari tujuh bersaudara pada
tang gal 8 oktober 1972 di Jambi. Pada tahun 1992 penulis di terima menjadi
mahasiswa IPB pada program studi Biologi, Fakultas Matematika dan IImu
Pengetahuan Alam IPB dan menyelesaikan pendidikan sarjana pada tahun
1997. Pada tahun 1997 penulis melanjutkan pendidikan pada Program Studi
Biologi, Program Pascasarjana IPB dan menyelesaikan pendidikan pada
tahun 1999.
vi
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjalkan ke hadiral Tuhan Yang Maha Esa alas
semua berkah dan karunia-Nya, sehingga penulis dapal menyelesaikan lesis
ini sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Magister Sains pada Program
Pascasarjana, Institut Pertanian Bogar.
Pada kesempalan ini penulis menyampaikan rasa lerimakasih dan
penghargaan yang sebesar-besamya kepada Dr. Ir. Anlonius Suwanlo, M.Sc.
selaku Kelua Komisi pembimbing, serta Prof. Dr. Ir. Maggy T. Suhartono dan
Dr.
Tresnawati
Purwadaria,
masing-masing
selaku
Anggota
Komisi
Pembimbing, alas segala bimbingan dan dukungannya selama proses
penelitian ini berlangsung sampai kepada penulisan tesis ini.
Ucapan lerima kasih juga penulis ucapkan kepada :
1. Direktoral Jenderal Pendidikan Tinggi alas dana penelitian yang diberikan
melalui
proyek
penelitian
Hibah
Tim
dengan
nomar
kontrak
OOS/HTPP/IV/URGE Tahun 1999/2000
2. Pimpinan dan stat PAU Bioleknologi IPB alas fasililas yang digunakan
selama penulis melakukan penelitian.
3. Mbak Temmy, Pak Dwi, ibu Nisa, mbak Puji dan Herman yang lelah
banyak memberi masukan yang berharga maupun alas inleraksi posilff
selama penulis melakukan penelitian.
vii
4. Ibu Yusminah, Pak Bowo, mbak Yun, Ibu Ika, Ibu Eni, Pak Mulya atas
bantuan dan interaksinya selama penelitian.
5. Rekan-rekan
sub
program Mikrobiologi
angkatan 97
atas
semua
persahabatan dan kerjasamanya sejak dari awal perkuliahan.
6. Kepada semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu atas
interaksi positifnya selama penulis melakukan penelitian di lab MB
Kepada orang tua, kakak-kakak dan adik-adik penulis atas pengertian
dan dorongan yang diberikan selama penulis melanjutkan pendidikan di IPB.
Akhimya dengan segala kekurangan yang ada, semoga karya ini
dapat dimanfaatkan oleh pihak-pihak yang memerlukan.
Bogor, Nopember 1999
Penulis
viii
DAFTARISI
Halaman
Riwayat Hidup ...............................................................
VI
Kata Pengantar ...............................................................
vii
Daftar lsi .................................. __ . ___ ................................
ix
Daftar Gambar ....................................................... _. ... ...
x
PENDAHULUAN .............................................................
1
A. Latar Belakang ...................................................
1
B. Tujuan Penelitian ............................................. ...
2
TINJAUAN PUSTAKA ... ...... ............ ...... ............ ...............
3
A. Xylanase dan Aplikasinya ............ ........................
3
B. Regulasi Sintesis Xylanase .................................
8
C. Bakteri Termofilik .................................................
10
D. Klasifikasi Mikroorganisme dengan 16S-rRNA .........
11
BAHAN DAN METODE ....................................................
13
A. Tempat dan Waktu Penelitian .......................... .....
13
B. Bahan dan Alat ........................ ...........................
13
C. Metode Penelitian ....................................... .........
13
1. Isolasi bakteri termofilik pendegradasi xylan ...
13
2. Produksi dan karakterisasi enzim ..................
14
3. Amplifikasi dan kloning 16S-rRNA ..................
15
4. Penentuan berat molekul dengan teknik zimogram
16
HASIL DAN PEMBAHASAN ...... ...... ...... ...... ...... ...... .........
18
KESIMPULAN ...................................................... ...........
26
DAFTAR PUSTAKA ................................................... ......
27
LAMPIRAN .......................................... .........................
29
DAFTAR GAMBAR
Teks
No.
