APLIKASI PROTEIN DALAM BERBAGAI BIDANG

Oleh : Ariny Lastarya Putri (Teknik Kimia/1306449151)

Abstrak

Seiring dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, pengaplikasian protein dalam berbagai bidang kehidupan manusia semakin banyak dilakukan. Protein yang merupakan senyawa organik polimer yang tersusun dari monomer-monomer asam amino yang saling berikatan melalui ikatan peptida ini, memiliki peran penting dalam bidang kesehatan dan farmasi untuk penyembuhan penyakit, bidang pangan untuk menghasilkan makanan dengan gizi yang tinggi, bidang peternakan sebagai bahan pangan hewan ternak, dan industri kimia sebagai bahan tambahan mengolah bahan mentah menjadi barang jadi. Aplikasi protein dalam bidang farmasi dan kesehatan digunakan untuk membuat hormon insulin, terapi penyakit, pembuatan obat-obatan, kolagen, dan vaksin protein. Dalam bidang pangan, protein digunakan dalam proses pengolahan susu, pembuatan roti, protein sel tunggal. Aplikasi protein dalam bidang peternakan digunakan sebagai bahan pakan ternak. Apliaksi protein dalam bidang industri kimia digunakan dalam industri tekstil, industri kertas, deterjen, dan produksi bioetanol.

Kata Kunci : insulin, vaksin, albumin, kolagen, terapi PKU, enzim xilanase, kasein, protein whey, mikroprotein, protein sel tunggal, tepung protein, enzim lipase, protein cry

Sub Bahasan 1 : Aplikasi Protein dalam Bidang Kesehatan dan Farmasi

1.1 Insulin

Insulin adalah suatu hormon polipetida yang diproduksi dalam sel-sel β kelenjar Langerhaens pankreas. Insulin terdiri dari 51 asam amino. Molekul insulin disusun oleh 2 rantai polipeptida A dan B yang dihubungkan dengan ikatan disulfida. Rantai A terdiri dari 21 asam amino dan rantai B terdiri dari 30 asam amino.

Hormon insulin berfungsi untuk mengubah glukosa dalam darah menjadi glikogen. Hormon insulin yang diproduksi oleh tubuh kita disebut insulin endogen. Ketika kalenjar pankreas mengalami gangguan sekresi untuk memproduksi hormon insulin (pada penderita diabetes mellitus 1), tubuh kita membutuhkan hormon insulin dari luar tubuh, yang disebut insulin eksogen.

Pada tahun 1981, hormon insulin eksogen dapat dihasilkan melalui teknik rekayasa genetika dengan teknologi plasmid. Rekayasa genetika merupakan proses mengidentifikasi dan mengisolasi DNA dari suatu sel hidup atau mati dan memasukkannya dalam sel hidup lain dengan cara memanipulasi gen tersebut. Rekayasa genetika disebut juga pencangkokan gen atau rekombinasi DNA. Dalam rekayasa genetika digunakan DNA untuk menggabungkan sifat makhluk hidup. Hal itu karena DNA dari setiap makhluk hidup mempunyai struktur yang sama, sehingga dapat direkombinasikan. Selanjutnya DNA tersebut akan mengatur sifat-sifat makhluk hidup secara turun-temurun. 

Proses penyisipan gen pada rekayasa genetika memerlukan tiga faktor utama, yaitu :1. Vektor, yaitu pembawa gen asing yang akan disisipkan. Biasanya berupa plasmid berbentuk

lingkaran kecil yang terdapat pada bakteri. Plasmid diambil dari bakteri dan disisipi dengan gen asing.

2. Bakteri, berperan dalam memperbanyak plasmid. Plasmid di dalam tubuh bakteri akan mengalami replikasi atau memperbanyak diri. Makin banyak plasmid yang direplikasi makin banyak pula gen asing yang diperbanyak sehingga terjadi kloning gen.

3. Enzim, berperan untuk memotong dan menyambung plasmid. Enzim ini disebut enzim endonuklease retriksi. Enzim endonuklease retriksi adalah enzim endonuklease yang dapat memotong DNA pada posisi dengan urutan basa nitrogen tertentu.

Insulin yang diperoleh dengan cara ini mempunyai struktur mirip dengan insulin manusia. Melalui teknologi DNA rekombinan, insulin diproduksi menggunakan sel mikroba yang tidak patogen.

Produksi insulin dapat dilakukan dengan cara mentransplantasikan gen-gen pengendali hormon tersebut ke plasmid bakteri. Keberhasilan memindahkan gen insulin manusia ke dalam bakteri dilakukan melalui bakteri-bakteri yang tumbuh dengan metode fermentasi. Teknik plasmid bertujuan untuk membuat hormon dan antibodi.

Tahap-tahap proses pembuatan insulin :

1. Membuat bakteri yang bisa menghasilkan insulin. Hal ini dilakukan dengan mengisolasi plasmid bakteri yang akan direkayasa. Plasmid adalah materi genetik berupa DNA pada bakteri yang tidak terletak di dalam kromosom.

2. Kemudian plasmid tersebut digunting dengan menggunakan enzim endonuklease restriksi di tempat tertentu untuk membuat calon tempat gen baru yang nantinya dapat menghasilkan insulin.

