AMPLIFIKASI GEN PENYANDI ENDO-1,4-β-XILANASE ASAL ISOLAT 7 BAKTERI XILANOLITIK SISTEM ABDOMINAL RAYAP TANAH SKRIPSI
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
AMPLIFIKASI GEN PENYANDI ENDO-1,4-β-XILANASE ASAL ISOLAT
7 BAKTERI XILANOLITIK SISTEM ABDOMINAL RAYAP TANAH
SKRIPSI
AMALIAH LABIQAH
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS AIRLANGGA
SURABAYA
2012
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
AMPLIFIKASI GEN PENYANDI ENDO-1,4-β-XILANASE ASAL ISOLAT
7 BAKTERI XILANOLITIK SISTEM ABDOMINAL RAYAP TANAH
SKRIPSI
AMALIAH LABIQAH
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS AIRLANGGA
SURABAYA
2012
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI
Judul
: Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7
Bakteri Xilanolitik Sistem Abdominal Rayap Tanah
Penyusun
: Amaliah Labiqah
NIM
: 080810521
Pembimbing I
: Prof. Dr. Ni Nyoman Tri Puspaningsih, M.Si
Pembimbing II
: Dr. Sri Sumarsih, M.Si
Tanggal seminar : 16 Juli 2012
Disetujui oleh :
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Prof. Dr. Ni Nyoman Tri Puspaningsih, M.Si
NIP. 19630615 198701 2 001
Dr. Sri Sumarsih, M.Si
NIP. 19600110 198810 2 001
Mengetahui,
Ketua Departemen Kimia
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga
Dr. Alfinda Novi Kristanti, DEA
NIP 19671115 199102 2 001
iii
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI
Skripsi ini tidak dipublikasikan, namun tersedia di perpustakaan dalam
lingkungan Universitas Airlangga. Diperkenankan untuk dipakai sebagai referensi
kepustakaan, tetapi pengutipan seijin penulis dan harus menyebutkan sumbernya
sesuai kebiasaan ilmiah.
Dokumen skripsi ini merupakan hak milik Universitas Airlangga
iv
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat serta
karunia yang telah diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan
judul “Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri
Xilanolitik Sistem Abdominal Rayap” dengan tepat waktu.
Skripsi ini disusun dengan dukungan dan bantuan berbagai pihak. Oleh
karena itu dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Prof. Dr. Ni Nyoman Tri Puspaningsih, M.Si selaku dosen pembimbing I
dan Dr. Sri Sumarsih, M.Si selaku dosen pembimbing II yang telah dengan
sabar meluangkan waktu dan pikiran untuk memberikan bimbingan
kepada penulis hingga skripsi ini dapat terselesaikan.
2. Drs. Ali Rohman selaku penguji proposal, Dr. Purkan, M.Si selaku dosen
penguji skripsi dan Drs. Handoko Darmokoesoemo, DEA selaku dosen
penguji skripsi sekaligus dosen wali yang telah memberikan masukan dan
pengarahan kepada penulis.
3. A. A. Istri Ratnadewi S.Si, M.Si yang telah memberikan projek penelitian.
4. Seluruh staf pengajar program studi S1 Departemen Kimia Fakultas Sains
dan Teknologi yang telah memberikan bekal ilmu yang semoga
memberikan manfaat di kemudian hari.
5. Kedua orang penulis yang selalu memberikan kasih sayang, semangat dan
do’a sehingga penulis mampu sampai pada tahap ini.
v
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
6. Kelompok peneliti Laboratorium Proteomik yang telah memberikan ilmu
dan bimbingan di Laboratorium.
7. Teman-teman kelompok penelitian Biokimia dan teman-teman S1, S2 dan
S3 Kimia Universitas Airlangga yang saling memberikan semangat,
dukungan dan saran dalam proses penyusunan skripsi.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh
karena itu kritik dan saran yang sifatnya membangun untuk menyempurnakan
sangat diperlukan oleh penulis. Semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat
bagi penulis dan pembaca.
Surabaya, 30 Juli 2012
Penulis
Amaliah Labiqah
vi
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
Amaliah Labiqah, 2012, Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal
Isolat 7 Bakteri Xilanolitik Sistem Abdominal Rayap Tanah. Skripsi ini di
bawah bimbingan Prof. Dr. Ni Nyoman Tri Puspaningsih, M.Si dan Dr. Sri
Sumarsih, M.Si, Departemen Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi,
Universitas Airlangga, Surabaya.
ABSTRAK
Enzim-enzim xilanolitik berperan penting dalam mengolah limbah-limbah
pertanian yang sebagian besar mengandung hemiselulosa dengan xilan sebagai
komponen utamanya. Salah satu enzim xilanolitik yang mampu mendegradasi
xilan adalah enzim endo-1,4-β-xilanase. Pada penelitian ini dilakukan amplifikasi
gen penyandi endo-1,4-β-xilanase asal isolat 7 bakteri xilanolitik sistem
abdominal rayap tanah. Amplifikasi dilakukan dengan metode PCR menggunakan
sepasang primer forward dan primer reverse yang didesain masing-masing
dengan nama endoF dan endoR. Hasil elektroforesis produk PCR menunjukkan
gen penyandi endo-1,4-β-xilanase dapat teramplifikasi dengan ukuran sekitar
0,5bp.
Kata kunci :bakteri xilanolitik, rayap tanah,endo-1,4-β-xilanase, amplifikasi,
PCR
vii
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
Amaliah Labiqah, 2012, Amplification Gene Encoding Endo-1,4-β-xylanase
From Xylanolytic Bacterial Isolate 7 of Soil Termite Abdominal System.
Script is under the guidance of Prof. Dr. Ni Nyoman Tri Puspaningsih, M.Si
and Dr. Sri Sumarsih, M.Si, Department of Chemistry, Faculty of Science
and Technology, Airlangga University, Surabaya.
ABSTRACT
Xylanolytic enzymes play an important role in the processing of agricultural
wastes which contain most of the hemicelluloses with xylan as its mainc
omponent. Oneof enzyme that is able to degrade xylan is endo-1 ,4-β-xylanas
enzyme. In this research the amplification of the gene encoding endo-1 ,4-βxylanase was isolated from xylanolytic bacterial isolates 7 of soil termite
abdominal system. Performed by PCR amplification using the primer pair of
forward and reverse primers designe drespectively by name endoF and EndoR.
PCR product electrophoresis showed genes encoding endo-1,4-β-xylanase can be
amplified in size about 0,5 bp.