Halaman
1. Struktur xylan dan enzim yang terlibat dalam hidrolisisnya
4
2. Regulasi biosintesis xylanase (model hipotetikal) ...............
9
3. IsolatiT-OS pada medium MTM + 0.5% oat spelt xylan ... ... ...
1S
4. Pohon filogenetik isolat IT-OS ..........................................
19
5. Kurva produksi xylanase oleh isolat IT-OS ...... ... ... ......... ....
20
6. Pengaruh suhu terhadap aktivitas xylanase ........................
21
7. Pengaruh pH terhadap aktivitas xylanase ... ........................
21
S. Pengaruh kation divalen terhadap aktivitas xylanase ............
22
9. Termostabilitas xylanase isolat IT-OS pada suhu 70 dan SO"C
23
10. Hasil zimogram ekstrak kasar xylanase dari isolatiT-OS ......
25
x
YANG DIISOLASI DARI SUMBER AIR PANAS
GUNUNG PANCAR, BOGOR
Oleh
IRAWAN
BI097267
PROGRAM PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
1999
RINGKASAN
Ilrawan. Karakterisasi Xylanase Bakteri Xylanolitik Termofilik yang Diisolasi
dari Sumber Air Panas Gunung Pancar, Bogor (Characterization of the
Xylanase of Xylanolytic Thermophilic Bacteria isolated from Gunung
Panear Hot Spring, Bogar). Dibawah bimbingan Dr. Antonius Suwanto,
Prof Dr. Maggy T. Suharlono dan Dr. Tresnawati Purwadaria.
Xylan merupakan komponen utama hemiselulosa yang pada dinding
sel tanaman, terikat pada selulosa, pektin, lignin dan polisakarida lainnya
untuk membentuk dinding sel. Xylanase sebahai enzim yang berperan dalam
mendegradasi xylan mendapat perhatian yang serius karena kegunaannya
dalam berbagai proses industri dan hasil hidrolisis xylan dapat dimanfaatkan
untuk berbagai kebutuhan yang penting dimasa mendatang. Xylanase yang
berasal dari mikroorganisme termofilik terutama digunakan dalam proses
pemutihan kertas dan pulp dapat menggurangi penggunaan Idorin yang
berbahaya bagi kelestarian lingkungan.
Dalam penelitian ini dilakukan isolasi bakteri termofilik yang dapat
mendegradasi xylan.
Isolat IT-Q8 yang diisolasi dari sumber air panas
Gunung Pancar, Bogor. Menggunakan Modified Thermus medium dapat
menghasilkan xylanase yang termoaktif.
Xylanase IT-Q8 menunjukkan
aktivitas yang tinggi pada berbagai suhu dan pH, yaitu dari suhu 40 sampai
100°C, dan pH 4 sampai 9. Suhu dan pH optimum xylanase IT-Q8 adalah
80°C dan pH 6.0nya.
Uji kestabilan terhadap suhu menunjukkan bahwa
xylanase IT-08 stabil pada suhu 70°C selama setidaknya 24 jam dan pada
suhu 80°C mempunyai waktu paruh 1.5 jam. Dari pengujian pengaruh kation
divalen terhadap aktivitas enzim. didapatkan bahwa ion Mg2+ dan Ca 2+ dapat
meningkatkan aktivitas enzim sampai sekitar 40% dan 22%. Dari zimogram
ekstrak kasar enzim IT-08 didapatkan adanya dua
ｰｾ｡＠
｡ｫｴｾ＠
yang berarti isolat
IT-08 setidaknya menghasilkan dua macam xylanase yang berberat molekul
78 dan 60 kDa.
Enzim dengan berat molekul 78 kDa ekspresinya
dipengaruhi oleh suhu pertumbuhannya.
Analisis sekuen
16S-rRNA
menunjukkan bahwa IT-08 sekerabat dekat dengan Bacillus thermo/eovorans
namun demikian dari pohon filogenetiknya terlihat bahwa IT-08 terletak pada
klaster terpisah.
KARAKTERISASI XYLANASE BAKTERI XYLANOLlTIK TERMOFILIK
YANG DIISOLASI DARI SUMBER AIR PANAS
GUNUNG PANCAR, BOGOR
Oleh
IRA WAN
BI097267
Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
Pada
Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogar
PROGRAM STUDI BIOLOGI
PROGRAM PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
1999
: KARAKTERISASI XYLANASE BAKTERI
XYLANOLITIK TERMOFILIK YANG DIISOLASI
DARI SUMBER AIR PANAS GUNUNG PAN CAR,
BOGOR
Judul
Nama Mahasiswa : I RAW A N
Nomor Pokok
: 97267
Program Studi
: BIOLOGI
Menyetujui
1. Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Antonius Suwanto, M.Sc.
Ketua
Prof. Dr. Ir
｡ＢＧＮＬＱｔｾ＠
,.,.",a",r1",o",n""o
Anggota
2. Ketua Program Studi
Biologi
Dr. Ir. H. Dede Setiadi
Tanggal Lulus :
Dr. Tresnawati Purwadaria
Anggota
3. Direk1ur
b"G!lram Pascasarjana
Pertanian Bogor
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan sebagai putera keempat dari tujuh bersaudara pada
tang gal 8 oktober 1972 di Jambi. Pada tahun 1992 penulis di terima menjadi
mahasiswa IPB pada program studi Biologi, Fakultas Matematika dan IImu
Pengetahuan Alam IPB dan menyelesaikan pendidikan sarjana pada tahun
1997. Pada tahun 1997 penulis melanjutkan pendidikan pada Program Studi
Biologi, Program Pascasarjana IPB dan menyelesaikan pendidikan pada
tahun 1999.
vi
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjalkan ke hadiral Tuhan Yang Maha Esa alas
semua berkah dan karunia-Nya, sehingga penulis dapal menyelesaikan lesis
ini sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Magister Sains pada Program
Pascasarjana, Institut Pertanian Bogar.