3. Mengambil gen yang dapat mengatur sekresi (pembuatan) insulin dari kromosom yang berasal dari sel manusia dan memotongnya.

4. Hasil potongannya dimasukkan ke tempat kosong yang tersedia setelah plasmid digunting.

5. Plasmid yang sudah disisipi gen manusia, dimasukkan kembali ke dalam bakteri.

6. Selanjutnya, bakteria yang telah mengandung gen manusia itu berkembang biak dan menghasilkan insulin yang dibutuhkan. Dengan begitu diharapkan insulin dapat diproduksi dalam jumlah yang banyak di pabrik-pabrik.

1.2 Vaksin

Vaksin adalah bahan antigenik yang digunakan untuk menghasilkan kekebalan aktif terhadap suatu penyakit sehingga dapat mencegah atau mengurangi pengaruh infeksi oleh organisme. Vaksin dapat berupa galur virus atau bakteri yang telah dilemahkan sehingga tidak menimbulkan penyakit. Vaksin dapat juga berupa organisme mati atau hasil-hasil pemurniannya

Gambar 1. Proses Pembuatan InsulinSumber : biologyprotein.com

(protein, peptida, partikel serupa virus, dsb.). Vaksin akan mempersiapkan sistem kekebalan manusia atau hewan untuk bertahan terhadap serangan patogen tertentu, terutama bakteri, virus, atau toksin. Vaksin juga bisa membantu sistem kekebalan untuk melawan sel-sel degeneratif (kanker).

Pemberian vaksin diberikan untuk merangsang sistem imunologi tubuh untuk membentuk antibodi spesifik sehingga dapat melindungi tubuh dari serangan penyakit yang dapat dicegah dengan vaksin.

Beberapa jenis vaksin yang menggunakan protein dalam proses pembuatannya :1. Vaksin subunit, adalah vaksin yang mengambil hanya suatu bagian protein virus untuk dibuat

menjadi suatu vaksin atau vaksin yang diformulasikan hanya dengan beberapa komponen yang dimurnikan dari virus (tanpa memasukkan seluruh bagian virus).

Komponen virus yang diambil adalah protein virus yang dikenali oleh antibodi. Pada banyak kasus, protein yang digunakan adalah protein struktural virus, khususnya protein yang ditemukan pada permukaan virion, yang merupakan target utama dari respons imun.

Contoh Vaksin Subunit : Herpes Simplex Virus Bagian Antigenik dari Herpes Simplex Virus adalah HSV viral envelope glycoprotein D

2. Vaksin rekombinanAdalah vaksin yang mengandung satu macam protein atau lebih hasil rekayasa genetik. Pembuatan vaksin ini dimulai dengan cara memasukkan gen yang mengkode protein yang bersifat imunogenik, pada suatu medium yang disebut vektor. Gen yang dimasukkan pada vektor bisa lebih dari satu, sehingga dapat diperoleh lebih dari satu protein. Konstruksi ini kemudian dimasukkan ke dalam inang yang cocok, misalkan E. coli, S. cerevisiae atau sel hewan / manusia. Setelah dipropagasi dalam kultur biakan dalam waktu tertentu, protein dapat diisolasi untuk selanjutnya diformulasikan sebagai vaksin.

3. Vaksin EdibelVaksin edibel pada prinsipnya sama dengan vaksin rekombinan. Perbedaannya adalah inang yang digunakan bukan mikroorganisme tetapi berupa tanaman. Rekombinan DNA yang menyandi protein imunogenik diperlakukan pada tanaman tertentu. Protein yang dihasilkan

Gambar 2. Skema Proses Produksi Vaksin Subunit HSVSumber : www.sith.itb.ac.id

direkayasa sedemikian rupa sehingga dapat diekspresikan di dalam buah, umbi ataupun daun. Oleh karena itu dengan mengkonsumsi buah, umbi ataupun daun sama dengan menjalani vaksinasi.

4. Vaksin peptida Adalah vaksin yang komponennya merupakan fragment peptida pendek, yang terdiri dari 15 – 25 residu asam amino. Dasar pemikiran pembuatan vaksin peptida adalah untuk mengurangi adverse reaction dengan cara memperkecil besarnya protein. Hal ini didasari bahwa epitop yang merupakan bagian dari antigen yang dikenali oleh antibodi dapat dibentuk dari sekurang-kurangnya 8 residu asam amino.

Masalah utama dalam pengembangan vaksin sub-unit adalah pemilihan protein mana yang dapat digunakan sebagai vaksin yang efektif dan dapat menginduksi respon imun yang dapat melindungi resipien terhadap agen infeksi yang dimaksud. Beberapa cara pendekatan untuk memilih protein yang dapat menginduksi sistem imun yang protektif adalah sebagai berikut:

a. Pemilihan langsung, protein diisolasi dari isolat agen infeksi dan kemudian secara trial and error diperiksa apakah protein yang dimaksud dapat menginduksi sistem yang protektif menggunakan binatang coba.

b. Pemilihan tidak langsung dengan cara protein yang dapat menginduksi respon imun diidentifikasi menggunakan antibodi di dalam sera dari penderita yang baru sembuh dari infeksi yang diakibatkan oleh agen infeksi yang bersangkutan.

c. Pemilihan tidak langsung dengan cara mencari protein yang berpotensi dapat menginduksi respon imun melalui pemindaian database protein agen-agen infeksi. Metode ini disebut sebagai reverse vaccinology.

