Terhadap Enzim Alfa-Amilase, Alfa-Glukosidase

4
2. TINJAUAN PUSTAKA
2. 1 Pencernaan dan Penyerapan
Sebelum nutrisi di dalam makanan dapat dimetabolisme oleh tubuh maka
makanan tersebut harus dikunyah, dicerna, dan diserap, dimana akan terjadi
perubahan dari bentuk makronutrien menjadi mikronutrient dan komponen unit
penyusunnya (Berdanier et al. 2006).
Tabel 1. Enzim-enzim pencernaan utama
Sumber
Kelenjar
saliva
Enzim
α-amilase saliva
Substrat
Pati
Kelenjar
lingualis
Lambung
Lipase lingual
Trigliserida
Pepsin
Protein dan
polipeptida
Lipase lambung
Tripsin
Trigliserida
Protein dan
polipeptida
Kimotripsin
Protein dan
polipeptida
Elastase
KarboksipeptidaseA
Elaastin,
beberapa
protein lain
Protein dan
polipeptida
KarboksipeptidaseB
Protein dan
polipeptida
Kolipase
Gelembunggelembung
lemak
Trigliserida Monogliserida
lemak
Eksokrin
pankreas
Lipase pankreas
Fungsi atau Produk Katalitik
Hidrolisis
ikatan
α,
menghasilkan,
α-limit
dekstrin, maltotriosa dan
maltosa
Asam
lemak
dan
1,2
diasilgliserol
Memecah ikatan peptida yang
berdekatan dengan asam
amino aromatik
Asam lemak dan gliserol
Memecah ikatan peptida di
sisi karboksil asam amino
basa (arginin atau lisin)
Memecah ikatan peptida di
sisi karboksil asam amino
aromatik
Memecah ikatan peptida di
sisi karboksil asam amino
alifatik
Memecah
asam
amino
terminal
karboksil
yang
mempunyai rantai samping
aromatik atau alifatik yang
bercabang
Memecah
asam
amino
terminal
karboksil
yang
mempunyai rantai samping
basa
Memudahkan
terbukanya
bagian aktif lipase pankreas
dan
asam
5
Mukosa
usus halus
Ester
kolesteril
hidrolase
α-amilase pankreas
Ribonuklease
Deoksiribonuklease
Fosfolipase A2
Enteropeptidase
Aminopeptidase
Ester
kolesteril
Pati
RNA
DNA
Kolesterol
Fosfolipid
Tripsinogen
Polipeptida
Karboksipeptidase
Polipeptida
Endopeptidase
Polipeptida
Dipeptidase
Maltase
Dipeptida
Maltosa,
maltotriosa,
α- dekstrin
Laktosa
Sukrosa,
maltosa,
maltotriosa,
α-dekstrin,
maltosa,
maltotriosa,
Trehalosa
Asam
nukleat
Asam lemak, fosfolipid
Tripsin
Memecah
asam
amino
terminal dari peptida
Memecah terminal karboksil
asam amino dari peptida
Memecah antar gugus residu
di bagian tengah peptida
Dua asam amino
Glukosa
Laktase
Sukrase
α-dekstrinase/
α-glukosidase
Trehalase
Nukleasedan
enzim-enzim
terkait
Berbagai peptidase
Sitoplasma
sel mukosa
Sumber : Ganong et al. 2003
Sama seperti α-amilase saliva
Nukleotida
Nukleotida
Galaktosa dan glukosa
Fruktosa dan glukosa
Glukosa
Glukosa
Pentosa, purin, basa pirimidin
Di, tri dan Asam amino
tetrapeptida
Pencernaan makanan dimulai dari mulut, selanjutnya tahap terakhir dari
pencernaan semua komponen utama makanan dan absorpsi komponen
pembangunnya ke dalam darah terjadi di dalam usus halus (Lehninger. 1994).
Pencernaan bahan makanan utama merupakan proses yang teratur yang
melibatkan kerja sejumlah besar enzim pencernaan (Tabel 1). Enzim kelenjar
saliva dan kelenjar lingualis mencerna karbohidrat dan lemak; enzim lambung
mencerna protein dan lemak; serta enzim yang berasal dari bagian eksokrin
pankreas mencerna karbohidrat, protein, dan lemak (Ganong et al. 2003).
6
2. 1. 1 Pencernaan dan Penyerapan Karbohidrat
Karbohidrat adalah senyawa yang tersusun atas unsur-unsur C, H dan O.
