Post on 16-Feb-2016
description
HIDROLISIS PROTEIN DENGAN MENGGUNAKAN PROTEASE : DAN
KEGUNAANNYA DALAM BIOTEKNOLOGI PANGAN
A. BAIST KHAERUL UMAM(1127040001)ROBBY YOGA PRATAMA(1127040065)
Pendahuluan
Protease EnzymeHidrolisis protein
Managing efisiensi
Managing suspecibility
Alkaline compound
Acid compound
Penentuan asam amino dengan hidrolisis asam 6 M HCl pada temperatur 1100C mengakibatkan rusaknya triptofan (Tsugita & Scheffler, 1982). Penggunaan protease dalam hudrolisis protein tidak mengganggu reaksi utama, dan tidak mempengaruhi nutrisi protein(Maldonado, 1998)Hidrolisis protein dengan Enzim protease lebih baik dengan spesiftas tinggi terhadap substrat, sehingga meningkatkan karakteristik nutrisi(Castro et al, 2011)Perbahan sebagian kecil struktur protein mengakibatkan dampak pada fungsi enzim, dimana terdapat inhibitor, kebutuhan kofaktor dan bahkan atolisis (McGeagh et al, 2011)Peptida bioaktif adalah fragmen protein spesifik yang berdampak positif pada fungsi atau kondisi tubuh dan akhirnya dapat mempengaruhi kesehatan (Kitts & Weiler 2003). Mereka mempengaruhi banyak proses biologi termasuk membangkitkan perilaku, saraf, hormonal, respons nutrisi dan gastrointestinal (Clare & Swaisgood 2000)
Hidrolisat dengan peptida yang
spesifik dan baik
Enzym chain
stability
Gambar 2. Struktur protease
As amino tidak terion dan terion
Ikatan peptida
PROTEASEProtease (biasa disebut peptidase, proteolitik enzim, protein hidrolase) mengkatalisis ikatan amida(peptida) untuk menghidrolisis protein atau substrat peptida.
Protease aspectsProtease Reaksi hidrolisisAminopeptidase A (EC 3.4.11.1) Pelepasan N-terminal Leu, tapi bisa juga asam
amino lain, termasuk Pro, tapi tidak Arg atau LysAminopeptidase B (EC 3.4.11.6) Pelepasan N-terminal Arg and Lys dari oligopeptida
ketika P1’ bukan ProCarboxypeptidase A (EC 3.4.17 Pelepasan C-terminal asam amino, tapi sedikit atau
tidak bereaksi dengan -Asp, -Glu, -Arg, -Lys or -ProCarboxypeptidase B ( EC 3.4.17.2) Preferensi pelepasan C-terminal Lys atau ArgChymotrypsin (EC 3.4.21.1) Preferensi pelepasan N-terminal Tyr, Trp, Phe, Leu
atau ArgPapain (EC 3.4.22.2) Preference for an amino acid bearing a large hydrop
hobic side chain at the P2 position.Pepsin (EC 3.4.23.15) Preferential cleavage: hydrophobic, preferably arom
atic residues.Subtilisin (EC 3.4.22.2) Preference for an amino acid bearing a large hydrop
hobic side chain at the P2 position.Trypsin (EC 3.4.21.4)
Preferential release of N-terminal Arg and Lys at Pposition.
BRENDA(Braunschw
eig Enzyme Database) inform
ation
Peningkatan kinerja protease
ManagingProteases efficiency and substrate susceptibility
Chemical modifications
Using proteases from thermophilic
microorganisms
Ultrsound treatment
Immobilization of enzymes
Enzim memiliki kekurangan dalam beberapa proses, seperti ketidakstabilan, laju reaksi yang lambat, kerentanan substrat dalam konsentrasi rendah.