Keywords : xilanolitic bacteria, soil termite, endo-1,4-β-xilanase, amplification,
PCR
viii
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .......................................................................................
LEMBAR PERNYATAAN .............................................................................
LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................
LEMBAR PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI ......................................
KATA PENGANTAR ......................................................................................
ABSTRAK................................................................................................ ........
ABSTRACT................................................................................................ ......
DAFTAR ISI .....................................................................................................
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................
DAFTAR LAMPIRAN............................................................................. .......
DAFTAR SINGKATAN ..................................................................................
i
ii
iii
iv
v
vii
viii
ix
xi
xii
xiii
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................
1.1 Latar Belakang Masalah ..................................................................
1.2 Rumusan Masalah ...........................................................................
1.3 Tujuan Penelitian.............................................................................
1.4 Manfaat Penelitian ...........................................................................
1
1
3
4
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................
2.1 Rayap ...............................................................................................
2.2 Xilan ................................................................................................
2.3 Enzim-enzim xilanase .....................................................................
2.3.1 Enzim Ekso-xilanase ............................................................
2.3.2 Enzim Endo-1,4-β-xilanase ..................................................
2.3.3 Enzim β-xilosidase ...............................................................
2.3.4 Enzim α-L-arabinofuranosidase ...........................................
2.4 Polimeration Chain Reaction ...........................................................
2.4.1 Langkah dan Komponen PCR ....................................... .....
2.4.2 Desain Primer PCR ..............................................................
2.5 Analisis DNA dengan Elektroforesis Gel Agarosa .........................
2.6 Sekuensing DNA ..............................................................................
2.7 Sequence Aligment dan Program BLAST ........................................
5
5
8
9
9
9
11
11
12
12
14
18
19
20
BAB III METODE PENELITIAN .................................................................
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian .........................................................
3.2 Sampel, Bahan dan Alat Penelitian .................................................
3.2.1 Sampel Penelitian ...............................................................
3.2.2 Bahan Penelitian ..................................................................
3.2.3 Alat Penelitian .....................................................................
3.3 Prosedur Penelitian .........................................................................
3.3.1 Pembuatan Media ................................................................
3.3.1.1 Pembuatan LB cair ..................................................
3.3.1.2 Pembuatan LB padat ..............................................
22
22
22
22
22
23
23
23
23
23
ix
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
3.3.2 Peremajaan Bakteri Xilanolitik Sistem Abdominal Rayap
Tanah Isolat 7 ......................................................................
3.3.3 Isolasi DNA Kromosom ......................................................
3.3.4 Analisis DNA dengan Elektroforesis Gel Agarosa .............
3.3.5 Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase dengan
Teknik PCR .........................................................................
3.3.6 Purifikasi Produk PCR .......................................................
3.3.7 Sekuensing Amplikon dengan Metode Sanger ...................
3.4 Skema Kerja ....................................................................................
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Isolasi DNA Kromosom Bakteri Xilanolitik Sistem Abdominal
Rayap Tanah Isolat 7 .......................................................................
4.2 Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase dengan Metode
PCR .................................................................................................
4.3 Purifikasi atau Pemurnian DNA Produk PCR.................................
4.4 Analisis Urutan Basa Nukleotida Gen Penyandi Endo-1,4-βxilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik Sistem Abdominal
Rayap Tanah....................................................................................
24
24
25
26
27
27
28
29
31
41
42
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan....................................................................................... 44
5.2 Saran ................................................................................................. 44
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................. 45
x
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul Gambar
Halaman
2.1
Rayap ..........................................................................................
6
2.2
Sistem enzimatis dan aspek metabolisme rayap .........................
7
2.3
Struktur xilan tumbuhan dan lokasi kerja enzim xilanolitik .......
9
2.4
Siklus PCR ..................................................................................
14
2.5
Peta plasmid pYES2 ....................................................................
18
4.1
Hasil elektroforesis DNA kromosom ...........................................
30
4.2
Hasil alignment Bacillus subtilis...............................................
32
4.3
Analisis primer forward (endoF) .................................................
34
4.4
Analisis primer reverse (endoR) ..................................................
35
4.5
Hasil alignment gen endo-1,4-β-xilanase GH 11 dari Bacillus
subtillis dengan primer endoF dan primer endoR ................................. 36
4.6
Hasil elektroforesis PCR menggunakan primer endoF dan endoR.
38
4.7
Analisis primer forward dan primer reverse desain 2..................
39
4.8
Desain primer 2......................................................................
40
4.9
Hasil elektroforesis PCR menggunakan desain primer 2.............
41
4.10 Hasil elektroforesis amplikon PCR yang telah dimurnikan..........
42
xi
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Judul Lampiran
Halaman
1
Pembuatan Larutan TE...............................................................
49
2
Pembuatan Larutan Lisosim .........................................................
49
3
Pembuatan Larutan STEP ............................................................
50
4
Pembuatan Na-Asetat 3 M ...........................................................
50
5
Electropherogram hasil sekuensing .............................................
50
xii
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
DAFTAR SINGKATAN
bp
: base pair
ddH2O
: double destilateH2O
DNA
: Deoxyribo Nucleic Acid
dNTP
: deoksiribonukleotida
EtBr
: Etidium Bromide
GH
:Glikosida Hidrolase
STEP
: SDS-TrisCl-EDTA-Proteinase K
LB
: Luria Bertani
TAE
: Tris base-Asam Asetat-EDTA
TE
: Tris Cl, EDTA
Tm
: Melting Temperature
PCR
: Polimeration Chain Reaction
RNA
: Ribo Nucleic Acid
xiii
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Negara Indonesia memiliki kekayaan alam yang berlimpah, termasuk sektor
agroindustri. Produk dari sektor agroindustri menghasilkan limbah-limbah
pertanian yang diakumulasikan kurang baik di lingkungan dan terbuang sebagai
sampah. Limbah-limbah tersebut diantaranya adalah tongkol jagung, ampas tebu,
dedak padi dan jerami yang memiliki kandungan hemiselulosa. Komponen
penyusun hemiselulosa berdasarkan monomer penyusun gulanya terbagi menjadi
xilan, arabinan, manan dan arabinogalaktan (Beg et al, 2001). Jika dihidrolisis,
hemiselulosa memiliki potensi untuk menghasilkan produk yang bermanfaat.