Dalam makanan terdapat 2 kelompok besar karbohidrat yaitu:
1. Karbohidrat yang tersedia (available carbohydrate) termasuk dalam
karbohidrat yang dapat dicerna dan diserap sebagai karbohidrat dalam
tubuh. Bentuk karbohidrat ini meliputi monosakarida, disakarida, dan
oligosakarida dan polisakarida β-glukan.
2. Karbohidrat yang tidak tersedia (unavailable carbohydrate) yaitu
karbohidrat yang tidak dapat dihidrolisis sehingga tidak dapat diserap.
Bentuk karbohidrat yang termasuk kelompok ini adalah oligosakarida
(rafinosa, stakhiosa), selulosa, lignin dan serat (Muchtadi et al. 1993)
Karbohidrat mulai dicerna pada mulut secara mekanik dengan pengunyahan
dan kimiawi oleh enzim α-amilase saliva yang menghidrolisis karbohidrat
kompleks menjadi gula-gula sederhana. Pencernaan lebih lanjut terjadi di usus
halus dengan bantuan enzim α-amilase pankreatik, sukrase usus, maltase usus dan
laktase usus (Astawan M. 2009). α-amilase pankreatik merupakan enzim yang
berperan dalam memotong ikatan α-1,4 glikosida secara acak. Enzim ini akan
memotong maltosa menjadi maltosa (90%), maltotriosa, glukosa dan amilopektin
menjadi dekstrin, maltosa dan maltotriosa (Balagopalan, 1988).
Pada brush border, yaitu membran mikrovili usus halus, oligosakarida dan
disakarida akan dipecah menjadi unit-unit heksosa penyusunnya seperti glukosa,
fruktosa dan galaktosa (Murray et al. 1997). Isomaltase atau α-dekstrinase,
terutama berperan dalam hidrolisis ikatan α-1,6, bersama-sama dengan maltase
dan sukrase akan memecah maltotriosa dan maltosa. Sukrase akan memecah
sukrosa menjadi satu molekul fruktosa dan satu molekul glukosa. Laktase akan
menghidrolisis laktosa menjadi glukosa dan galaktosa dan trehalase akan
menghidrolisis trehalosa, suatu dimer ikatan α-1,1 glukosa menjadi 2 molekul
glukosa (Ganong et al. 2003).
Karbohidrat setelah dicerna dalam usus akan diserap oleh dinding usus
halus dalam bentuk monosakarida. Monosakarida sebagian besar dibawa oleh
aliran darah menuju hati dan sebagian kecil lainnya dibawa ke sel jaringan
7
tertentu dan mengalami proses metabolisme lebih lanjut (Gambar 1). Di dalam
hati, monosakarida mengalami proses sintesis menghasilkan glikogen, dioksidasi
menjadi CO2 dan H2O atau dilepaskan untuk dibawa oleh aliran darah ke bagian
tubuh yang memerlukan (Subardi et al. 2008). Transpor sebagian besar heksosa
secara unik dipengaruhi oleh jumlah Na+ di dalam lumen usus halus. Konsentrasi
Na+ yang tinggi pada permukaan mukosa sel mempermudah influks gula ke dalam
sel-sel epitel. Glukosa dan galaktosa masuk ke dalam sel dengan cara difusi
terfasilitasi menggunakan kotranspoter atau simport, sodium-dependent glucose
transporter (SGLT). Perbedaan konsentrasi Na+
bagian luar dan dalam sel
menyebabkan Na+ dan glukosa mampu masuk ke dalam sel. Di dalam sel Na+
akan bergerak menuju ruang intraseluler lateral kemudian melalui transpor aktif
dikeluarkan dari dalam sel, sedangkan glukosa masuk ke dalam interstitium
dengan cara difusi terfasilitasi melalui GLUT-2. Dari sini kemudian glukosa
terdifusi ke dalam darah. Mekanisme transpor glukosa secara langsung juga akan
mengangkut galaktosa. Transpor fruktosa tidak tergantung pada Na+ atau transport
glukosa dan galaktosa. Transpor fruktosa dari lumen usus halus ke dalam enterosit
melalui difusi terfasilitasi menggunakan GLUT 5, kemudian masuk ke
interstitium melalui GLUT 2 (Ganong et al. 2003). Kelebihan karbohidrat akan
diubah menjadi lemak dan disimpan di dalam jaringan lemak. Beberapa glukosa
yang melalui jaringan otot juga dapat diubah menjadi glikogen untuk disimpan
(Muchtadi et al, 1993). Absorpsi karbohidrat dapat dihambat dengan senyawa
bioaktif dari tanaman yang berfungsi sebagai senyawa kompetitor enzim αamilase dan α-glukosidase (Lee SH et al. 2010).