Apabila protein – protein yang telah diidentifikasi dapat menginduksi respon imun protektif (a dan b), selanjutnya dilakukan pengurutan residu asam aminonya untuk dapat dikembalikan ke urutan DNAnya. Sedangkan pada metode reverse vaccinology, urutan DNAnya sudah dapat diketahui. Langkah berikutnya adalah melakukan kloning yaitu menyematkan gen penyandi protein tersebut pada suatu vektor, dapat berupa plasmid atau virus tertentu. Hasil yang diperoleh adalah rekombinan DNA. Jumlah gen penyandi protein yang disematkan dapat lebih dari satu, sehingga protein yang diperolehpun dapat lebih dari satu protein baik berasal dari satu macam agen infeksi atau agen infeksi yang berbeda. Kloning ini dimaksudkan untuk nantinya dapat memproduksi protein dalam jumlah besar dengan kualitas protein yang konsisten.

Kelebihan dari vaksin sub-unit antara lain adalah mempunyai kemungkinan jadi adverse reaction (adverse reaction adalah reaksi obat yang tidak dikehendaki, membahayakan atau merugikan yang terjadi karena penggunaan obat pada dosis normal dengan tujuan untuk pencegahan, diagnosis, dan pengobatan) yang lebih kecil dari vaksin jenis lain, tidak dapat menyebabkan penyakit karena tidak lagi berhubungan dengan agen infeksinya. Namun demikian banyak pula kekurangannya antara lain, tidak seperti vaksin attenuated, maka jumlah antigen yang dimasukkan pada waktu vaksinasi terbatas sehingga harus berulang-ulang, seringkali lebih mahal. Yang terpenting adalah apabila terjadi mutasi pada protein agen infeksi maka antibodi yang diinduksi menggunakan vaksin sub-unit menjadi tidak dapat lagi mengenali protein yang mengalami mutasi tadi. Peristiwa mutasi yang terjadi disebut sebagai antigenic drift.

1.3 Kolagen

Kolagen merupakan senyawa protein dari golongan asam amino dengan hidrogen, karbon, oksigen, serta nitrogen sebagai komponen utamanya. Pada kulit, kolagen dapat ditemukan di kulit lapisan kedua (dermis).

Kolagen dimanfaatkan sebagai vitamin kulit dalam bentuk serum kolagen. Serum kolagen berisi kolagen dari binatang atau tumbuhan, misalnya gandum. Serum ini mengandung asam amino, yang gunanya melembapkan dan memberi nutrisi pada kulit. Selain itu, juga melembutkan dan menyamarkan keriput akibat penuaan kulit.

Khusus untuk kulit, kolagen diperlukan untuk menjaga keremajaan kulit dan menyamarkan kulit keriput. Keberadaan kolagen akan menjaga elastisitas jaringan ikat pada kulit sehingga kulit dapat berkontraksi ataupun mengembang tanpa merusak jaringan apapun. Selan itu, kolagen membuat kulit menjadi tetap lembab karena mampu menahan kadar air dalam kulit, meregenerasi sek kulit sehingga kulit menjadi elastis dan sehat.

1.4 Albumin

Albumin adalah salah satu protein penyusun plasma darah. Albumin diproduksi di dalam hati dan merupakan protein plasma dengan kandungan tertinggi. Plasma albumin berfungsi sebagai pengatur volume plasma darah dengan menjaga tekanan onkotik dalam kompartemen plasma. Albumin juga berfungsi sebagai "pengantar" molekul yang bersifat hidrofobik seperti hormon larut dalam lemak, garam empedu, billirubin, asam lemak bebas, maupun obat. Karena fungsinya ini albumin juga sering disebut sebagai "taksi molekul".

Pada kondisi tertentu seseorang bisa mengalami defisiensi albumin. Keadaan ini biasa disebut dengan hipoproteinemia atau hipoalbuminemia. Hipopreteinemia merupakan salah satu indikasi perlunya pemberian tambahan albumin dari luar tubuh, karena kekurangan albumin dapat menyebabkan terjadinya gangguan keseimbangan cairan/tekanan onkotik. Kejadian tersebut dapat membahayakan jiwa.

Dalam keadaan hipoalbuminia diperlukan tambahan albumin dari luar tubuh berupa sediaan human serum albumin. Sediaan Human Serum Albumin (albumin) adalah suatu larutan steril preparat protein plasma yang mengandung sekurang-kurangnya 96% albumin dan diperoleh dari pemisahan plasma darah.

Sediaan Human serum Albumin dapat dihasilkan dengan fraksinasi berbagai jenis protein yang ada dalam plasma darah. Ada berbagai macam teknologi fraksinasi plasma darah untuk menghasilkan albumin. Secara umum ada dua macam teknologi fraksinasi plasma darah untuk menghasilkan albumin, yaitu teknologi tradisional dan teknologi yang lebih modern. Dalam teknologi tradisional plasma darah difraksinasi dengan pengendapan, sedangkan teknologi yang lebih modern melibatkan kormatografi. Dalam skala industri, metode Cohn merupakan metode

Gambar 3. Kulit yang Kekurangan KolagenSumber : www.cordybelle.org

fraksinasi plasma darah yang sampai saat ini paling banyak digunakan. Metode ini merupakan metode tradisional dimana fraksi protein dalam plasma diendapkan dengan cara mengubah keasaman dan suhu. Untuk mendapatkan kemurnian yang lebih tinggi metode Cohn dikombinasikan dengan kromatografi.