Xilan merupakan komponen utama penyusun hemiselulosa yang bisa dihidrolisis
menjadi xilosa dan xilooligosakarida. Hidrolisis xilan dilakukan dengan bantuan
biokatalis enzim yaitu enzim xilanase. Kelompok utama enzim xilanase yang
memutus ikatan glikosidik pada xilan terbagi menjadi endo-1,4-β-xilanase dan βxilosidase (Girio et al, 2010). Endo-1,4-β-xilanase berfungsi untuk memutus
ikatan β-1,4 pada rantai utama xilan menjadi xilooligosakarida. Sedangkan βxilosidase menghidrolisis xilooligosakarida menjadi xilosa. Pemanfaatan enzim
endo-xilanase dalam dunia industri diantaranya adalah untuk industri makanan,
farmasi, kertas, prebiotik serta bahan bakar yang dapat diperbaharui (Sriyapai et
al, 2010).
1
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
2
Enzim endo-xilanase telah diisolasi dan dikarakterisasi dari bermacam
mikroorganisme termasuk bakteri, ragi dan jamur berfilamen (Zhang et al, 2009).
Salah satu jenis organisme di alam yang melakukan aktivitas pendegradasi endoxilanase adalah rayap yang mendegradasi hemiselulosa dengan enzim xilanolitik
dari tubuh rayap itu sendiri atau oleh mikroorganisme yang bersimbiosis dengan
rayap (Purwadaria et al, 2004; Faulet et al, 2006). Tarumingkeng (1971),
menyebutkan bahwa protozoa flagellata atau bakteri dalam intestin rayap
menghasilkan enzim-enzim untuk membantu rayap memanfaatkan selulosa dalam
sistem pencernaannya. Protozoa flagellata dalam intestin bagian belakang dari
berbagai jenis rayap (terutama rayap tingkat rendah seperti Mastotermitidae,
Kalotermitidae, dan Rhinotermitidae) berperan sebagai simbion untuk memecah
selulosa sehingga dapat dicerna dan diserap oleh rayap.
Ratnadewi dkk. (2007), telah melakukan penelitian tentang isolasi,
purifikasi serta karakterisasi untuk mendapatkan enzim endo-xilanase dari bakteri
xilanolitik sistem abdominal rayap tanah yang disebut sebagai isolat 7 dan telah
diidentifikasi secara mikrobiologis memiliki homologi dengan Bacillus subtillis.
Bacillus subtillis merupakan bakteri penghasil enzim endo-xilanase GH11. Pokok
riset saat ini telah mengarah pada kebutuhan akan suatu isolat dan identifikasi
organisme yang merupakan penghasil utama (hyper-producer) sebagai produsen
enzim xilanolitik baru. Berhubungan dengan hal tersebut penelitian yang banyak
dikembangkan diantaranya amplifikasi gen, kloning, karakterisasi dan ekspresi.
Amplifikasi merupakan proses pengambilan gen tertentu dari suatu DNA
kromosom yang dilakukan secara in vitro melalui teknik PCR (Brown, 2001).
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
3
Amplifikasi gen, dapat memperkaya sekuens fragmen gen DNA secara berlimpah
dan dapat digunakan untuk memperkuat gen spesifik sebelum diklon. Cara kerja
dari amplifikasi menggunakan teknologi PCR sangat spesifik. PCR membutuhkan
suatu primer spesifik yang akan membantu DNA polimerase menambahkan basa
nukleotida pada DNA cetakan sehingga fragmen DNA dapat diperbanyak dengan
proses yang sangat cepat.
Pada penelitian ini dilakukan amplifikasi gen penyandi endo-1,4-βxilanase yang berasal dari bakteri xilanolitik sistem abdominal rayap tanah isolat
7. Gen endo-1,4-β-xilanase diamplifikasi dengan metode PCR menggunakan
sepasang primer yang akan didesain berdasarkan urutan basa nukleotida gen
penyandi endo-1,4-β-xilanase asal Bacillus subtilis GH 11 dari Genbank. Primer
untuk mengamplifikasi gen penyandi enzim endoxilanase yaitu endoF untuk
primer forward dan endoR untuk primer reverse. Hasil amplifikasi PCR ini
kemudian dianalisis urutan basa nukleotida penyusunnya dengan melakukan
sekuensing.
1.2 RumusanMasalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan maka dapat dirumuskan
masalah penelitian : apakah gen penyandi endo-xilanase dari bakteri xilanolitik
sistem abdominal rayap tanah isolat 7 dapat diamplifikasi dengan metode PCR?
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
4
1.3 Tujuan Penelitian
Berdasarkan latar belakang masalah dan rumusan masalah yang telah
dikemukakan, maka tujuan dari penelitian ini adalah mengamplifikasi gen
penyandi endo-xilanase dari bakteri xilanolitik sistem abdominal rayap tanah
isolat 7 dengan metode PCR.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini yaitu memberikan informasi ilmiah mengenai proses
amplifikasi dan urutan sekuens gen penyandi endo-1,4-β-xilanase dari bakteri
xilanolitik sistem abdominal rayap tanah isolat 7. Untuk selanjutnya dapat
dikembangakan penelitian yang bebabasis kloning dan ekspresi gen penyandi
enzim endo-xilanase.
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Rayap
Rayap merupakan serangga pemakan selulosa yang berukuran sedang,
merupakan ordo Isoptera yang terdiri dari kira-kira 1900 jenis di dunia.Rayap
hidup dalam kelompok-kelompok yang terpadu.Walaupun rayap secara populer
disebut sebagai semut putih, rayap bukanlah semut.Rayap paling erat
kekerabatannya dengan kecoak. Rayap bertubuh lunak dan berwarna putih, sayap
depan dan belakang sama ukurannya dan diletakkan datar di atas abdomen saat
tidur.Rayap seringkali membersihkan satu sama lain dengan bagian mulut mereka
sebagai satu akibat dari daya tarik sekresi yang biasanya dapat diperoleh pada
tubuhnya. Makanan rayap terdiri dari kupasan kulit dan tinja individu-individu
lain, tumbuhan, kayu-kayuan dan bahan-bahan lain yang mengandung
selulosa.Semula agak mengherankan para pakar bahwa rayap mampu mencerna
selulosa karena manusia sendiri tidak mampu mencernakan selulosa, sedangkan
rayap mampu melumatkan dan menyerapnya sehingga sebagian besar hanya
tinggal lignin saja. Keadaan menjadi jelas setelah ditemukan berbagai protozoa
flagellata dalam usus bagian belakang dari berbagai jenis rayap (terutama rayap
tingkat rendah: Mastotermitidae, Kalotermitidae dan Rhinotermitidae), yang
ternyata berperan sebagai simbion untuk melumatkan selulosa sehingga rayap
mampu mencernakan dan menyerap selulosa. Bagi yang tak memiliki protozoa
seperti famili Termitidae, bukan protozoa yang berperan tetapi bakteri dan bahkan
5
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
6
pada beberapa jenis rayap seperti Macrotermes, Odontotermes dan Microtermes
memerlukan bantuan jamur perombak kayu (Tarumingkeng, 2001). Klasifikasi
dari rayap adalah sebagai berikut
Gambar 2.1 Rayap (Wikipedia, 2011)
Domain
: Eukariota
Kerajaan
: Animalia
Sub Kerajaan : Metazoan
Filum
: Artropoda
Kelas
: Serangga
Ordo
: Isoptera
Famili
: Mastotermitidae
Kalotermitidae
Termopsidae
Hodotermitidae
Rhinotermitidae
Serritermitidae
Termitid
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
7
Adapun sistem enzimatis dan aspek metabolisme dalam tubuh rayap
ditunjukkan pada Gambar2.2 berikut.