8
Gambar 1. Pencernaan dan penyerapan karbohidrat.
Sumber: http//:www. google. com
2. 1. 2 Pencernaan dan Penyerapan Lipid (Lemak)
Lipid adalah sekelompok senyawa heterogen, meliputi lemak, minyak,
steroid, malam (wax) dan senyawa terkait, yang berkaitan lebih karena sifat
fisiknya daripada sifat kimianya. Lipid merupakan senyawa konstituen yang
penting dalam makanan karena nilai energi yang dihasilkan tinggi, mengandung
vitamin-vitamin larut lemak dan mengandung asam lemak esensial yang
terkandung dalam lemak makanan alami (Botham dan Mayes. 2003)
Pencernaan lipid mulai di duodenum dengan melibatkan enzim lipase
pankreas (Tabel 1.). Enzim ini menghidrolisis ikatan 1 dan 3 triasilgliserida,
sehingga hasil utamanya adalah asam lemak bebas dan 2 monoasilgliserida.
Enzim ini bekerja pada lemak yang telah diemulsikan (Ganong et al. 2003). Pada
lambung lipid akan bercampur dengan cairan lambung dan dipecah menjadi
droplet-droplet halus dengan bantuan kontraksi lambung. Droplet-droplet halus
tersebut akan memudahkan terjadinya emulsifikasi dan enzim bekerja karena luas
area yang semakin banyak (Berdanier et al. 2006). Emulsifikasi bertujuan untuk
membentuk misel-misel sehingga lemak yang bersifat tidak larut dalam air dapat
9
bersatu dengan enzim lipolitik yang bersifat larut dalam air. Misel cenderung
membentuk agregat sehingga perlu distabilkan dengan garam empedu dari
duodenum. Garam empedu merupakan agen pengemulsi yang kuat dengan 2 sisi
(hidrofobik dan hidrofilik). Dalam duodenum droplet-droplet tersebut dilarutkan
oleh garam empedu. Trigliserida yang telah teremulsifikasi siap dicerna oleh
lipase pankreas menjadi asam lemak dan monogliserida (Astawan M. 2009).
Lipid yang telah dicerna selanjutnya diserap pada membran sel mukosa
(Gambar 2). Pada membran sel mukosa misel-misel garam empedu melepaskan
diri dan meninggalkan permukaan sel mukosa. Dalam sel mukosa, asam lemak
bebas monoasilgliserol disintesis kembali menjadi triasilgliserol yang setelah
bergabung dengan albumin, kolesterol, dan lain-lain membentuk kilomikron.
Kilomikron akan masuk ke dalam darah, sampai ke hati dan jaringan lain yang
memerlukannya. Sebelum masuk ke dalam sel, triasilgliserol dipecah dulu
menjadi asam lemak bebas dan gliserol oleh lipoprotein lipase. Asam lemak dapat
bersenyawa kembali dengan gliserol membentuk lemak yang kemudian diangkut
oleh pembuluh getah bening. Selanjutnya, lemak disimpan di jaringan adiposa
(jaringan lemak). Jika dibutuhkan, lemak akan diangkut ke hati dalam bentuk
lesitin yang dihidrolisis oleh lipase menjadi asam lemak dan gliserol (Subardi et
al. 2008).
Beberapa senyawa bioaktif dapat menurunkan penyerapan lipid antara lain
dengan cara : menghambat aktivitas lipase pankreas, berikatan dengan senyawa
lipid (misel kolesterol sebagai lipid netral), berikatan dengan asam empedu yang
diperlukan untuk emulsi lipid dan mengganggu stabilitas misel (Kirana et al.
2005).
10
Gambar 2. Pencernaan dan penyerapan lemak.
Sumber: http//:www. google. com
2.2 Enzim
Enzim adalah molekul protein tak hidup yang dihasilkan oleh setiap sel
hidup (eukariota dan prokariota). Di dalam sel, protein enzim melakukan ribuan
reaksi kimia yang membuat sel hidup dapat mengekstrak energi dari lingkungan,
mengubah sumber energi menjadi molekul yang bermanfaat, memperbaiki dan
membangun diri sendiri, melakukan pembuangan hasil samping dan melakukan
replikasi diri. Enzim merupakan protein yang tersusun atas asam-asam amino
yang membentuk struktur tiga dimensi yang kompleks. Enzim adalah protein
dengan demikian sifat protein juga berlaku pada enzim. Suhu yang terlalu tinggi
akan merusak struktur tiga dimensi enzim dan aktivitasnya. Demikian pula pH
dan tekanan osmosis yang terlalu tinggi atau rendah akan mengurangi/merubah
fungsi enzim.
