AKTIVITAS FOSFORILASI PROTEIN 15 DAN 33 kDa PADA

AKTIVITAS FOSFORILASI PROTEIN 15 DAN 33 kDa PADA MEMBRAN
SPERMATOZOA KAMBING KACANG (Capra hircus) SEBAGAI
PARAMETER PENDUKUNG KUALITAS SPERMA
Denny Fahrudin Mardiansyah1, Umie Lestari1, dan Nursasi Handayani1
1 Jurusan Biologi FMIPA Universitas Negeri Malang
Jl. Semarang no. 5, Malang
E-mail: [email protected]
Abstract: Molecular sperm motility measurement associated with energy inside
the cell and the protein phosphorylation activity. The aim of this research is to
find the protein phosphorylation activity of Kacang Goat’s sperm (Capra hircus)
protein membrane with molecular weight 15 and 33 kDa, which potentially used
as supporting parameter in determining goat sperm quality. This research belong
to descriptive explorative research with laboratoric observative approach which
measuring the value of protein 15 and 33 kDa phosphorylation activity units.
According to the result of the research analysis, protein 15 kDa has protein
phosphorylation activity at 0,1340 μg/ml/minute, while protein 33 kDa at 0,1635
μg/ml/minute.
Keywords: protein phosphorylation activity, sperm protein membrane, kacang
goat sperm
Abstrak: Penilaian motilitas spermatozoa secara molekuler berhubungan
dengan keberadaan energi di dalam sel dan aktivitas fosforilasi protein.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui aktivitas fosforilasi protein membran
spermatozoa kambing kacang (Capra hircus) dengan berat molekul 15 dan 33
kDa yang berpotensi digunakan sebagai parameter pendukung dalam
menentukan kualitas spermatozoa kambing kacang. Penelitian ini merupakan
penelitian deskriptif eksploratif dengan pendekatan observasi laboratorik dengan
cara menghitung nilai unit aktivitas fosforilasi protein 15 dan 33 kDa.
Berdasarkan hasil analisis penelitian, protein 15 kDa memiliki aktivitas
fosforilasi sebesar 0,1340 μg/ml/menit, sedangkan protein 33 kDa sebesar
0,1635 μg/ml/menit.
Kata Kunci: aktivitas fosforilasi protein, protein membran spermatozoa,
spermatozoa kambing kacang
Kambing kacang merupakan salah satu sumber daya genetik ternak lokal
(asli Indonesia). Populasi kambing kacang sebesar 83% dari total populasi
kambing di Indonesia (Ditjennak dalam Ginting dan Fera, 2008). Kambing ini
memiliki bobot hidup seberat 22-25 kg pada umur 15-18 bulan (Pamungkas dkk.,
2009) sehingga optimal untuk kepentingan dan kebutuhan pasar domestik
(Ginting dan Fera, 2008), yaitu sebagai bahan konsumsi harian maupun untuk
ibadah qurban setiap tahun oleh umat Islam di Indonesia (Mirdhayati dkk., 2014).
Kambing kacang memiliki keunggulan berupa daya adaptasi yang baik terhadap
iklim di Indonesia serta tingkat efisiensi reproduksinya cukup baik. Jumlah anak
sekelahiran (litter size) kambing kacang sebesar 1,68 (Anggara dkk., 2014) lebih
besar apabila dibandingkan dengan kambing Boer sebesar 1,33 (Fera, 2009) dan
PE sebesar 1,21 (Kostaman dan Sutama, 2006).
Tahun 2009 kebutuhan daging nasional masih belum tercukupi oleh
produksi dalam negeri sehingga dilakukan impor dari negara lain. Impor daging
kambing pada tahun 2009 sebanyak 861,58 ton (Ditjen PKH, 2011). Pemerintah
dalam hal ini Ditjen PKH menargetkan pada tahun 2014 produksi daging kambing
sebanyak 85.700 ton, namun data yang terpantau dari Badan Pusat Statistik (2015)
menunjukkan bahwa produksi daging kambing pada tahun 2014 masih sebesar
67.862 ton. Hal ini menunjukkan bahwa target yang ditetapkan pemerintah masih
belum tercapai. Ketidaktercapaian target ini dapat dikarenakan beberapa faktor
penghambat seperti belum mantapnya program pembibitan ternak, rendahnya
penerapan mutu bibit, dan kurang terkendalinya persilangan ternak (Ditjen PKH,
2011). Perkawinan secara alami sifatnya tidak teratur dan kurang efisien apabila
ditinjau dari sisi pemanfaatan pejantan dengan jumlah yang terbatas. Anakan yang
dihasilkan dari perkawinan secara alami juga dapat bervariasi dikarenakan
pejantan yang melakukan perkawinan bersifat acak sehingga kualitasnya belum
tentu baik. Perkawinan secara buatan seperti inseminasi buatan (IB) diterapkan
untuk mengatasi kelemahan perkawinan secara alami.
