ENZIM LIPASE (STEAPSIN)

Enzim merupakan senyawa protein yang dapat mengkatalisis seluruh reaksi kimia dalam sistem biologis. Semua enzim murni yang telah diamati sampai saat ini adalah protein. Aktivitas katalitik enzim bergantung kepada integritas strukturnya sebagai protein. Enzim dapat mempercepat reaksi biologis mulai dari reaksi yang sederhana sampai ke reaksi yang sangat rumit. Enzim bekerja dengan cara menempel pada permukaan molekul zat-zat yang bereaksi sehingga mempercepat proses reaksi. Percepatan reaksi terjadi karena enzim menurunkan energi pengaktifan yang akan mempermudah terjadinya reaksi. Enzim mengikat molekul substrat dengan cara membentuk kompleks enzim substrat yang bersifat sementara kemudian terurai membentuk enzim bebas dan produknya (Lehninger, 1995).

Lipase merupakan enzim yang mempunyai peran dalam reaksi hidrolisa dan transesterifikasi. Enzim ini berfungsi sebagai katalis pada hidrolisa trigliserida serta sintesa ester dari gliserol dan asam-asam lemak rantai panjang. Disamping itu enzim lipase juga berperan sebagai biokatalis dalam reaksi alkoholisis, acidolisis, esterifikasi dan aminolisis (Gunasekaran dan Das, 2005).

Lipase disebut juga triasilgliserol hidrolase (E.C 3.1.1.3), merupakan enzim yang dapat menjadi biokatalis pada reaksi hidrolisis triasilgliserol menjadi gliserol dan asam lemak.

Keterangan dari kode enzim ini adalah :
Nomor 3 : Hydrolases
Nomor 1 : Acting on ester bonds (bekerja pada ikatan ester)
Nomor 1 : Carboxylic-ester hydrolases
Nomor 3 : triacylglycerol lipase

Enzim lipase membutuhkan substrat khusus. Kekhususan ini menjadi faktor pertimbangan utama dalam analisa dan aplikasinya. Berdasarkan jenis substrat, lipase digolongkan menjadi beberapa jenis yaitu kekhususan pada asam lemak, posisi, alkohol, asilgliserol, stereo dan kiral.

Ketersediaan lipase di alam sangat melimpah, di mana sumbernya berasal dari tanaman, hewan, dan mikroorganisme. Enzim mikrobial atau yang berasal dari bakteri lebih menguntungkan daripada yang dihasilkan dari tanaman atau hewan. Hal ini disebabkan karena enzim mikrobial memiliki stabilitas yang baik, rendemen tinggi, mudah dimanipulasi secara genetika, mudah didapatkan, dan dapat tumbuh pada media yang murah (Dahiya dan Purkayastha, 2011). Oleh karena itu, para peneliti kini terus mengembangkan ilmu bioteknologi tentang bagaimana cara isolasi dan karakterisasi enzim lipase dari bakteri, sehingga pemanfaatannya sebagai biokatalis dapat menghemat waktu, biaya, dan energi.

Beberapa jenis lipase yang perlu diketahui :

1. Lipase Pankreas (Pancreatic Lipase)

Pada manusia lipase pankreas disekresikan oleh pankreas bersama dengan garam-garam empedu dan disimpan dalam kantong empedu. Selanjutnya akan dilepaskan ketika chyme (makanan yang sudah dicerna) memasuki usus kecil. Garam empedu berfungsi mengemulsikan lemak menjadi molekul yang lebih kecil sehingga memperluas area permukaan dan meningkatkan efektivitas lipase dalam mengkatalisis pencernaan lemak.

2. Lipase Intraseluler (Intracellular Lipase)

Lipase jenis ini terdapat pada lisosom. Lipase ini melakukan fungsi intraseluler pada lisosom yaitu organel yang membantu menghilangkan produk sampah dari sel. Peran lipase dalam lisosom adalah memecah lipoprotein dalam sel.

3. Lipase pada Bakteri

Banyak spesies jamur dan bakteri yang menyekresi lipase untuk membantu penyerapan nutrisi dari lingkungan. Hal ini dibuktikan pada produksi keju dan yogurt dari bakteri yang memanfaatkan lipase sebagai sarana memecah lemak susu. Selain penggunaannya dalam industri susu, lipase berpotensi meningkatkan efektivitas produksi bahan bakar alternatif. Berbagai penelitian saat ini sedang menguji produksi biofuel dari minyak tumbuhan menggunakan lipase dari bakteri untuk memfasilitasi pemecahan minyak.

4. Fosfolipase

Fosfolipase dapat ditemukan pada berbagai macam serangga dan ular. Lipase jenis ini digunakan untuk meningkatkan daya racun sengatan atau gigitan. Adanya fosfolipase dalam racun (bisa) akan meningkatkan inflamasi (peradangan) akibat sengatan atau gigitan melalui pencernaan lapisan ganda sel fosfolipid.

Lipase merupakan enzim yang memiliki karakter spesifik tergantung organisme penghasilnya. Beberapa lipase yang dihasilkan organisme-organisme dalam satu genus juga memiliki karakter berbeda meskipun secara umum memiliki motif asam amino yang sama untuk tiap organisme. Motif asam amino ini berupa urutan asam amino Glisin-X₁-Serin-X₂-Glisin yang merupakan sisi aktif dari enzim ini, dimana X₁ adalah  Histidin, X₂ adalah asam glutamat atau aspartat. Pengaruh lingkungan kemungkinan turut memberikan peranan terhadap organisme penghasil lipase.