1.5 Terapi Fenilketonuria (PKU)

Feniketonuria adalah gangguan genetik yang disebabkan mutasi gen pengatur katabolisme fenilalanin sehingga kelebihan fenilalanin akan tertimbun dalam darah sebagai derivat yang meracuni sistem syaraf pusat. Oleh karena itu, pengidap fenilketonuria harus melakukan diet ketat fenilalanin. Fenilalanin biasanya terdapat pada permen karet, kacang kemasan, dan pemanis buatan aspartam merupakan turunan fenilalanin.

Penelitian mengenai diet untuk pengidap fenilketonuria telah dilakukan oleh Universitas Wisconsin – Madison, dan telah ditemukan produk potensial yang dapat digunakan untuk terapi pasien fenilketonuria yang disebut Glycomacropeptia (GMP). GMP adalah protein yang merupakan produk dari proses produksi keju. Protein GMP diekstraksi dari cairan air dadih (whey) sebagai sisa produksi keju. Protein GMP memiliki kandungan fenilalanin dan menggunakan proses yang dikembangkan oleh Dr. Etzel, dapat dimurnikan lebih lanjut hingga mengandung 0,2mg fenilalanin per 100 mg bubur GMP. Dengan kandungan fenilalanin yang rendah, GMP adalah produk potensial yang dapat digunakan sebagai sumber protein untuk diet pasien fenilketonuria. GMP sudah diteliti lebih jauh sebagai peluang untuk menggantikan makanan kesehatan berbasis asam amino yang biasanya digunakan pada pengidap fenilketonuria untuk membuat makanan berprotein rendah, memiliki kandungan protein tinggi tanpa penambahan fenilalanin.

Penelitian GMP untuk tikus telah dilakukan sebelum perencanaan GMP untuk manusia. Hasil penelitian menunjukkan tikus diberi jumlah kalori dan protein yang sama, ketika diberi GMP sebagai sumber protein utama tumbuh dan berkembang sama seperti tikus yang diberi diet tipe fenilalanin. GMP diketahui satu–satunya teknik natural diet protein fenilalanin. Selain kandungan fenilalanin yang rendah, GMP juga memiliki kandungan tirosin dan empat asam amino lainnya. Maka, penelitian terhadap tikus memerlukan tambahan tirosin dan empat asam amino lainnya. Di

Gambar 4. Human Serum AlbuminSumber : www.biotek.bppt.go.id

sisi lain GMP memilki kandungan tinggi dalam isoleusin dan treonin. Pada faktanya treonin pada GMP tiga kali lebih banyak pada campuran asam amino dari formula standar untuk fenilketonuria. Kandungan treonin yang tinggi akan berdampak positif bagi level fenilalanin pada darah. Dalam penelitian plasma tikus yang diberi GMP memiliki kandungan fenialanin 10% lebih rendah dibandingkan tikus yang diberi formula asam amino.

Sub Bahasan 2 : Aplikasi Protein dalam Bidang Pangan

2.1 Susu

Salah satu unsur yang penting pada susu adalah protein. Ada dua jenis protein yang terkandung dalam susu, yaitu protein kasein dan protein whey (protein serum). Kadar protein kasein sebesar 80% dan protein whey 20%. Terdapat tiga jenis protein dalam kasein, yaitu 50% alpha-kasein, 33% betha kasein, dan 15% kappa kasein. Sedangkan, kandungan protein utama dalam protein whey adalah beta-laktoglobulin, alfa-laktoglobulin, bovine serum albumin (BSA), immunoglobulin (IG), dan laktoferrin (LF). beta-laktoglobulin merupakan komponen terbesar protein whey

Dalam suatu proses pengolahan susu, terbentuk krim dan susu skim yang naik ke bagaian atas dari susu ketika susu didiamkan. Krim adalah bagian susu yang banyak mengandung lemak, sedangkan susu skim adalah bagian susu yang banyak mengandung protein dan semua zat makanan dari susu kecuali lemak dan vitamin-vitamin yang larut dalam lemak.

Untuk membuat susu rendah lemak, hanya susu skim yang digunakan sebagai bahan dasar, sehingga diperlukan pemisahan antara krim dan susu skim tersebut. Krim dan susu skim dipisahkan dengan menggunakan separator. Alat ini bekerja berdasarkan gaya sentrifuge. Pemisahan krim dan susu skim dapat terjadi karena kedua bahan tersebut mempunyai berat jenis yang berbeda. Krim mempunyai berat jenis yang rendah karena banyak mengandung lemak. Susu skim mempunyai berat jenis yang tinggi karena banyak mengandung protein, sehingga dalam sentrifugasi susu skim akan berada dibagian bawah.

Susu skim mengandung protein kasein dan protein whey. untuk memisahkan kasein dengan susu skim, digunakan proses presipitasi. Inti dari presipitasi adalah susu dipanaskan dengan kondisi yang sangat dikontrol. Setelah beberapa lama, protein akan menyusut dan mengeluarkan embun. Hasil dari proses ini adalah protein serum (protein whey). Protein Efficiency Ratio (PER) menyatakaan nilai protein dalam susu. Rata-rata PER dalam susu bernilai 3,1 lebih tinggi dibanding dengan protein dalam gandum, kedelai maupun daging sapi.