Pemeriksaan kemampuan fertilisasi spermatozoa yang akan digunakan
untuk IB tercantum dalam prosedur baku analisis semen yaitu dengan
menggunakan parameter berupa konsentrasi, morfologi, motilitas (Sutama dkk.,
2000), volume semen, dan viabilitas sel sperma (Rosmaidar dkk., 2013). Hasil uji
coba IB kambing yang sudah dilakukan di berbagai negara memiliki tingkat
keberhasilan yang bervariasi yaitu sebesar 33-73% (Roca dkk., 1997).
Bervariasinya tingkat keberhasilan uji coba IB pada kambing tersebut dapat
dikarenakan beberapa faktor seperti kualitas semen (Sutama dkk., 2000). Pada
pengamatan makroskopis dan mikroskopis motilitas merupakan parameter utama
dalam menentukan kualitas sperma (Berlinguer dkk., 2009). Penilaian motilitas
spermatozoa secara molekuler berhubungan dengan keberadaan energi di dalam
sperma yaitu dalam bentuk adenosin trifosfat (ATP) yang berhubungan dengan
terjadinya aktivitas fosforilasi protein (Miki, 2007). Fosforilasi protein merupakan
faktor utama dalam proses kapasitasi (Naz dan Rajesh, 2004). Ada berbagai
macam protein yang berhubungan dengan fosforilasi protein, seperti
Na+/K+ATPase, Ca2+-ATPase, dan cAMP-dependent protein kinase (Byrne dkk.,
2012). Cheema dkk. (2011) menyebutkan bahwa terdapat protein dengan berat
molekul 18 dan 35 kDa pada membran bagian ekor spermatozoa kambing yang
diduga berhubungan dengan fertilitas spermatozoa. Pada penelitian ini dilakukan
pengujian aktivitas fosforilasi protein membran spermatozoa kambing kacang
(Capra hircus) dengan berat molekul 15 dan 33 kDa yang berpotensi digunakan
sebagai parameter pendukung dalam menentukan kualitas spermatozoa kambing
kacang.
METODE
Penelitian ini bersifat deskriptif eksploratif dengan pendekatan observatif
laboratorik. Pada penelitian ini dilakukan analisis aktivitas fosforilasi protein
membrane spermatozoa kambing kacang (Capra hircus) yang berpotensi sebagai
parameter pendukung kualitas sperma. Obyek dalam penelitian ini yaitu 1 ekor
kambing kacang jantan dewasa yang berada di Laboratorium Lapang Sumber
Sekar Fakultas Peternakan Universitas Brawijaya, Malang. Waktu pelaksanaan
penelitian yaitu tanggal 26 Oktober 2015 hingga 4 Desember 2015. Tempat
pelaksanaan penelitian yaitu bertempat di Laboratorium Biologi Molekuler BIO
314 Gedung Biologi, Jurusan Biologi Fakultas MIPA Universitas Negeri Malang.
Prosedur dalam melaksanakan penelitian ini yaitu: isolasi protein membran
spermatozoa, elektroforesis isolat protein membran spermatozoa, elusi protein,
dan pengujian aktivitas fosforilasi protein.
HASIL
Berdasarkan hasil perhitungan dapat diketahui bahwa berat molekul yang
terdapat di dalam sampel isolat protein membran spermatozoa kambing kacang
antara lain: 86,7 kDa, 67,1 kDa, 55,4 kDa, 45,7 kDa, 40,2 kDa, 33,2 kDa, 22,6
kDa, 15,4 kDa, 9,2 kDa, 7,6 kDa, 5,9 kDa, dan 4,3 kDa seperti yang terlihat pada
gambar 1.
Gambar Berat Molekul Isolat Protein Membran Spermatozoa Kambing Kacang.