Gen/DNA penyandi enzim lipase.

Tercatat lebih dari 20.000 urutan nukleotida penuh atau sebagian dari DNA pengkode lipase ada di genebank NCBI. Gen lipase merupakan kunci dalam sintesis enzim lipase baik pada organisme prokariotik maupun eukariotik. Untuk Azospirillum sp. terdapat strain yang sudah lengkap urutan gen lipasenya yaitu Azospirillum sp. B510. Gen pengkode enzim lipase pada bakteri tersebut terletak pada plasmid pAB510c (Kaneko et al., 2010). Azospirillum sp. B510 merupakan bakteri tanah sama halnya dengan Azospirillum sp. JG3. Hal ini memungkinkan kemiripan urutan gen pengkode lipase yang dimiliki keduanya cukup tinggi.

Dengan pendekatan dengan teknik PCR (Polymerase Chain Reaction) dapat dilakukan dengan menggunakan primer yang didesain berdasarkan urutan gen lipase dari bakteri Azospirillum sp. B510 yang telah dipublikasikan di genebank NCBI. Metode ini berfungsi untuk melipatgandakan (mengamplifikasi) potongan DNA dalam waktu yang singkat secara in vitro. Prinsip dari teknik PCR ini adalah dengan cara menemukan sekuens komplemen dalam sampel DNA asli yang dilakukan oleh primer pemula. PCR dapat dipakai untuk menunjukkan sekuens DNA sehingga metode ini adalah metode yang efisien untuk mendeteksi organisme patogen (dilihat dari urutan basa nukleotidanya).

Morfologi dan Sisi Aktif Enzim Lipase

Lipase disebut juga serin hidrolase yang bekerja pada urutan Gly-X₁-Ser-X₂-Gly, dimana Gly adalah glisin, Ser adalah serin, X₁ adalah histidin dan X₂ adalah aspartat atau asam glutamat. Lipase disebut dengan serin hidrolase karena residu asam amino yang bereaksi pertama adalah serin. Serin bersifat sebagai nukleofilik yang tidak biasa dan sangat reaktif. Sifat ini berfungsi untuk aksi katalitik dari enzim. Beberapa enzim lain yang memiliki residu serin yang aktif antara lain kimotripsin, asetilkolinesterase, tripsin, trombin dan elastase.

Dari gambar diatas dapat dilihat komponen sisi aktif dari enzim lipase yang teridiri dari residu asam amino Histidin-156 , Serin-77, dan Aspartat-133. Berikut adalah struktur dari 3 asam amino tersebut :

Residu Histidin memungkinkan residu tersebut untuk bertindak sebagai basis umum yang dapat menangkap sebuah proton dari gugus hidroksil residu aktif Serin. Sehingga dihasilkan ion alkoksida yang bersifat nukleofilik pada residu Serin yang berfungsi untuk menyerang gugus karbonil substrat (ester). Hal ini mengakibatkan terbentuknya zat perantara asil-enzim. Komponen penting lainnya untuk mekanisme katalitik adalah oxyanion hole yang terdiri dari donor ikatan H (kebanyakan ikatan kelompok N-H). Lubang oksianion membantu untuk menstabilkan reaksi antara selama katalisis ketika oksigen karbonil membawa muatan parsial negatif.

Proses aktivasi residu serin oleh residu histidin dapat digambarkan seperti dibawah ini.

Mekanisme hidrolisis triasilgliserol

Proses hidrolisis triasilgliserol hidrolase dimulai dari serangan nukleofilik oleh residu aktif asam amino serin pada gugus karbonil ester (lemak).  Serin, histidin dan asam aspartat membentuk triad katalitik dalam molekul lipase. Bila tidak ada substrat, histidin 156 tidak mengandung proton akan tetapi berada dalam posisi siap menerima proton dari gugus –OH serin 77.

Setelah diserang oleh Serin, gugus karbonil C=O pada ester yang awalnya rangkap menjadi ikatan C-O tunggal sehingga terbentuk senyawa tertrahedral. Setelah itu terbentuk senyawa intermediet yang disebut dengan kompleks asil-enzim dimana sebagian substrat terikat pada enzim. Senyawa asil-enzim pada mekanisme ini adalah residu serin (O-Serin) yang mengikat gugus asil (R-CO) pada molekul substrat. Proses ini disebut asilasi.

Residu aktif serin terus menerus mengambil gugus asil pada lemak. Hal ini mengakibatkan molekul lemak yang awalnya mengikat gugus asil digantikan oleh H sehingga menjadi OH. Ini yang menyebabkan terbentuknya produk gliserol pada proses hidrolisis lemak.

Senyawa intermediet asil-enzim yang terbentuk (residu serin (O-Serin) yang mengikat gugus asil dari substrat) selanjutnya mengalami deasilasi. Histidin 156 bertindak sebagai nukleofilik yang menyerang ikatan karbonil pada senyawa asil-enzim. Hal ini mengakibatkan ikatan karbonil pada asil-enzim menjadi ikatan tunggal sehingga terbentuk tetrahedral. Setelah terbentuk tetrahedral, gugus asil yang terikat pada O-Serin dapat lepas dengan mudah sehingga terbentuk produk hidrolisis yang kedua yaitu asam lemak.