Protein whey memiliki beberapa kegunaan dalam tubuh, yaitu meningkatkan massa otot rendah lemak, mempercepat proses pemulihan otot, meningkatkan proses pemulihan otot lebih baik, dan meningkatkan metabolisme tubuh.

2.2 Roti

Aplikasi protein dalam bahan pangan lainnya yaitu penggunaan enzim lipase dalam proses pembuatan roti. Enzim lipase merupakan salah satu enzim yang dapat menghidrolisis triasilgliserol menjadi asam lemak dan gliserol. Enzim lipase dapat digunakan untuk menghasilkan emulsifier, surfactant, mentega, cocoa butter like.

Reaksi yang dikatalisis oleh enzim lipase :

Enzim lipase memungkinkan adanya modifikasi sifat lemak/minyak dengan cara mengubah posisi dari rantai asam lemak pada gliserida lama dan mengganti satu atau lebih asam lemak dengan satu asam lemak dari gliserida yang baru. Lipase banyak digunakan untuk meningkatkan atau mengembangkan flavouring agent pada produk roti. Lipase juga digunakan sebagai pengganti dari emulsifier dan diketahui dapat memperbaiki rheologi adonan roti sehingga tekstur pada produk roti yang dihasilkan menjadi lebih lembut. Enzim lipase dapat memperkuat adonan cake sehingga adonan cake lebih berangin dengan tekstur yang lembut. Lipase juga akan bekerja untuk membebaskan beberapa lemak yang terikat pada tepung terigu oleh protein. Dengan melepaskan lemak-lemak tersebut dan memecah dari ikatan proteinnya, lemak-lemak tersebut akan bebas dan selanjutnya akan ikut serta dalam proses pengembangan adonan roti.

2.3 Protein Sel Tunggal

Protein sel tunggal meruapakan istilah yang digunakan untuk bahan makanan berkadar protein tinggi yang berasal dari protein yang dihasilkan oleh mikroorganisme bersel satu atau bersel banyak yang sederhana, seperti bakter, khamir, kapang, ganggang, dan protozoa. Dalam pembuatan protein sel tunggal diperlukan dua bahan utama, yaitu mikroorganisme dan substrat.

Mikroorganisme yang dibiakkan untuk protein sel tunggal dan digunakan sebagai sumber protein untuk hewan atau pangan harus memiliki kriteria-kriteria tertentu, yaitu memiliki sifat tidak menyebabkan penyakit terhadap tanaman, hewan, dan manusia, nilai gizinya baik, dapat digunakan sebagai bahan pangan atau pakan, tidak mengandung bahan beracun serta biaya produk yang dibutuhkan rendah. Mikroorganisme yang umum digunakan sebagai protein sel tunggal, antara lain alga Chlorella, Spirulina, dan Scenedesmus; dari khamir Candida utylis; dari kapang berfilamen Fusarium gramineaum; maupun dari bakteri.

Operasi utama dalam memproduksi protein sel tunggal adalah dengan cara fermentasi yang bertujuan untuk mengoptimalkan konversi substrat menjadi massa mikrobial. Contoh produksi PST yaitu memanfaatkan mikoprotein dari fusarium. Substrat yang digunakan yaitu tepung gandum dan ketan. Contoh diatas dipilih oleh para ilmuwan dalam mengembangkan protein sel tunggal disebabkan kadar protein lebih tinggi dari protein kedelai atau hewan dan memiliki pertumbuhan yang cepat dan tepat

Langkah-langkah produk protein sel tunggal sebagai berikut :a. Pemilihan dan penyiapan sumber karbon, beberapa perlakuan fisik dan kimiawi terhadap

bahan dasar yang diperlukan.

Gambar 5. Enzim Lipase dalam pembuatan bakerySumber : undip.ac.id

b. Penyiapan media yang cocok dan mengandung sumber karbon, sumber nitrogen, fosfor, dan unsur-unsur lain yang penting.

c. Pencegahan kontaminasi media.d. Pembiakan mikroorganisme yang diperlukan.e. Pemisahan biomassa microbial dari cairan fermentasi.f. Penanganan lanjut biomassa

Kelebihan protein sel tunggal adalah sebagai berikut:a. laju pertumbuhan sangat cepat yaitu dalam ukuran jam dan masih bisa ditingkatkan lagib. dapat menggunakan bermacam-macam media atau substratc. produksi protein sel tunggal tidak bergantung pada iklim dan musimd. memiliki kandungan protein lebih tinggi daripada hewan dan tumbuhan. 

Sub Bahasan 3 : Aplikasi Protein dalam Bidang Pertanian dan Peternakan

3.1 Pestisida

Pestisida alami (biopeptisida) dibuat dengan memanfaatkan protein cry yang dihasilkan dari bakteri Bacillus thuringiensis. Bacillus thuringiensis adalah bakteri yang berasal dari genus Bacillus yang berbentuk batang dan menghasilkan endospora saat sporulasi (Tortora, 2010).  Bioinsektisida berbahan bakteri Bacillus thuringiensis  memiliki beberapa kelebihan diantaranya tidak menimbulkan resistensi, tidak membunuh organisme yang berguna, dan residunya tidak menimbulkan bahaya bagi manusia.