Unit aktivitas fosforilasi protein dengan berat molekul 15 kDa sebesar
0,164 dan 0,104 μg/ml/menit, sehingga apabila dihitung rata-ratanya menjadi
0,1340 μg/ml/menit. Unit aktivitas fosforilasi protein dengan berat molekul 33
kDa sebesar 0,242 dan 0,085 μg/ml/menit, sehingga apabila dihitung rata-ratanya
menjadi 0,1635 μg/ml/menit.
Tabel Ringkasan Perhitungan Aktivitas Fosforilasi Protein Membran Spermatozoa
Kambing Kacang
No
Sampel
1
2
3
4
k18-1
k18-2
k35-1
k35-2
Keterangan
k18-1/-2
k35-1/-2
Abs awal
Y
X
Abs
awal
0.355
0.355
0.355
0.355
ATP
awal
172
172
172
172
Y
X
0.242
0.283
0.188
0.296
115.5
136
88.5
142.5
ATP
Bereaksi
56.5
36
83.5
29.5
Unit
Aktivitas
0.164005806
0.104499274
0.242380261
0.08563135
: Protein Membran Sperma Kambing Kacang Berat Molekul 15 kDa ulangan satu/dua
: Protein Membran Sperma Kambing Kacang Berat Molekul 33 kDa ulangan satu/dua
: Absorbansi awal (125 ppm)
: Absorbansi akhir
: Jumlah ATP akhir
PEMBAHASAN
Berdasarkan analisis kualitatif isolat protein membran spermatozoa
kambing kacang (Capra hircus) didapatkan 12 jenis protein berdasarkan berat
molekulnya. Protein yang didapatkan antara lain dengan berat molekul 86,7 kDa;
67,1 kDa; 55,4 kDa; 45,7 kDa; 40,2 kDa; 33,2 kDa; 22,6 kDa; 15,4 kDa; 9,2 kDa;
7,6 kDa; 5,9 kDa; dan 4,3 kDa. Protein dengan berat molekul 15,4 kDa dan 33,2
kDa digunakan sebagai objek pengukuran aktivitas fosforilasi.
Berdasarkan hasil analisis data perhitungan nilai unit aktivitas fosforilasi
protein didapatkan rata-rata nilai unit aktivitas fosforilasi protein dengan berat
molekul 15 kDa dan 33 kDa berturut-turut sebesar 0,1340 μg/ml/menit dan 0,1635
μg/ml/menit. Nilai ini menunjukkan bahwa 1 ml protein ini mampu melepaskan
satu gugus fosfat dari ATP sebesar 0,1340 atau 0,1635 μg dalam waktu 1 menit.
Berdasarkan data tersebut, terbukti bahwa protein dengan berat molekul 15 dan 33
kDa memiliki aktivitas fosforilasi. Energi yang didapatkan dari pelepasan satu
gugus fosfat ATP ini akan digunakan untuk aktivitas kehidupan sperma seperti
mekanisme signaling pathway di dalam sel yang melibatkan aktivitas fosforilasi
(Miki, 2007).
Berdasarkan letaknya pada spermatozoa, protein dengan berat molekul 15
dan 33 kDa ini terdapat pada membran spermatozoa. Hal ini didasarkan pada
metode isolasi yang digunakan yaitu menggunakan Tween-20 yang bersifat
spesifik untuk prosedur isolasi protein pada membran sel. Protein ini diduga
berhubungan dengan kemampuan fertilitas spermatozoa karena ditemukan pada
ekor spermatozoa (Cheema dkk., 2011). Ekor sperma berfungsi untuk pergerakan
sperma dalam media. Hal ini diperkuat oleh adanya mekanisme hipermotilitas
(peningkatan pergerakan) yang terjadi selama proses kapasitasi, sehingga protein
yang berada di bagian ekor spermatozoa diduga berkaitan dengan proses ini. Data
aktivitas fosforilasi protein dapat digunakan untuk menunjang atau mendukung
parameter utama kualitas sperma yang dilakukan secara mikroskopis meliputi
konsentrasi, morfologi, motilitas, volume, dan viabilitas sperma. Harapannya
apabila data kualitas sperma yang didapatkan ditunjang oleh deskripsi molekular
seperti aktivitas fosforilasi ini, dapat digunakan untuk meningkatkan peluang
keberhasilan IB pada kambing.
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa nilai unit
aktivitas fosforilasi protein dengan berat molekul 15 kDa dan 33 kDa yang
didapatkan berturut-turut sebesar 0,1340 μg/ml/menit dan 0,1635 μg/ml/menit.