Perut bagian utama
Hidrogenosom
Perut bagian tengah
(endoglukanase,
sellobiase)
Bakteri
metanogeni
k
CO2, H2,
asetil
Piruvat
Ko-A
Glukosa
Selulosa
native
Kelenjar saliva
(endoglukanase,
sellobiase)
Selulosa
Bakteri
pereduksi CO2
asetogenik
Asetat
Asetat
As. Org. asetat
Lingkungan
anaerobik
Selulase
Mono-,di-, &
oligosakarida
Bakteri
fermentatif
Asam amino
Bakteri fiksasi
N2 heterotrofik
Pakan
prectodeal
Bakteri
fakultatif &
obligat
anaerob
Flagellata
anaerob
Gambar 2.2. Sistem enzimatis dan aspek metabolisme rayap (Radek, 1999)
Berdasarkan lokasi sarang utamanya, rayap digolongkan menjadi sebagai
berikut (Tarumingkeng, 2001) :
a. Rayap pohon, yaitu jenis-jenis rayap yang menyerang pohon yang masih
hidup, bersarang dalam pohon dan tak berhubungan dengan tanah, misalnya
Neotermes tectonae (Kalotermitidae) yang merupakan hama pohon jati.
b. Rayap kayu lembab, yaitu rayap yang menyerang kayu mati dan lembab,
bersarang dalam kayu, tak berhubungan dengan tanah, misalnya jenis-jenis
rayap genus Glyptotermes spp. (Kalotermitidae).
c. Rayap subterranean, yaitu rayap yang umumnya hidup di dalam tanah yang
mengandung banyak bahan kayu yang telah mati atau membusuk, serta
tunggak pohon baik yang telah mati maupun masih hidup.
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
8
d. Rayap kayu kering, yaitu rayap yang hidup dalam kayu mati yang telah
mengering dengan sarang yang tidak berhubungan dengan tanah karena
habitatnya yang kering, misalnya Cryptotermes sp (Kalotermitidae).
e. Rayap tanah, yaitu rayap yang bersarang dalam tanah terutama dekat
bahanorganik yang mengandung selulosa seperti kayu, serasah, dan humus,
misalnya yang terdapat di Indonesia adalah famili Termitidae.
2.2 Xilan
Xilan merupakan komponen utama dari hemiselulosa pada dinding sel
tanaman yang terikat kovalen dan non-kovalen pada selulosa, lignin, pektin dan
polisakarida lainnya untuk membentuk dinding sel (Zhou et al.,2008). Xilan
adalah suatu polimer dengan rantai tulang punggung homopolimer unit-unit residu
β-1,4 D-xilopiranosa yang disubtitusi oleh O-asetil, α-L-arabinofuranosil, dan
kelompok glukoronosil (Cheng et al,2008). Keberadaan xilan yang bersifat dapat
diperbaharui ini sangat berlimpah, terutama pada limbah pertanian, sehingga
mempunyai potensi yang sangat besar untuk diuraikan menjadi produk akhir yang
berguna (Puspaningsih, 2005).Untuk menghasilkan produk yang berguna,
diperlukan hidrolisis xilan.Hidrolisis xilan dengan enzim membutuhkan enzimenzim pendegradasi xilan.Enzim-enzim pendegradasi xilan disebut enzimxilanase.
Berikut struktur xilan pada tumbuhan beserta lokasi kerja enzim-enzim xilanolitik
yang membantu hidrolisis xilan
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
9
Gambar 2.3 Struktur xilan tumbuhan dan lokasi kerja enzim xilanase(Beg et al,
2001)
2.3 Enzim-enzim Xilanase
2.3.1
Enzim Ekso-xilanase
Eksoxilanase adalah enzim yang mengkatalisis hidrolisis ikatan β-1,4-D-
xilosa pada kerangka utama xilan untuk menghasilkan xilobiosa pada
heteroarabinoxilan (Saha, 2003). Enzim ini mampu memutus rantai polimer xilosa
pada ujung non pereduksi, sehingga menghasilkan xilan sebagai produk utama
dan sejumlah oligosakarida rantai pendek (Richana, 2002).