11
Pada keseluruhan struktur enzim hanya sebagian kecil yang berfungsi
mengadakan interaksi dengan substrat yang disebut sebagai sisi aktif. Sisi aktif
pada protein enzim terdiri dari rangkaian beberapa asam amino yang terdapat
dalam konfigurasi yang khusus sedemikian rupa, sehingga gugus fungsionalnya
dapat berinteraksi dengan substrat secara benar. Asam-asam amino yang lain
berperan memberikan bentuk ruang tertentu pada sisi aktif, sehingga hanya
substrat dengan konfigurasi yang tepat yang dapat masuk ke dalam sisi aktif
tersebut. Reaksi kimia yang terjadi pada gugus fungsional dan substrat meliputi
pelepasan dan pengikatan elektron atau atom-atom hidrogen, oksigen, phospat,
sulfur, pembentukan dan pergeseran ikatan ganda atau penguraian ikatan kovalen.
Sebelum membentuk produk (P), enzim (E) berikatan dengan substrat (S)
pada sisi aktifnya membentuk kompleks ES. Molekul enzim sangat selektif
walaupun spesifitasnya
beragam
(Suhartono.
1989).
Faktor-faktor
yang
mempengaruhi enzim dan aktivitas enzim antara lain:
1. Temperatur atau suhu: umumnya enzim bekerja pada suhu yang optimum.
Apabila suhu turun, maka aktivitas akan terhenti tetapi enzim tidak rusak.
Sebaliknya, pada suhu tinggi aktivitas menurun dan enzim menjadi rusak.
2. Air : Air berperan dalam memulai kegiatan enzim, contoh pada waktu biji
dalam keadaan kering kegiatan enzim tidak kelihatan. Baru setelah ada air,
melalui imbibisi mulailah biji berkecambah.
3. pH : Perubahan pH dapat membalikkan kegiatan enzim, yaitu mengubah hasil
akhir kembali menjadi substrat.
4. Hasil akhir : Kecepatan reaksi dalam suatu proses kimia tidak selalu konstan.
Misal, kegiatan pada awal reaksi tidak sama dengan kegiatan pada pertengahan
atau akhir reaksi. Apabila hasil akhir (banyak), maka akan menghambat aktivitas
enzim.
5. Substrat : Substrat adalah zat yang diubah menjadi sesuatu yang baru.
Umumnya, terdapat hubungan yang sebanding antara substrat dengan hasil akhir
apabila konsentrasi enzim tetap, pH konstan, dan temperatur konstan. Jadi, apabila
substrat yang tersedia dua kali lipat, maka hasil akhir juga dua kali lipat.
12
6. Zat-zat penghambat : Zat-zat penghambat adalah zat-zat kimia yang
menghambat aktivitas kerja enzim. Contoh, garam-garam dari logam berat
(Subardi et al. 2008).
2. 2. 1 Enzim α-Amilase dan Inhibitornya
Salah satu enzim yang termasuk dalam hidrolase adalah amilase.
Termasuk ke dalam golongan enzim amilase adalah α-amilase, β-amilase,
glukoamilase dan pullulanase. α -amilase mempunyai spesifitas memotong ikatan
α-1,4-glikosida pada pati secara acak dan tidak akan memotong cabang yang
memiliki ikatan α-1,6 glikosida. Hasil akhir pencernaan α-amilase adalah
maltodextrin linear yang pendek, yang dapat berupa glukosa, maltosa, maltotriosa,
maltotetraosa,
maltopentosa,
dan
maltoheksosa
α-dekstrin
(Nigam & Singh. 1995). Cara kerja α-amilase pada molekul amilosa terjadi
melalui dua tahap: pertama, degradasi yang sangat cepat amilosa menjadi maltosa
dan maltotriosa yang terjadi secara acak. Yang kedua pembentukan glukosa dan
maltosa dari amilosa sebagai hasil akhir dan caranya tidak secara acak. Kerja αamilase pada molekul amilopektin akan menghasilkan glukosa, maltosa dan
berbagai α-limit dextrin yaitu oligosakarida yang terdiri dari 4 atau lebih residu
gula yang semuanya mengandung ikatan α-1,6. Aktifitas α-amilase ditentukan
dengan
mengukur
hasil
degradasi
pati
atau
dari
kadar
dekstrinnya
(Winarno. 1995)
Reaksi enzim α-amilase tidak dihambat oleh ikatan α-1,6 glikosidik
walaupun ikatan tersebut tidak dipotong oleh α-amilase. Hampir semua enzim αamilase termasuk metaloenzim kalsium yaitu mempunyai ion Ca
2+
dalam
strukturnya untuk meningkatkan stabilitas enzim (Crueger & Crueger. 1984).