Bacillus thuringiensis berbentuk sel batang dengan ukuran lebar 1,0-1,2 mikron dan panjang 3-5 mikron, membentuk delta-endospora, dan membentuk suatu rantai yang terdiri dari 5-6 sel dan berwarna merah ungu. Bacillus thuringiensis menghasilkan kristal protein yang disebut dengan toksin Bt yang beracun bagi ulat dan ngengat (Madison, 2009).

Cara kerja bakteri  Bacillus thuringiensis  sebagai bioinsektisida adalah pertama-tama larutan Bt dan spora di semprotkan ke tanaman. Apabila kondisi lingkungan tidak menguntungkan maka bakteri ini akan membentuk fase sporulasi. Saat sporulasi terjadi, tubuhnya akan terdiri dari protein Cry yang termasuk ke dalam kristal protein. Kristal protein yang bersifat insektisidal ini sering disebut dengan delta-endotoksin (Deacon, 2010). Kristal protein yang ada pada Bacillus thuringiensis ini tidak dapat larut pada kondisi normal, sehingga aman bagi manusia, atau hewan

Gambar 6. Skema Proses Protein Sel TunggalSumber : google.com

tingkat tinggi lainnya. Namun, dapat larut pada kondisi pH sekitar 9.5. Kondisi ini ditemukan didalam usus serangga (dalam hal ini, ulat). Hal ini lah yang menyebabkan Bt merupakan agen insektisida yang spesifik.

Bacillus thuringiensis  bekerja secara spesifik, karena hanya akan berikatan dengan reseptor dari sel usus serangga (ulat) berikatan dengan reseptor dinding sel usus dan akan membuat lubang dan menyebabkan tidak seimbangnya pH. Sehingga usus lumpuh dan serangga berhenti makan. Ph usus dan darah menjadi tidak seimbang dan mengakibatkan spora berkecambah dan bakteri merusak inang.   

Secara singkat, proses pembasmian hama menggunakan pestisida Bt ini adalah :       1. Seranggga memakan tanaman yang telah di semprotkan Bt, sehingga kristal dan spora masuk

kedalam tubuhnya.2. Toksin akan berikatan denga reseptor tertentu di usus.3. Toksin akan merusak dinding sel epitel dan merusak keseimbangan pH,sehingga

mengakibatkan spora berkecambah dan bakteri merusak sel inang (serangga).4. Serangga mati

Gambar 7. Cara Kerja Pestisida AlamiSumber : sith.itb.id

Gambar 8. Proses Pematian Hama Serangga Sumber : sith.itb.id

Gambar 9. Bakteri Bacillus thuringiensis   Sumber : sith.itb.id

3.2 Tepung Protein

Salah satu aplikasi protein sebagai bahan pakan ternak adalah tepung protein. Bahan baku pakan protein ini adalah media yang telah dikonversi dengan produk bio-aktifberkualitas tinggi. Produk ini berbentuk bubuk dengan warna cerah kecoklatan dan menyebarkan bau seperti ragi / manis. Produk ini bebas salmonella dan telah terbukti mempunyai efektifitas tinggi untuk pakan poultry, rumen, babi, kelinci, ikan, belut dan udang ketika dicampur ke ransum pakan.

Tepung protein ini mengandung protein jenis metonin, lisin, threonine dan triptopane. Tepung protein ini juga kaya akan vitamin (terutama vitamin B) dan banyak mineral lainnya. Fungsi tepung protein ini yaitu meningkatkan kinerja hewan, protein ini mempunyai efektifitas tinggi dan memperbaiki pertumbuhan hewan, pertumbuhan harian, efisiensi pangan dan hasil reproduksi

Sub Bahasan 4 : Aplikasi Protein dalam Bidang Industri Kimia

4.1 Industri Tekstil

Tekstil adalah material yang terbuat dari tenunan benang. Industri tekstil didasarkan pada pengolahan serat menjadi bedang, kemudian menjadi kain, hingga akhirnya menjadi tekstil. Tekstil yang dihasilkan dibuat menjadi pakaian atau benda-benda lainnya. Proses pembuatan tekstil bisa dilakukan dengan cara penyulaman, penjahitan, pengikatan, dan cara pressing. Berdasarkan jenih bahannya, tekstil dikelompokkan menjadi serat alami, serat sintetis, dan serat campuran.

Penggunaan protein sebagai bahan dasar serat pada tekstil masuk ke jenis serat alami. Serat yang disusun oleh protein ini merupakan serat yang berasal dari binatang. Serat hewan adalah serat yang berasal dari binatang seperti bulu biri-biri, unta, kambing, dan kepompong sutera. Wol dan sutera adalah bahan yang berasal dari serat protein. Pada umumnya serat dari protein lebih mudah dipengaruhi bahan-bahan kimia dari pada serat sellulosa (serat dari tumbuhan).

Bulu domba tersusun atas protein yang sangat keras yang disebut keratin (Gatenby dan Humbert 1991). Keratin yang terkandung pada wol dari bulu domba merupakan serat utama yang memberikan perlindungan vetebrata dan protein ini menyusun hampir seluruh berat kering dari wol. Serat yang tersusun dari protein keratin inilah yang digunakan sebagai bahan baku dalam industri tekstil.