2.3.2
Enzim Endo-1,4-β-xilanase
Endo-1,4-β-xilanase pada awalnya telah dilaporkan sebagai pentosanase
yang selanjutnya diperkenalkan oleh International Union of Biochemistry and
Molecular Biology (IUBMB) pada tahun 1961 dengan kode EC 3.2.1.8. Endo-1,4-
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
10
β-D-xilanase sering disebut sebagai xilanase, endoxilanase, 1,4-β-D-xilanxilanohidrolase, β-1,4-xilanase dan β-xilanase (Ratnadewi,2007).Endo-1,4-βxilanase dapat dihasilkan oleh bakteri, fungi, actinomycetes dan beberapa lainnya
dihasilkan oleh tumbuhan dan hewan. Berdasarkan homologi asam amino sekuens
dan analisis ikatan hidrofobik endo-1,4-β-xilanase digolongkan ke dalam 2 famili
glikosil hidrolase (GHF) yaitu GH 10 dan GH 11. GHF 10 dapat ditemukan pada
tanaman, fungi, dan bakterial enzim.GHF 11dapat ditemukan pada fungi dan
bacterial enzim (Zhou et al,2008). Berdasarkan massa molekul dan titik
isoelektrik (pI), famili 10 memiliki massa molekul yang tinggi (>30 kDa) dan pI
yang rendah, sedangkan famili 11 memiliki massa molekul yang rendah (
AMPLIFIKASI GEN PENYANDI ENDO-1,4-β-XILANASE ASAL ISOLAT
7 BAKTERI XILANOLITIK SISTEM ABDOMINAL RAYAP TANAH
SKRIPSI
AMALIAH LABIQAH
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS AIRLANGGA
SURABAYA
2012
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
AMPLIFIKASI GEN PENYANDI ENDO-1,4-β-XILANASE ASAL ISOLAT
7 BAKTERI XILANOLITIK SISTEM ABDOMINAL RAYAP TANAH
SKRIPSI
AMALIAH LABIQAH
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS AIRLANGGA
SURABAYA
2012
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI
Judul
: Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7
Bakteri Xilanolitik Sistem Abdominal Rayap Tanah
Penyusun
: Amaliah Labiqah
NIM
: 080810521
Pembimbing I
: Prof. Dr. Ni Nyoman Tri Puspaningsih, M.Si
Pembimbing II
: Dr. Sri Sumarsih, M.Si
Tanggal seminar : 16 Juli 2012
Disetujui oleh :
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Prof. Dr. Ni Nyoman Tri Puspaningsih, M.Si
NIP. 19630615 198701 2 001
Dr. Sri Sumarsih, M.Si
NIP. 19600110 198810 2 001
Mengetahui,
Ketua Departemen Kimia
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga
Dr. Alfinda Novi Kristanti, DEA
NIP 19671115 199102 2 001
iii
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI
Skripsi ini tidak dipublikasikan, namun tersedia di perpustakaan dalam
lingkungan Universitas Airlangga. Diperkenankan untuk dipakai sebagai referensi
kepustakaan, tetapi pengutipan seijin penulis dan harus menyebutkan sumbernya
sesuai kebiasaan ilmiah.
Dokumen skripsi ini merupakan hak milik Universitas Airlangga
iv
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat serta
karunia yang telah diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan
judul “Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri
Xilanolitik Sistem Abdominal Rayap” dengan tepat waktu.
Skripsi ini disusun dengan dukungan dan bantuan berbagai pihak. Oleh
karena itu dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Prof. Dr. Ni Nyoman Tri Puspaningsih, M.Si selaku dosen pembimbing I
dan Dr. Sri Sumarsih, M.Si selaku dosen pembimbing II yang telah dengan
sabar meluangkan waktu dan pikiran untuk memberikan bimbingan
kepada penulis hingga skripsi ini dapat terselesaikan.
2. Drs. Ali Rohman selaku penguji proposal, Dr. Purkan, M.Si selaku dosen
penguji skripsi dan Drs. Handoko Darmokoesoemo, DEA selaku dosen
penguji skripsi sekaligus dosen wali yang telah memberikan masukan dan
pengarahan kepada penulis.
3. A. A. Istri Ratnadewi S.Si, M.Si yang telah memberikan projek penelitian.
4. Seluruh staf pengajar program studi S1 Departemen Kimia Fakultas Sains
dan Teknologi yang telah memberikan bekal ilmu yang semoga
memberikan manfaat di kemudian hari.
5. Kedua orang penulis yang selalu memberikan kasih sayang, semangat dan
do’a sehingga penulis mampu sampai pada tahap ini.
v
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
6. Kelompok peneliti Laboratorium Proteomik yang telah memberikan ilmu
dan bimbingan di Laboratorium.
7. Teman-teman kelompok penelitian Biokimia dan teman-teman S1, S2 dan
S3 Kimia Universitas Airlangga yang saling memberikan semangat,
dukungan dan saran dalam proses penyusunan skripsi.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh
karena itu kritik dan saran yang sifatnya membangun untuk menyempurnakan
sangat diperlukan oleh penulis. Semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat
bagi penulis dan pembaca.
Surabaya, 30 Juli 2012
Penulis
Amaliah Labiqah
vi
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
Amaliah Labiqah, 2012, Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal
Isolat 7 Bakteri Xilanolitik Sistem Abdominal Rayap Tanah. Skripsi ini di
bawah bimbingan Prof. Dr. Ni Nyoman Tri Puspaningsih, M.Si dan Dr. Sri
Sumarsih, M.Si, Departemen Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi,
Universitas Airlangga, Surabaya.
ABSTRAK
Enzim-enzim xilanolitik berperan penting dalam mengolah limbah-limbah
pertanian yang sebagian besar mengandung hemiselulosa dengan xilan sebagai
komponen utamanya. Salah satu enzim xilanolitik yang mampu mendegradasi
xilan adalah enzim endo-1,4-β-xilanase. Pada penelitian ini dilakukan amplifikasi
gen penyandi endo-1,4-β-xilanase asal isolat 7 bakteri xilanolitik sistem
abdominal rayap tanah. Amplifikasi dilakukan dengan metode PCR menggunakan
sepasang primer forward dan primer reverse yang didesain masing-masing
dengan nama endoF dan endoR. Hasil elektroforesis produk PCR menunjukkan
gen penyandi endo-1,4-β-xilanase dapat teramplifikasi dengan ukuran sekitar
0,5bp.
Kata kunci :bakteri xilanolitik, rayap tanah,endo-1,4-β-xilanase, amplifikasi,
PCR
vii
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
Amaliah Labiqah, 2012, Amplification Gene Encoding Endo-1,4-β-xylanase
From Xylanolytic Bacterial Isolate 7 of Soil Termite Abdominal System.
Script is under the guidance of Prof. Dr. Ni Nyoman Tri Puspaningsih, M.Si
and Dr. Sri Sumarsih, M.Si, Department of Chemistry, Faculty of Science
and Technology, Airlangga University, Surabaya.
ABSTRACT
Xylanolytic enzymes play an important role in the processing of agricultural
wastes which contain most of the hemicelluloses with xylan as its mainc
omponent. Oneof enzyme that is able to degrade xylan is endo-1 ,4-β-xylanas
enzyme. In this research the amplification of the gene encoding endo-1 ,4-βxylanase was isolated from xylanolytic bacterial isolates 7 of soil termite
abdominal system. Performed by PCR amplification using the primer pair of
forward and reverse primers designe drespectively by name endoF and EndoR.
PCR product electrophoresis showed genes encoding endo-1,4-β-xylanase can be
amplified in size about 0,5 bp.
Keywords : xilanolitic bacteria, soil termite, endo-1,4-β-xilanase, amplification,
PCR
viii
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .......................................................................................
LEMBAR PERNYATAAN .............................................................................
LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................
LEMBAR PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI ......................................