Saran
Saran yang dapat penulis berikan setelah melakukan penelitian ini yaitu
dilakukan penelitian serupa pada protein membran sperma kambing kacang
lainnya yang telah diisolasi pada penelitian ini, sehingga didapatkan profil
aktivitas fosforilasi seluruh protein membran spermatozoa kambing kacang secara
utuh.
DAFTAR RUJUKAN
Anggara E. B., Nasich M., Nugroho H., dan Kuswati. 2014. Kacang Goats Doe
Productivity In Kedungadem Sub-District Bojonegoro Regency. Malang:
Universitas Brawijaya.
Berlinguer F., Madeddu M., Pasciu V., Succu S., Spezzigu A., Satta V., Mereu P.,
Leoni G. G., dan Naitana S. 2009. Semen Molecular and Cellular Features:
These Parameters Can Realiably Predict Subsequent ART Outcome in A
Goat Model. Reproductive Biology and Endocrinology 7: 125-133.
Byrne, K., Tamara L., Russell M., Michelle L. C., dan Michael K. H. 2012.
Comprehensive Mapping of The Bull Sperm Surface Proteome.
Proteomics 12: 1-21.
Cheema R. S., Bansal A. K., Bilaspuri G. S., dan Gandotra V. K. 2011.
Correlation Between The Proteins and Protein Profiles of Different
Regions of Epididymis and Their Contents in Goat Buck. Animal Science
Papers and Reports 29 (1): 75-84.
Direktorat Jenderal Peternakan dan Kesehatan Hewan (Ditjen PKH). 2011.
Rencana Strategis: Direktorat Jenderal Peternakan dan Kesehatan Hewan
2010-2014. Jakarta: Kementerian Pertanian.
Fera, M. 2009. Penampilan Reproduksi Kambing Induk:Boer, Kacang, dan
Kacang yang Disilangkan dengan Pejantan Boer. Seminar Nasional
Teknologi Peternakan dan Veteriner 2007.
Ginting, S. P. dan Fera M. 2008. Kambing ‘Boerka’: Kambing Tipe Pedaging
Hasil Persilangan Boer x Kacang. Wartazoa 18 (3): 115-126.
Kostaman, T., dan Sutama I. K. 2006. Korelasi Bobot Badan Induk dengan Lama
Bunting, Litter Size, dan Bobot Lahir Anak Kambing Peranakan Etawah.
Seminar Nasional Teknologi Peternakan dan Veteriner 2006.
Miki, K. 2007. Energy Metabolisme and Sperm Function. Soc Reprod Fertil
Suppl65:309-325,(Online), (http://europepmc.org/abstract/med/17644971),
diakses pada 15 Oktober 2015.
Mirdhayati, I., Hermanianto J., Wijaya C. H., dan Sajuthi D. 2014. Profil Karkas
dan Karakteristik Kimia Daging Kambing Kacang (Capra aegagrus
hircus) Jantan. JITV 19 (1): 26-34.
Naz, R. K., dan Rajesh P. B. 2004. Role of Tyrosine Phosphorylation in Sperm
Capacitation/Acrosome
Reaction.
Reproductive
Biology
and
Endocrinology 2: 75.
Pamungkas, F. A., Batubara A., Doloksaribu M., dan Sihite E. 2009. Petunjuk
Teknis Potensi Plasma Nutfah Kambing Lokal Indonesia. Bogor: Pusat
Penelitian dan Pengembangan Peternakan, Departemen Pertanian.
Roca, J., J. A. Carrizosa, I. Compos, A. Lafuente, J. M. Vasquez, dan E. Martinez.
1997. Viability and Fertility of Unashed Murciano-Granadina Goat
Spermatozoa Diluted in Tris-Egg Yolk Extender and Stored at 5oC. Small
Rum. Res. 25: 147-153.
Rosmaidar, Dasrul, dan T. M. Lubis. 2013. Pengaruh Penambahan Sari Buah
Tomat dalam Media Pengencer terhadap Mortalitas dan Viabilitas
Spermatozoa Kambing Boer yang Disimpan pada Suhu 3 – 5 oC. Jurnal
Ilmiah Peternakan 1 (1): 7 – 17.
Sutama, I. K., B. Setiadi, U. Adiati, I. G. M. Budiarsana, T. Kostaman, Maulana,
Mulyawan, dan Riad S. 2000. Uji Kualitas Semen Beku Kambing
Peranakan Etawah dan Kambing Boer. Laporan Bagian Proyek Rekayasa
Teknologi Peternakan ARMP-II: 88-111.