Beberapa hasil ekstrak tanaman yang terbukti secara empiris mampu
menghambat enzim α-amilase adalah: Caulerpa prolifera (rumput laut), Caulerpa
racemosa (rumput laut), Phyllanthus amarus, daun teh, Spondias mombin,
Marrubium radiatum, Salvia acetabulosa, Eleusine coracana, jewawut, Ecklonia
cava, Cassia abbreviate, Talinum portulacifolium (Frossk), kelopak rosella
kering, kayu secang (Hansawasdi et al. 2000; Teixera et al. 2007; Ali et al. 2006;
13
Bhandari et al. 2008; Fred-Jaiyesimi et al. 2008; Thalapaneni et al. 2008; Loizzo
et al. 2008; Shobana et al. 2009; Shai et al. 2009; Chethan et al. 2008; Zega Y.
2009; Lee et al. 2010 ). Diduga komponen bioaktif yang mampu menghambat
enzim α-amilase adalah: asam hibiscus
pada ekstrak rosella dan komponen
polifenol seperti asam gallat, asam vanillic, kuercetin dan trans-sinamat pada
jewawut (Hansawasdi et al. 2000; Chethan et al. 2008).
Pada umumnya interaksi molekular flavonoid dengan protein terbagi
menjadi dua tipe yaitu interaksi Van der Waals, dimana cincin aromatik nonpolar
dapat berinteraksi dispersi dengan residu asam amino, dan interaksi elektrostatis.
Fenol umumnya berinteraksi dengan protein secara elektrostatik. Ikatan hidrogen
merupakan interaksi yang paling penting. Grup OH dapat bertindak sebagai donor
hidrogen juga akseptor hidrogen terhadap residu asam amino dan ikatan peptida
(Dangles & Dufour. 2005).
Obat yang termasuk dalam golongan inhibitor α-amilase dan α-glukosidase
adalah acarbosa (Robyt. 2005). Acarbosa bekerja secara reversibel kompetitif
terhadap enzim hidrolase α-amilase pankreatik dan enzim-enzim pencernaan di
usus halus seperti isomaltase, sukrase dan maltase. Acarbosa merupakan serbuk
berwarna putih dengan berat molekul 645,6 dan bersifat larut dalam air. Rumus
empirik acarbosa adalah C25H43NO18 dan struktur kimianya dapat dilihat pada
Gambar 3 (Slagle. 2002; Bayer. 2004)
Gambar 3. Struktur acarbosa (Sumber: Robyt. 2005)
14
2. 2. 2 Enzim α-Glukosidase dan Inhibitornya
Enzim α-glukosidase (EC 3.2.1.20) adalah enzim yang mengkatalisasi
pemecahan ikatan α-1,6 glikosida. Enzim ini berfungsi untuk melanjutkan kerja αamilase, yaitu menghidrolisis lanjut α-limit dextrin menjadi glukosa (Berdanier et
al. 2006). Alfa-glukosidase pada pencernaan mamalia berada pada permukaan
membran brush border sel usus halus dan merupakan enzim yang mengkatalisis
proses akhir pencernaan karbohidrat pada proses pencernaan (Lebovitz. 1997).
Beberapa hasil penelitian melaporkan kerja enzim α-glukosidase mampu
dihambat oleh ekstrak tanaman: kayu devil (Alstonia scholaris), Adhatoda vasica
Nees., Ecklonia cava, Monarda punctata. kayu secang ( Jong-Anurakkun et al.
2007; Gao et al. 2007; Lee et al. 2010, Diana. 2010). Diduga komponen bioaktif
pada ekstrak kayu devil (Alstonia scholaris) yang mampu menghambat kerja
enzim α-glukosidase adalah: kuercetin 3-O-β-D-xylopyranosyl (1”-2”)-β-Dgalactopiranosid dan (-)-lioniresinol 3-O-β-D-glucopiranosid (Jong-Anurakkun et
al. 2007). Mayur et al (2010) menyatakan keseluruhan campuran flavonoid dari
ekstrak tanaman Carpesium abrotanoides menunjukkan penghambatan non
kompetitif terhadap kerja enzim α-glukosidase yang berasal dari kapang.