KATA PENGANTAR ......................................................................................
ABSTRAK................................................................................................ ........
ABSTRACT................................................................................................ ......
DAFTAR ISI .....................................................................................................
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................
DAFTAR LAMPIRAN............................................................................. .......
DAFTAR SINGKATAN ..................................................................................
i
ii
iii
iv
v
vii
viii
ix
xi
xii
xiii
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................
1.1 Latar Belakang Masalah ..................................................................
1.2 Rumusan Masalah ...........................................................................
1.3 Tujuan Penelitian.............................................................................
1.4 Manfaat Penelitian ...........................................................................
1
1
3
4
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................
2.1 Rayap ...............................................................................................
2.2 Xilan ................................................................................................
2.3 Enzim-enzim xilanase .....................................................................
2.3.1 Enzim Ekso-xilanase ............................................................
2.3.2 Enzim Endo-1,4-β-xilanase ..................................................
2.3.3 Enzim β-xilosidase ...............................................................
2.3.4 Enzim α-L-arabinofuranosidase ...........................................
2.4 Polimeration Chain Reaction ...........................................................
2.4.1 Langkah dan Komponen PCR ....................................... .....
2.4.2 Desain Primer PCR ..............................................................
2.5 Analisis DNA dengan Elektroforesis Gel Agarosa .........................
2.6 Sekuensing DNA ..............................................................................
2.7 Sequence Aligment dan Program BLAST ........................................
5
5
8
9
9
9
11
11
12
12
14
18
19
20
BAB III METODE PENELITIAN .................................................................
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian .........................................................
3.2 Sampel, Bahan dan Alat Penelitian .................................................
3.2.1 Sampel Penelitian ...............................................................
3.2.2 Bahan Penelitian ..................................................................
3.2.3 Alat Penelitian .....................................................................
3.3 Prosedur Penelitian .........................................................................
3.3.1 Pembuatan Media ................................................................
3.3.1.1 Pembuatan LB cair ..................................................
3.3.1.2 Pembuatan LB padat ..............................................
22
22
22
22
22
23
23
23
23
23
ix
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
3.3.2 Peremajaan Bakteri Xilanolitik Sistem Abdominal Rayap
Tanah Isolat 7 ......................................................................
3.3.3 Isolasi DNA Kromosom ......................................................
3.3.4 Analisis DNA dengan Elektroforesis Gel Agarosa .............
3.3.5 Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase dengan
Teknik PCR .........................................................................
3.3.6 Purifikasi Produk PCR .......................................................
3.3.7 Sekuensing Amplikon dengan Metode Sanger ...................
3.4 Skema Kerja ....................................................................................
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Isolasi DNA Kromosom Bakteri Xilanolitik Sistem Abdominal
Rayap Tanah Isolat 7 .......................................................................
4.2 Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase dengan Metode
PCR .................................................................................................
4.3 Purifikasi atau Pemurnian DNA Produk PCR.................................
4.4 Analisis Urutan Basa Nukleotida Gen Penyandi Endo-1,4-βxilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik Sistem Abdominal
Rayap Tanah....................................................................................
24
24
25
26
27
27
28
29
31
41
42
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan....................................................................................... 44
5.2 Saran ................................................................................................. 44
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................. 45
x
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul Gambar
Halaman
2.1
Rayap ..........................................................................................
6
2.2
Sistem enzimatis dan aspek metabolisme rayap .........................
7
2.3
Struktur xilan tumbuhan dan lokasi kerja enzim xilanolitik .......
9
2.4
Siklus PCR ..................................................................................
14
2.5
Peta plasmid pYES2 ....................................................................
18
4.1
Hasil elektroforesis DNA kromosom ...........................................
30
4.2
Hasil alignment Bacillus subtilis...............................................
32
4.3
Analisis primer forward (endoF) .................................................
34
4.4
Analisis primer reverse (endoR) ..................................................
35
4.5
Hasil alignment gen endo-1,4-β-xilanase GH 11 dari Bacillus
subtillis dengan primer endoF dan primer endoR ................................. 36
4.6
Hasil elektroforesis PCR menggunakan primer endoF dan endoR.
38
4.7
Analisis primer forward dan primer reverse desain 2..................
39
4.8
Desain primer 2......................................................................
40
4.9
Hasil elektroforesis PCR menggunakan desain primer 2.............
41
4.10 Hasil elektroforesis amplikon PCR yang telah dimurnikan..........
42
xi
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Judul Lampiran
Halaman
1
Pembuatan Larutan TE...............................................................
49
2
Pembuatan Larutan Lisosim .........................................................
49
3
Pembuatan Larutan STEP ............................................................
50
4
Pembuatan Na-Asetat 3 M ...........................................................
50
5
Electropherogram hasil sekuensing .............................................
50
xii
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
DAFTAR SINGKATAN
bp
: base pair
ddH2O
: double destilateH2O
DNA
: Deoxyribo Nucleic Acid
dNTP
: deoksiribonukleotida
EtBr
: Etidium Bromide
GH
:Glikosida Hidrolase
STEP
: SDS-TrisCl-EDTA-Proteinase K
LB
: Luria Bertani
TAE
: Tris base-Asam Asetat-EDTA
TE
: Tris Cl, EDTA
Tm
: Melting Temperature
PCR
: Polimeration Chain Reaction
RNA
: Ribo Nucleic Acid
xiii
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Negara Indonesia memiliki kekayaan alam yang berlimpah, termasuk sektor
agroindustri. Produk dari sektor agroindustri menghasilkan limbah-limbah
pertanian yang diakumulasikan kurang baik di lingkungan dan terbuang sebagai
sampah. Limbah-limbah tersebut diantaranya adalah tongkol jagung, ampas tebu,
dedak padi dan jerami yang memiliki kandungan hemiselulosa. Komponen
penyusun hemiselulosa berdasarkan monomer penyusun gulanya terbagi menjadi
xilan, arabinan, manan dan arabinogalaktan (Beg et al, 2001). Jika dihidrolisis,
hemiselulosa memiliki potensi untuk menghasilkan produk yang bermanfaat.