Pada kesempalan ini penulis menyampaikan rasa lerimakasih dan
penghargaan yang sebesar-besamya kepada Dr. Ir. Anlonius Suwanlo, M.Sc.
selaku Kelua Komisi pembimbing, serta Prof. Dr. Ir. Maggy T. Suhartono dan
Dr.
Tresnawati
Purwadaria,
masing-masing
selaku
Anggota
Komisi
Pembimbing, alas segala bimbingan dan dukungannya selama proses
penelitian ini berlangsung sampai kepada penulisan tesis ini.
Ucapan lerima kasih juga penulis ucapkan kepada :
1. Direktoral Jenderal Pendidikan Tinggi alas dana penelitian yang diberikan
melalui
proyek
penelitian
Hibah
Tim
dengan
nomar
kontrak
OOS/HTPP/IV/URGE Tahun 1999/2000
2. Pimpinan dan stat PAU Bioleknologi IPB alas fasililas yang digunakan
selama penulis melakukan penelitian.
3. Mbak Temmy, Pak Dwi, ibu Nisa, mbak Puji dan Herman yang lelah
banyak memberi masukan yang berharga maupun alas inleraksi posilff
selama penulis melakukan penelitian.
vii
4. Ibu Yusminah, Pak Bowo, mbak Yun, Ibu Ika, Ibu Eni, Pak Mulya atas
bantuan dan interaksinya selama penelitian.
5. Rekan-rekan
sub
program Mikrobiologi
angkatan 97
atas
semua
persahabatan dan kerjasamanya sejak dari awal perkuliahan.
6. Kepada semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu atas
interaksi positifnya selama penulis melakukan penelitian di lab MB
Kepada orang tua, kakak-kakak dan adik-adik penulis atas pengertian
dan dorongan yang diberikan selama penulis melanjutkan pendidikan di IPB.
Akhimya dengan segala kekurangan yang ada, semoga karya ini
dapat dimanfaatkan oleh pihak-pihak yang memerlukan.
Bogor, Nopember 1999
Penulis
viii
DAFTARISI
Halaman
Riwayat Hidup ...............................................................
VI
Kata Pengantar ...............................................................
vii
Daftar lsi .................................. __ . ___ ................................
ix
Daftar Gambar ....................................................... _. ... ...
x
PENDAHULUAN .............................................................
1
A. Latar Belakang ...................................................
1
B. Tujuan Penelitian ............................................. ...
2
TINJAUAN PUSTAKA ... ...... ............ ...... ............ ...............
3
A. Xylanase dan Aplikasinya ............ ........................
3
B. Regulasi Sintesis Xylanase .................................
8
C. Bakteri Termofilik .................................................
10
D. Klasifikasi Mikroorganisme dengan 16S-rRNA .........
11
BAHAN DAN METODE ....................................................
13
A. Tempat dan Waktu Penelitian .......................... .....
13
B. Bahan dan Alat ........................ ...........................
13
C. Metode Penelitian ....................................... .........
13
1. Isolasi bakteri termofilik pendegradasi xylan ...
13
2. Produksi dan karakterisasi enzim ..................
14
3. Amplifikasi dan kloning 16S-rRNA ..................
15
4. Penentuan berat molekul dengan teknik zimogram
16
HASIL DAN PEMBAHASAN ...... ...... ...... ...... ...... ...... .........
18
KESIMPULAN ...................................................... ...........
26
DAFTAR PUSTAKA ................................................... ......
27
LAMPIRAN .......................................... .........................
29
DAFTAR GAMBAR
Teks
No.
Halaman
1. Struktur xylan dan enzim yang terlibat dalam hidrolisisnya
4
2. Regulasi biosintesis xylanase (model hipotetikal) ...............
9
3. IsolatiT-OS pada medium MTM + 0.5% oat spelt xylan ... ... ...
1S
4. Pohon filogenetik isolat IT-OS ..........................................
19
5. Kurva produksi xylanase oleh isolat IT-OS ...... ... ... ......... ....
20
6. Pengaruh suhu terhadap aktivitas xylanase ........................
21
7. Pengaruh pH terhadap aktivitas xylanase ... ........................
21
S. Pengaruh kation divalen terhadap aktivitas xylanase ............
22
9. Termostabilitas xylanase isolat IT-OS pada suhu 70 dan SO"C
23
10. Hasil zimogram ekstrak kasar xylanase dari isolatiT-OS ......
25
x