Acarbosa diketahui sebagai produk fermentasi dari beberapa spesies
Actinoplanes. Acarbosa efektif menghambat beberapa enzim pemecah karbohidrat
yaitu : α-glucosidase (Schmidt et al. 1982 diacu dalam Robyt 2005), glukoamilase
(Aleshin
et
al.
1994
diacu
dalam
Robyt
2005),
siklomaltodextrin
glukaniltransferase (CGTase) (Strokopytov et al. 1995 diacu dalam Robyt. 2005),
α-amilase (Brzozowski & Davies. 1997 diacu dalam Robyt 2005), dan dextran
sukrase (Kim et al 1998 diacu dalam Robyt 2005). Acarbosa adalah
pseudotetrasakarida yang memiliki cincin pseudogula [[4,5,6-trihidroksi-3(hidroksimetil)-2-sikloheksan-1-yl]amino]-alfa-D-glucopiranosil-1(1 4)-O-(alfa)D-glucopiranosil-(1
4)-D-Glukosa. Mekanisme inhibisi acarbosa terhadap
enzim-enzim tersebut diatas dikarenakan ikatan cincin sikloheksan dan nitrogen
yang menyerupai daerah transisi dimana enzim membelah ikatan glikosidik
(Junge et al.1980; Truscheit et al. 1981 diacu dalam Robyt 2005).
15
2. 2. 3 Enzim Lipase dan Inhibitornya
Lipase ( Triasilgliserol asilhidolase, EC 3.2.1.20) adalah enzim yang dapat
larut dalam air dan bekerja dengan mengkatalisis hidrolisis ikatan ester dalam
substrat lipid yang tidak larut dalam air seperti trigliserida berantai
panjang(Winarno. 1995). Lipase berfungsi mengkatalisis trigliserida menjadi
gliserol dan asam lemak seperti pada Gambar. 4
Kerja enzim lipase dapat dihambat oleh ekstrak: monarda punctata,
blueberry, lingonberry, cloudberry, strawberry dan raspberry, actinidia arguta,
flavangenol (McDougall et al. 2008; Jang et al. 2008; Shimada et al. 2009;
Yamada et al. 2010). McDougall et al (2008) menyatakan komponen bioaktif
pada tanaman berri yang mampu menghambat kerja enzim lipase diduga tanin
beserta turunannya seperti ellagitannin, proantosianidin. Ikatan hidrogen antara
grup karbon dari ikatan peptida protein dan grup hidroksil dari golongan fenol
yang termasuk dalam tanin, yang diketahui sebagai interaksi hidrofobik,
merupakan mekanisme utama dalam interaksi kompleks tanin-protein (Haslan.
1974)
Gambar 4. Reaksi hidrolisis asam lemak
Sumber : http://www. biologypedia.wordpress.com
2.3 Kinetika Inhibisi Enzim
Kinetika enzim adalah salah satu cabang enzimologi yang membahas faktorfaktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi enzimatis. Faktor-faktor utama yang
mempengaruhi aktivitas enzim adalah konsentrasi enzim, substrat, produk,
senyawa inhibitor dan aktivator, pH dan jenis pelarut yang terdapat pada
lingkungan, kekuatan ion dan suhu. Pembentukan komplek enzim substrat (ES)
membatasi kecepatan reaksi enzimatis. Artinya kecepatan maksimum reaksi
16
enzim dicapai pada tingkat konsentrasi substrat yang sudah mampu mengubah
seluruh enzim menjadi kompleks ES. Pada konsentrasi substrat dibawah
konsentrasi tersebut reaksi enzim bergantung pada konsentrasi substrat yang
ditambahkan, sedangkan pada konsentrasi substrat diatas konsentrasi tersebut,
kecepatan reaksi tidak tergantung pada konsentrasi substrat. Dengan kata lain,
reaksinya menjadi bersifat ordo ke nol. Pada Tabel 2, dapat dilihat beberapa faktor
yang mempengaruhi kecepatan reaksi dan informasi yang dapat diperoleh dengan
mengubah-ubah faktor tersebut.