Xilan merupakan komponen utama penyusun hemiselulosa yang bisa dihidrolisis
menjadi xilosa dan xilooligosakarida. Hidrolisis xilan dilakukan dengan bantuan
biokatalis enzim yaitu enzim xilanase. Kelompok utama enzim xilanase yang
memutus ikatan glikosidik pada xilan terbagi menjadi endo-1,4-β-xilanase dan βxilosidase (Girio et al, 2010). Endo-1,4-β-xilanase berfungsi untuk memutus
ikatan β-1,4 pada rantai utama xilan menjadi xilooligosakarida. Sedangkan βxilosidase menghidrolisis xilooligosakarida menjadi xilosa. Pemanfaatan enzim
endo-xilanase dalam dunia industri diantaranya adalah untuk industri makanan,
farmasi, kertas, prebiotik serta bahan bakar yang dapat diperbaharui (Sriyapai et
al, 2010).
1
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
2
Enzim endo-xilanase telah diisolasi dan dikarakterisasi dari bermacam
mikroorganisme termasuk bakteri, ragi dan jamur berfilamen (Zhang et al, 2009).
Salah satu jenis organisme di alam yang melakukan aktivitas pendegradasi endoxilanase adalah rayap yang mendegradasi hemiselulosa dengan enzim xilanolitik
dari tubuh rayap itu sendiri atau oleh mikroorganisme yang bersimbiosis dengan
rayap (Purwadaria et al, 2004; Faulet et al, 2006). Tarumingkeng (1971),
menyebutkan bahwa protozoa flagellata atau bakteri dalam intestin rayap
menghasilkan enzim-enzim untuk membantu rayap memanfaatkan selulosa dalam
sistem pencernaannya. Protozoa flagellata dalam intestin bagian belakang dari
berbagai jenis rayap (terutama rayap tingkat rendah seperti Mastotermitidae,
Kalotermitidae, dan Rhinotermitidae) berperan sebagai simbion untuk memecah
selulosa sehingga dapat dicerna dan diserap oleh rayap.
Ratnadewi dkk. (2007), telah melakukan penelitian tentang isolasi,
purifikasi serta karakterisasi untuk mendapatkan enzim endo-xilanase dari bakteri
xilanolitik sistem abdominal rayap tanah yang disebut sebagai isolat 7 dan telah
diidentifikasi secara mikrobiologis memiliki homologi dengan Bacillus subtillis.
Bacillus subtillis merupakan bakteri penghasil enzim endo-xilanase GH11. Pokok
riset saat ini telah mengarah pada kebutuhan akan suatu isolat dan identifikasi
organisme yang merupakan penghasil utama (hyper-producer) sebagai produsen
enzim xilanolitik baru. Berhubungan dengan hal tersebut penelitian yang banyak
dikembangkan diantaranya amplifikasi gen, kloning, karakterisasi dan ekspresi.
Amplifikasi merupakan proses pengambilan gen tertentu dari suatu DNA
kromosom yang dilakukan secara in vitro melalui teknik PCR (Brown, 2001).
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
3
Amplifikasi gen, dapat memperkaya sekuens fragmen gen DNA secara berlimpah
dan dapat digunakan untuk memperkuat gen spesifik sebelum diklon. Cara kerja
dari amplifikasi menggunakan teknologi PCR sangat spesifik. PCR membutuhkan
suatu primer spesifik yang akan membantu DNA polimerase menambahkan basa
nukleotida pada DNA cetakan sehingga fragmen DNA dapat diperbanyak dengan
proses yang sangat cepat.
Pada penelitian ini dilakukan amplifikasi gen penyandi endo-1,4-βxilanase yang berasal dari bakteri xilanolitik sistem abdominal rayap tanah isolat
7. Gen endo-1,4-β-xilanase diamplifikasi dengan metode PCR menggunakan
sepasang primer yang akan didesain berdasarkan urutan basa nukleotida gen
penyandi endo-1,4-β-xilanase asal Bacillus subtilis GH 11 dari Genbank. Primer
untuk mengamplifikasi gen penyandi enzim endoxilanase yaitu endoF untuk
primer forward dan endoR untuk primer reverse. Hasil amplifikasi PCR ini
kemudian dianalisis urutan basa nukleotida penyusunnya dengan melakukan
sekuensing.
1.2 RumusanMasalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan maka dapat dirumuskan
masalah penelitian : apakah gen penyandi endo-xilanase dari bakteri xilanolitik
sistem abdominal rayap tanah isolat 7 dapat diamplifikasi dengan metode PCR?
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
4
1.3 Tujuan Penelitian
Berdasarkan latar belakang masalah dan rumusan masalah yang telah
dikemukakan, maka tujuan dari penelitian ini adalah mengamplifikasi gen
penyandi endo-xilanase dari bakteri xilanolitik sistem abdominal rayap tanah
isolat 7 dengan metode PCR.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini yaitu memberikan informasi ilmiah mengenai proses
amplifikasi dan urutan sekuens gen penyandi endo-1,4-β-xilanase dari bakteri
xilanolitik sistem abdominal rayap tanah isolat 7. Untuk selanjutnya dapat
dikembangakan penelitian yang bebabasis kloning dan ekspresi gen penyandi
enzim endo-xilanase.
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Rayap
Rayap merupakan serangga pemakan selulosa yang berukuran sedang,
merupakan ordo Isoptera yang terdiri dari kira-kira 1900 jenis di dunia.Rayap
hidup dalam kelompok-kelompok yang terpadu.Walaupun rayap secara populer
disebut sebagai semut putih, rayap bukanlah semut.Rayap paling erat
kekerabatannya dengan kecoak. Rayap bertubuh lunak dan berwarna putih, sayap
depan dan belakang sama ukurannya dan diletakkan datar di atas abdomen saat
tidur.Rayap seringkali membersihkan satu sama lain dengan bagian mulut mereka
sebagai satu akibat dari daya tarik sekresi yang biasanya dapat diperoleh pada
tubuhnya. Makanan rayap terdiri dari kupasan kulit dan tinja individu-individu
lain, tumbuhan, kayu-kayuan dan bahan-bahan lain yang mengandung
selulosa.Semula agak mengherankan para pakar bahwa rayap mampu mencerna
selulosa karena manusia sendiri tidak mampu mencernakan selulosa, sedangkan
rayap mampu melumatkan dan menyerapnya sehingga sebagian besar hanya
tinggal lignin saja. Keadaan menjadi jelas setelah ditemukan berbagai protozoa
flagellata dalam usus bagian belakang dari berbagai jenis rayap (terutama rayap
tingkat rendah: Mastotermitidae, Kalotermitidae dan Rhinotermitidae), yang
ternyata berperan sebagai simbion untuk melumatkan selulosa sehingga rayap
mampu mencernakan dan menyerap selulosa. Bagi yang tak memiliki protozoa
seperti famili Termitidae, bukan protozoa yang berperan tetapi bakteri dan bahkan
5
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
6
pada beberapa jenis rayap seperti Macrotermes, Odontotermes dan Microtermes
memerlukan bantuan jamur perombak kayu (Tarumingkeng, 2001). Klasifikasi
dari rayap adalah sebagai berikut
Gambar 2.1 Rayap (Wikipedia, 2011)
Domain
: Eukariota
Kerajaan
: Animalia
Sub Kerajaan : Metazoan
Filum
: Artropoda
Kelas
: Serangga
Ordo
: Isoptera
Famili
: Mastotermitidae
Kalotermitidae
Termopsidae
Hodotermitidae
Rhinotermitidae
Serritermitidae
Termitid
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
7
Adapun sistem enzimatis dan aspek metabolisme dalam tubuh rayap
ditunjukkan pada Gambar2.2 berikut.