Modifikasi Secara Kimia• Asam amino memiliki gugus reaktif yang dapat bereaksi dengan
reagen(Fagain, 1995)• Succinylated papain memperlihatkan stabilitas terhadap suhu dan
pH(Roy et al, 2005)
PENINGKATAN KINERJA PROTEASEMANAGING PROTEASE EFFICIENCY
carried out changes
.improving the stability of enzyme in extreme environmental conditions (pH and temperature) and its stability against the anionic surfactants
Combination with molecules
like carbohydrate
provide additional points of hydrogen bonding with
the enzyme surface
decrease dehydration and/or provide
thermodynamic barriers to unfolding
Covalent attachment of caboxymethylcellulose
surface of trypsin
By reductive alkylation of
NaBH4improved enzyme
thermostability and pH stability
Lysine residues
in bromelain
pyromellitic anhydride acid
& poly maleic anhydride
thermal stability and the resistance to alkali and the
surfactant
the protein positive charge
modified trypsin retained 42%of the proteolytic activity
Imobilisasi Enzim• Imobilisasi enzim adalah proses pelekatan pada suatu bahan atau
wilayah yang meningkatkan aktivitas katalitik. Dan dapat digunakan berulangkali dan terus menerus(Bickerstaf, 1997).
PENINGKATAN KINERJA PROTEASEMANAGING PROTEASE EFFICIENCY
trypsin immobilized on
chitosan activated with glycidol
660-fold more stable than soluble enzyme
approximately, threefold more stable than glyoxyl
agarose derivative, at 70 ◦C
Manrich et al. 2008
Ju et al. 2012
chymotrypsin immobilized through covalent-bonding onto
Fe3O4-CS nanoparticles
exhibited high stability at different acid pH
Porcine pepsin immobilized on chitosan
exhibited an improved resistance against thermal
denaturation Bacheva et al. 2005 stability of immobilized subtilisin in an
aqueous buffer containing 5–8 M urea, and in acetonitrile/60–90% dimetylsulfoxide
mixtures
substantially higher than that of the free enzyme
Ultrasound• Ma et al mengobservasi aktivitas alcalase yang meningkat maksimum
setelah dikenakan ultrasonik selama 4 menit dengan intensitas 80 W, tapi saat dikenakan ultrasonic 10 menit aktivitas alcalase menurun.
PENINGKATAN KINERJA PROTEASEMANAGING PROTEASE EFFICIENCY
Ma et al. 2011
activity of Alcalase was increased to the maximum when treated for 4 min
at an ultrasonic intensity of 80 W
under which Alcalase activity was increased by 5.8%
excessive treatment can decrease enzyme activity
when the treatment duration exceeded 10 min, Alcalase
activity was lower
Menggunakan protease dari mikroorganisme termofilik
• Hidrolisis protein daging dalam industri daging sangat sulit, protease dari bakteri termofilik dapat digunakan pada temperatur 800C dan tidak terdenaturasi dan proteolisis berjalan dengan baik(Suzuki et al, 2006).
PENINGKATAN KINERJA PROTEASEMANAGING PROTEASE EFFICIENCY
Tailoring Enzyme• Teknologi baru dan program komputasi untuk menemukan protein
terkini yang menyelesaikan masalah Keterbatasan enzim(eijsink et al, 2004).
PENINGKATAN KINERJA PROTEASEMANAGING PROTEASE EFFICIENCY
MANAGING SUBSTRAT SUSCEPTIBILITY• Peningkatan kestabilan enzim dapat juga dilakukan peningkatan
sensitivitas enzim itu sendiri dengan substratnya dengan denaturasi.• Penyesuaian kondisi lingkungan seperti suhu, tekanan, pH,
konsentrasi pelarut mengakibatkan protein terdenaturasi, tapi berefek pada substrat berikatan dengan mudah dengan enzim.unfold(Franks et al, 1998).
• Pemberian panas meningkatkan rantai protein mudah diakses(Agboola, 1996).
• Pelunakan daging sapi diteliti dengan kondisi suhu 60-700C dan 200 Mpa, meningkatkan kerja proteolisis(Ma & Ledward, 2004).
PENINGKATAN KINERJA PROTEASE
Pengolahan makanan secara enzimatik (hidrolisis protein)
improved digestibility (Conde et al,
2005)
modifications of sensory quality texture or flavor (Lahl & Braun, 1994)
health benefits, such as the improvement of antioxidant capability or reduction in allergenic compounds (van Boekel et al, 2010)
Hidrolisis Protein pada makanan dengan penambahan asam dapat membahayakan bagi manusia.