Tabel 2. Berbagai faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi enzim
Faktor yang mempengaruhi
Jenis
Konsentrasi
Keterangan yang dapat Diperoleh
Faktor
Konsentrasi
enzim, Mekanisme reaksi, Parameter kinetika
Substrat,
Produk (Km, V, Ki)
inhibitor, Aktivator
Faktor luar
Suhu
Parameter
pH
perubahannya
termodinamika
yang
penting
dan
dalam
pengikatan substrat
Konstanta
dielektrik Jenis ikatan dan muatan protein enzim
dan kekuatan ion
Faktor dalam
Struktur substrat dan Sifat-sifat interaksi dengan enzim
produk
Golongan fungsional pada lokasi enzim
Struktur enzim
Sifat biologis enzim, asam amino yang
berperan pada lokasi aktif
Sumber: Suhartono. 1989
Beberapa senyawa bioaktif dari tumbuhan ketika ditambahkan ke dalam
reaksi enzimatis dapat berperan sebagai aktivator dan juga inhibitor. Secara
kimiawi, suatu inhibitor tidak dapat dibedakan dari aktivator. Setelah mereka
berinteraksi dengan enzim, barulah dapat dibedakan antara aktivator dan inhibitor.
Aktivator, berikatan dengan enzim dan menyebabkan kenaikan kecepatan reaksi
17
enzim, sedangkan inhibitor berikatan dengan enzim dan menyebabkan penurunan
kecepatan reaksi enzim. Umumnya inhibitor menghambat kerja enzim dengan tiga
jenis penghambatan, yakni penghambatan kompetitif, non kompetitif dan
unkompetitif (Suhartono. 1989).
2. 3.1 Penghambatan Kompetitif
Suatu bahan yang berkompetisi secara langsung dengan suatu substrat
normal untuk suatu daerah (site) ikatan enzim dikenal dengan suatu inhibitor
kompetitif. Inhibitor seperti ini biasanya menyerupai substrat dimana secara
spesifik mengikat daerah aktif enzim. Reaksi akan terjadi dan produk akan
dihasilkan, walaupun enzim bereaksi dengan inhibitor. Produk yang dihasilkan
dari inhibitor akan berbeda jenisnya dengan produk yang dihasilkan oleh substrat
(Voet&Voet. 2001).
Pada penghambatan kompetitif inhibitor menyebabkan berubahnya harga
KM (menjadi lebih besar dari KM semula), tanpa mengubah tingkat kecepatan
maksimum Vmaks enzim. Jadi, enzim masih mampu mencapai kecepatan
maksimum normalnya, walaupun dalam jangka waktu yang lebih lama, jika pada
lingkungan tersebut terdapat senyawa inhibitor. Akan tetapi, adanya inhibitor
menyebabkan enzim membutuhkan konsentrasi substrat yang lebih besar, untuk
mencapai harga Vmaks-nya. Penghambatan oleh inhibitor kompetitif dapat diatasi
atau dikurangi dengan menambahkan konsentrasi substrat yang memperbesar
peluang bagi substrat untuk berikatan dengan sisi aktif pada enzim (Suhartono.
1989). Model umum untuk inhibisi kompetitif diberikan pada Gambar 5. di bawah
ini :
Gambar 5. Model umum inhibisi kompetitif
18
2. 3. 2 Penghambatan Nonkompetitif
Pada jenis inhibisi non-kompetitif antara substrat dan inhibitor tidak
memiliki kesamaan struktur. Efek penghambatan akan terjadi karena inhibitor
berikatan dengan sisi allosterik enzim, dan akan mengubah sisi aktifnya. Akibat
dari jenis inhibisi ini adalah terjadinya penurunan Vmaks tanpa mengubah nilai KMnya. Pada inhibisi non-kompetitif, inhibitor dapat membentuk ikatan dengan
enzim dalam keadaan bebas, disamping dapat membentuk ikatan dengan komplek
enzim-substrat (Gambar 6). Ikatan inhibitor terhadap enzim bebas dan enzimsubstrat dapat menyebabkan terbentuknya kompleks enzim-inhibitor atau enzimsubstrat-inhibitor yang bersifat tidak produktif karena tidak dapat membentuk
produk. Produk hanya akan terbentuk jika ikatan inhibitor lepas dari kompleks
enzim-substrat-inhibitor. Reaksi sampingan yang sangat merugikan akibat
pengaruh inhibitor pada jenis penghambatan ini adalah besarnya peluang sisi aktif
enzim untuk berubah secara permanen dari keadaan alami jika kompleks enziminhibitor memiliki ikatan yang sangat kuat. Hal ini akan menyebabkan enzim
kehilangan reaktifitasnya secara permanen (Voet&Voet. 2001).