Perut bagian utama
Hidrogenosom
Perut bagian tengah
(endoglukanase,
sellobiase)
Bakteri
metanogeni
k
CO2, H2,
asetil
Piruvat
Ko-A
Glukosa
Selulosa
native
Kelenjar saliva
(endoglukanase,
sellobiase)
Selulosa
Bakteri
pereduksi CO2
asetogenik
Asetat
Asetat
As. Org. asetat
Lingkungan
anaerobik
Selulase
Mono-,di-, &
oligosakarida
Bakteri
fermentatif
Asam amino
Bakteri fiksasi
N2 heterotrofik
Pakan
prectodeal
Bakteri
fakultatif &
obligat
anaerob
Flagellata
anaerob
Gambar 2.2. Sistem enzimatis dan aspek metabolisme rayap (Radek, 1999)
Berdasarkan lokasi sarang utamanya, rayap digolongkan menjadi sebagai
berikut (Tarumingkeng, 2001) :
a. Rayap pohon, yaitu jenis-jenis rayap yang menyerang pohon yang masih
hidup, bersarang dalam pohon dan tak berhubungan dengan tanah, misalnya
Neotermes tectonae (Kalotermitidae) yang merupakan hama pohon jati.
b. Rayap kayu lembab, yaitu rayap yang menyerang kayu mati dan lembab,
bersarang dalam kayu, tak berhubungan dengan tanah, misalnya jenis-jenis
rayap genus Glyptotermes spp. (Kalotermitidae).
c. Rayap subterranean, yaitu rayap yang umumnya hidup di dalam tanah yang
mengandung banyak bahan kayu yang telah mati atau membusuk, serta
tunggak pohon baik yang telah mati maupun masih hidup.
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
8
d. Rayap kayu kering, yaitu rayap yang hidup dalam kayu mati yang telah
mengering dengan sarang yang tidak berhubungan dengan tanah karena
habitatnya yang kering, misalnya Cryptotermes sp (Kalotermitidae).
e. Rayap tanah, yaitu rayap yang bersarang dalam tanah terutama dekat
bahanorganik yang mengandung selulosa seperti kayu, serasah, dan humus,
misalnya yang terdapat di Indonesia adalah famili Termitidae.
2.2 Xilan
Xilan merupakan komponen utama dari hemiselulosa pada dinding sel
tanaman yang terikat kovalen dan non-kovalen pada selulosa, lignin, pektin dan
polisakarida lainnya untuk membentuk dinding sel (Zhou et al.,2008). Xilan
adalah suatu polimer dengan rantai tulang punggung homopolimer unit-unit residu
β-1,4 D-xilopiranosa yang disubtitusi oleh O-asetil, α-L-arabinofuranosil, dan
kelompok glukoronosil (Cheng et al,2008). Keberadaan xilan yang bersifat dapat
diperbaharui ini sangat berlimpah, terutama pada limbah pertanian, sehingga
mempunyai potensi yang sangat besar untuk diuraikan menjadi produk akhir yang
berguna (Puspaningsih, 2005).Untuk menghasilkan produk yang berguna,
diperlukan hidrolisis xilan.Hidrolisis xilan dengan enzim membutuhkan enzimenzim pendegradasi xilan.Enzim-enzim pendegradasi xilan disebut enzimxilanase.
Berikut struktur xilan pada tumbuhan beserta lokasi kerja enzim-enzim xilanolitik
yang membantu hidrolisis xilan
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
9
Gambar 2.3 Struktur xilan tumbuhan dan lokasi kerja enzim xilanase(Beg et al,
2001)
2.3 Enzim-enzim Xilanase
2.3.1
Enzim Ekso-xilanase
Eksoxilanase adalah enzim yang mengkatalisis hidrolisis ikatan β-1,4-D-
xilosa pada kerangka utama xilan untuk menghasilkan xilobiosa pada
heteroarabinoxilan (Saha, 2003). Enzim ini mampu memutus rantai polimer xilosa
pada ujung non pereduksi, sehingga menghasilkan xilan sebagai produk utama
dan sejumlah oligosakarida rantai pendek (Richana, 2002).
2.3.2
Enzim Endo-1,4-β-xilanase
Endo-1,4-β-xilanase pada awalnya telah dilaporkan sebagai pentosanase
yang selanjutnya diperkenalkan oleh International Union of Biochemistry and
Molecular Biology (IUBMB) pada tahun 1961 dengan kode EC 3.2.1.8. Endo-1,4-
Skripsi
Amplifikasi Gen Penyandi Endo-1,4-β-xilanase Asal Isolat 7 Bakteri Xilanolitik
Sistem Abdominal Rayap Tanah.
Amaliah Labiqah
ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga
10
β-D-xilanase sering disebut sebagai xilanase, endoxilanase, 1,4-β-D-xilanxilanohidrolase, β-1,4-xilanase dan β-xilanase (Ratnadewi,2007).Endo-1,4-βxilanase dapat dihasilkan oleh bakteri, fungi, actinomycetes dan beberapa lainnya
dihasilkan oleh tumbuhan dan hewan. Berdasarkan homologi asam amino sekuens
dan analisis ikatan hidrofobik endo-1,4-β-xilanase digolongkan ke dalam 2 famili
glikosil hidrolase (GHF) yaitu GH 10 dan GH 11. GHF 10 dapat ditemukan pada
tanaman, fungi, dan bakterial enzim.GHF 11dapat ditemukan pada fungi dan
bacterial enzim (Zhou et al,2008). Berdasarkan massa molekul dan titik
isoelektrik (pI), famili 10 memiliki massa molekul yang tinggi (>30 kDa) dan pI
yang rendah, sedangkan famili 11 memiliki massa molekul yang rendah (