Penentuan asam amino dengan hidrolisis asam 6 M HCl pada temperatur 1100C mengakibatkan rusaknya triptofan (Tsugita & Scheffler, 1982). Penggunaan protease dalam hudrolisis protein tidak mengganggu reaksi utama, dan tidak mempengaruhi nutrisi protein(Maldonado, 1998)
solubility gelation
emulsifying and foaming
characteristics
AdvantageProteolisis mengakibatkan penurunan massa molekul dan juga meningkatkan gugus ion yang dapat mengubah interaksi kimia dan fisika dengan lingkungannya(Jung et al, 2005).Zhao et al meneliti penggunaan alcalase terhadap protein kacang dan terjadi peningkatan kelarutan.
Disadvantagekondisi hidrolsisis harus dikontrol karena dapat mengakibatkan efek yang tidak diinginkan, seperti timbul peptida yang terasa pahit produksi(Jung et al, 2005) dan juga peptida yang hidrofobik. Sehingga menurunkan kelarutan(Creusot et al, 2008).
Pengubahan sifat makanan
A summary diagram that explains how allergy develops
Reduksi sifat alergi protein dalam makanan
Reduksi sifat alergi protein dalam makanan
Antibodi yang menyebabkan reaksi alergi disebut imunoglobulin E (IgE). Antibodi IgE biasanya dihasilkan sebagai respon terhadap infeksi parasit, seperti pada malaria. Namun, beberapa orang memproduksi IgE sebagai respon terhadap makanan tertentu.
Roasted peanut protein
hydrolyzed by Alcalase & Flavourzyme
Flavourzyme was used, a 65% decrease in IgE reactivity after 300 min of hydrolysis
at 30 min treatment with Flavourzyme caused an increase in IgE reactivity while with Alcalase 100% reduction
(Cabanillas et al, 2012)
hydrolysates of casein and whey proteins
using a protease mix, hydrolysates with peptides smaller than 8000 Da for whey protein and 2500 Da for the casein fraction
hydrolysates present high nutritional values and the same amino acids as the native proteins
Beresteijin et al
Taste preservation• Peptida pahit dapat dihasilkan selama proses hidrolisis protein
(Glendinning, 1994)• Adanya korelasi antara peptida pahit dengan panjang rantai,
hidrofobisistas dan juga adanya N- and C-terminus (Maehasia, 2009)• Penggunaan enzim yang sesuai akan mereduksi rasa pahit selama
hidrolisis protein.• Kodera et al menghidrolisis protein dengan menggunakan protease
D3(hasil purifikasi protein dari kotiledon kecambah kedelai) dimana peptida yang dihasilkan memiliki rasa pahit yang lebih kecil daripada menggunakan subtilisin,pepsin, tripsin.
Cheesemaking• Proteolysis events are principal biochemical modifications in cheese
production (Fox, 1989)• Cheese production: cheese is produced via enzymatic coagulation,
using calf rennet as coagulant, a two protease extract (chymosin and pepsin extract), which has a double role in cheesemaking.
• Chymosin role is specifically to hydrolyze the Phe105-Met106 bond of the k-casein, a micelle-stabiliser, leading to the milk protein coagulation while But, rennet contributes to proteolysis occurring during cheese ripening. (Souza et al, 2001)
Enzymes used in cheese making
Protein dari kasein pada keju dipecah menjadi peptida-peptida yang berat molekulnya rendah dan asam-asam amino oleh beberapa jenis enzim proteolitik(Fox & McSweeney, 1996)
Rennet mengandung enzim proteolytic (protease) yang memisahkan susu menjadi bagian padat dan cair.
Cleaning process• Protein-based residues cause problem during cleaning procedures• The first detergent containing protease was marketed in 1960s, using
subtilisins from Bacillus licheniformis (Saeki et al, 2007)• Study Alcalase as cleaner efficiency in remove casein dan Hb (Turner
et al, 2005)
Kesimpulan• Proses bioteknologi pangan didesain untuk menghasilkan hidrolisat
yang spesifik dan menghasilkan (peptida bioaktif), dalam hal ini dapat digunakan enzim protease. Proteolisis dapat mengubah protein dalam makanan, yaitu kelarutan, gelatinisasi, pengemulsian, reduksi alergi protein, pengubahan rasa, penghasilan peptida bioaktif.