Pengolahan bulu domba terdiri dari beberapa tahapan yaitu dengan cara pencukuran, penyortiran, pencucian, pemisahan bulu, penyisiran bulu, pemintalan, pemutihan benang dan pewarnaan. Pencucian bulu domba bertujuan untuk menghilangkan bau, dan mikroorganisme yang ada di bulu.

Keratin adalah keluarga dari protein skleroprotein. Monomer-monomer penyusun keratin saling terikat dan membentuk filamen intermediet. Filamen intermediet ini berbentuk polimer berserabut.

Pembentukan polimer berserabut ini diawali dengan proses dimerisasi, yaitu proses penggabungan dimer-dimer menjadi tetramer dan oktamer, sehingga membentuk satu unit panjang filamen (unit-length-filaments / ULF), kemudian ULF yang satu dengan yang

Gambar 10. Protein Keratin pada Serat

Sumber : wikibio.com

lain saling menempel sehingga membentuk filamen yang panjang. Dimer merupakan sebuah molekul protein yang disusun oleh dua monomer yang identik dan terikat bersama-sama. Monomer-monomer ini dihubungkan oleh ikatan kovalen atau ikatan hidrogen. 

4.2 Pabrik Kertas

Aplikasi protein pada pabrik kertas adalah penggunaan enzim xilanase dalam proses pemutihan kertas. Enzim xilanase merupakan suatu jenis protein yang berperan sebagai biokatalis reaksi hidrolisis xilan (hemiselulosa) menjadi gula pereduksi. Enzim ini digunakan untuk menghilangkan hemi selulosa dalam proses bleaching sekaligus sebagai pengganti cara kimia agar pencemaran racun limbah kimia dapat dihindari dan dapat meminimalisir biaya

Penggunaan xilanase merupakan salah satu alternatif untuk mengurangi dampak yang ditimbulkan oleh penggunaan khlor dalam proses pemutihan pulp kraft. Xilanase dapat menghemat klor / klor dioksida dan mengurangi beban air limbah pemutihan.

Dalam proses pemutihan pulp, xylanase berfungsi sebagai fasilitasator proses pemutihan, artinya enzim tersebut tidak memutihkan tetapi mempermudah proses pemutihan dengan jalan memodifikasi struktur serat sehingga mudah dimasuki oleh bahan kimia pemutih

Peran xilanase dalam proses pemutihan yaitu memecahkan ikatan xilose-xilose dalam rantai xilan sehingga mengakibatkan pecahnya ikatan antara sisa lignin dengan karbohidrat. Dengan kejadian tersebut, ikatan kompleks lignin-karbohidrat (ikatan-ikatan xilan pada sisi lignin) yang sulit dihilangkan karena ukurannya yang sangat kecil dan tersebar merata pada hemiselulosa, mudah untuk dihilangkan pada tahapan pemutihan selanjutnya. Selain itu xilanase berperan dalam mengatasi pengendapan kembali xilan pada permukaan serat. Pengendapan kembali xilan ini terjadi setelah pemasakan proses kraft. Xilan yang mengendap kembali tersebut melindungi sisa lignin dari bahan kimia pemutih pada proses pemutihan.

4.3 Deterjen

Deterjen adalah surfaktan anionik dengan gugus alkil atau garam dari sulfonat atau sulfat berantai panjang dari natrium yang berasal dari derivat minyak nabati atau minyak bumi(fraksi parafin dan olefin) (Arifin 2008). Deterjen dalam kerjanya memiliki kemampuan yang unik untuk mengangkat kotoran, baik yang larut dalam air maupun yang tidak larut dalam air. Hal ini disebabkan bahwa deterjen, khususnya molekul surfaktan (surface active agent) berfungsi menurunkan tegangan permukaan air sehingga dapat melepaskan kotoran yang menempel pada permukaan bahan. Pada deterjen terdapat enzim protease (Sulistyo, 1999). Enzim ini berfungsi untuk menghidrolisis noda protein pada pakaian sehingga kotoran yang mengandung protein akan mudah terangkat. Selain itu, enzim ini juga membuat kotoran lain yang terikat pada protein dapat terangkat. Enzim protease ini bekerja spesifik terhadap residu easam amino aromatic atau hidrofobik penilalanin atau leusin pada sisi karboksil dari titik pemutusan (Suhartono, 2000).

Gambar 11. DeterjenSumber : google.com

4.4 Pembuatan Bioetanol

Bioetanol adalah cairan biokimia pada proses fermentasi gula dari sumber karbohidrat dengan menggunakan bantuan mikroorganisme dilanjutkan dengan proses distilasi. Bioetanol memiliki nilai oktan tinggi sehingga dapat digunakan sebagai bahan peinngkat oktan.

Pembuatan bioetanol bisa dilakukan dengan menggunakan protein sebagai bahan dasarnya. Jenis protein yang digunakan adalah protein serum (whey protein).

Whey merupakan serum susu yang dihasilkan setelah proses pemisahan kasein dan lemak selama pengendapan (koagulasi) susu. Analisa kuantitatif kadar gula total dalam whey susu menunjukkan kadar gula sebesar 4.66% yang dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan etanol. Etanol dari whey diproduksi oleh fermentasi laktosa yang terkandung dalam whey.

Langkah-langkah pembuatan etanol dari protein whey :1. Pendinginan cairan

Pada tahap ini, whey didinginkan ke suhu fermentasi menggunakan sebuah pelat penukar panas agar whey bebas dari kontaminasi bakteri. Suhu fermentasinya sebesar lebih dari 600C.

2. FermentasiSetelah cairan didinginkan, ragi ditambahkan untuk menginokulasi cairan dingin. Ragi

yang digunakan bukan yang digunakan untuk membuat roti atau alkohol tetapi fermentasi laktosa khusus dari organisme yang disebut Kluveromyces fragilis atau K. marxianus. Ragi ini menghasilkan $-galaktosidase, enzim yang dibutuhkan untuk memisahkan laktosa (disakarida) menjadi komponen gula yaitu glukosa dan galaktosa.

Fermentasi berlangsung sekitar 24 jam. Suhu fermentasi ditentukan oleh kecepatan pemrosesan yang dibutuhkan, tetapi sebaiknya disimpan pada suhu serendah mungkin untuk meminimalisir proses kontaminasi bakteri. Konversi maksimum reaktan ke produk adalah 51%, dan persentase ini digunakan sebagai dasar perhitungan efisiensi fermentasi. Dalam proses fermentasi, terjadi penurunan specific gravity dari kira-kira 1,022 kgL-1 menjadi 1,008 kgL-

1. Penurunan specific gravity ini mencerminkan perubahan laktosa etanol dengan evolusi karbon dioksida.

3. Proses DistilasiSetelah fermentasi telah selesai, ragi dihilangkan dari cairan yang difermentasi

menggunakan pemisah atau dengan dekantasi. Ketika ragi telah dihilangkan maka cairan tersebut disebut alkohol. Alkohol disimpan sebelum ekstraksi etanol dengan distilasi.

Summary

Aplikasi protein dapat digunakan dalam bidang farmasi dan kesehatan, pangan, pertanian dan peternakan, serta bidang industri. Dalam bidang farmasi dan kesehatan, protein digunakan untuk pembuataan hormon insulin, obat albumin, serum kolagen, terapi fenilketonuria, dan pembuatan vaksin. Dalam bidang pangan, protein yang dihasilkan dari mikroorganisme sel tunggal digunakan untuk proses produksi protein sel tunggal, protein jenis kasein dan protein whey yang terdapat pada susu, serta enzim lipase yang digunakan untuk mengembangkan flavouring agent dalam proses produksi roti. Dalam bidang pertanian, protein cry dari bakteri Bacillus thuringiensis  digunakan sebagai bahan pestisida alami. Dalam bidang peternakan, protein digunakan sebagai pembuatan bahan pakan ternak berupa tepung protein. Dalam bidang industri, protein keratin digunakan sebagai bahan baku dalam industri tekstil. Protein keratin berasal dari serat hewani, contohnya adalah wol. Dalam pabrik kertas, digunakan enzim xilanase yang berfungsi untuk membantu proses pemutihan kertas. Enzim protease dalam pabrik deterjen digunakan untuk menghidrolisis noda protein. Protein juga diaplikasikan dalam proses pembuatan bioetanol, yaitu menggunakan protein whey.

Daftar Pustaka

Campbell, Neil A., Lawrence G. Mitchell, Jane B. Reece.1999. Biology 5th Ed. Menlo Park, CA: Benjamin/Cummings Publ. Co., Inc.

Anonymous. Acids Protein, 2009, Available at : < http://homepage.smc.edu/wissmann_paul/anatomy

2textbook/AAcidsProteins.html> [Accessed 15 March 2015 19.10 WIB].

Anonymous. Enzim Xylanase, 2009, Availabl at: < http://insentif. ristek.go.id/PROSIDING/> {Accessed 15 March 2015 20.32 WIB].

Nasseri, A., Rasoul-Amini, S., Morowvat, M. & Ghasemi, Y. 2010. Single Cell Protein: Production and Process. American Journal of Food Technology.

UK Agriculture. Sheep Wool Production, 2009, Available at:<http://www.ukagriculture.com/livestock/sheep_wool _production.cfm> [Accessed 16 March 2015 07.06 WIB].

Erika Gebel PhD, 2012. 2012 Insunlin Pens. Availabe at : <http://www.diabetesforecast.org/2012/jan/2012-insulin-pens.html> [Accessed 16 Maret 2015 08.25 WIB]

Anonymous. Albumin Obat dari Plasma Darah Kita. 2009. Availabel at: <http://www.biotek.bppt.go.id/index.php/artikel-sains/141-albumin-obat-dari-plasma-darah-kita> {Accessed 16 March 2015 09.46 WIB].

Anonymous. 2008. Available at: < http://jambumenapi.kazeo.com/pengertian-protein-sel-tunggal-dan-keuntungannya,a4565664.html> {Accessed 16 March 2015 20.33 WIB].

Suherman, Acep. 2009. Availabel at: < http://acepsuherman.web.id/manfaat-kolagen-untuk-kesehatan-kulit/> {Accessed 16 March 2015 21.44 WIB].

Anonymous. 2008. Available at: < http://fungsi-manfaat.com/artikel/peran-selulase-dalam-industri-kertas.html> {Accessed 16 March 2015 22.35 WIB].