Gambar 6. Model umum inhibisi nonkompetitif
19
2. 3. 3 Penghambatan Unkompetitif
Suatu penghambatan jenis unkompetitif merupakan senyawa yang berikatan
secara reversibel pada molekul kompleks enzim substrat, membentuk kompleks
Enzim Substrat Inhibitor (ESI) yang bersifat inaktif sehingga tidak dapat
menghasilkan produk. Inhibitor tidak berikatan dengan molekul enzim bebas (E)
(Suhartono. 1989). Umumnya, inhibisi unkompetitif terjadi akibat adanya
akumulasi produk dari reaksi enzim itu sendiri dan sangat jarang dijumpai pada
reaksi enzim yang melibatkan hanya satu substrat dan satu produk. Pola kinetika
yang terbentuk akibat adanya inhibitor pada jenis inhibisi unkompetitif ini adalah
terjadinya penurunan nilai KM dan Vmaks dari keadaan normalnya (Voet &Voet.
2001). Model umum untuk inhibisi unkompetitif diberikan pada Gambar 7 di
bawah ini :
Gambar 7. Model umum inhibisi unkompetitif
2. 4 Rosella
Rosella (Hibiscus sabdariffa L) adalah sejenis perdu, tumbuh dari
biji/benih dengan ketinggian yang bisa mencapai 3 - 5 meter serta mengeluarkan
bunga hampir sepanjang tahun (Anonym. 2008). Ketika masih muda, batang dan
daunnya berwarna hijau. Ketika beranjak dewasa dan sudah berbunga, batang
akan berwarna coklat kemerahan dan bunganya muncul pada ketiak daun. Bunga
rosella adalah bunga yang berwarna merah karena kandungan antosianinnya yang
tinggi (Mardiah et al. 2009).
20
Rosella berkhasiat diuretik (melancarkan air seni), antiseptik, menurunkan
panas,
meluruhkan
dahak,
antiradang,
antihipertensi,
antibakteri
dan
memperlancar buang air besar (menstimulasi gerak peristaltik usus). Kelopak
bunga rosella dapat mengatasi panas dalam, sariawan, kolesterol tinggi, gangguan
jantung, sembelit, mengurangi resiko osteoporosis dan mencegah kanker darah.
Senyawa asam amino yang terdapat pada bunga rosella yaitu arginin yang
berperan dalam proses peremajaan sel tubuh. Sebagai obat tradisional bunga
rosella berkhasiat sebagai antiseptik, aprodisiak, diuretik, dan lain-lain
(Rostinawati. 2009). Secara umum, komposisi kimia kelopak bunga rosella basah
dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Kandungan kimiawi kelopak bunga rosella
100g rosella kering
100 g rosella basah
b)
Kalori
44 kal
b)
4-10 g d,f)
Air
86,20g
5,4-9.45 g a)
Protein
16 g b)
Lemak
0,1 g b)
b)
16 g e)
Karbohidrat
11, 1 g
11,7 g c)
Serat
2, 5 g b)
7-11 g a)
Abu
1, 0 g b)
486 mg e)
Kalsium
160 mg b)
0,36 g c)
Fosfor
60 mg b)
Besi
3, 8 g b)
b)
Beta-karoten
285 mg
b)
21-89,4 mg a)
Asam askorbat
14 mg
Tiamin
0, 4 mg b)
b)
Riboflavin
0,5 mg
Niacin
14 mg b)
a)
b)
Sumber: Ibrahium et al (1971); Duke (2008); c) Kijparkon et al (2009);
d)
Wikipedia (2011); e) Obtrando (2011); f) Winarti et al (2011)
Keterangan : ( - ) : data belum tersedia
Antosianin merupakan pigmen warna yang paling banyak pada rosella.
Kadar antosianin pada rosella adalah 1,5g/100g(b.k) (Du & Francis. 1973).
Antosianin adalah pigmen larut air yang secara alami terdapat pada berbagai jenis
21
tumbuhan. Pigmen ini memberikan warna pada bunga, buah, dan daun.
Antosianin merupakan sub-tipe senyawa organik dari keluarga flavonoid, dan
merupakan anggota kelompok senyawa yang lebih besar yaitu polifenol (Kevin et
al. 2008). Selain kandungan antosianin yang tinggi, komponen bioaktif rosella
antara lain terdiri dari anisaldehida, asam sitrat, β-sitosterol, senyawa flavonoid
seperti quercetin dan tanin, levo asam askorbat, beta karoten, protocaterchuic acid
delphinidin, galaktosa, glossypentin, hibiscetin, mukopolisakarida, pectin, asam
stearat, dan lilin (wax) (Tseng et al. 1997; Tsai et al. 2001; Bokura et al. 2003;
Prenesti et al. 2005; Hirunpanich et al. 2005; Qi et al. 2005; Christian et al. 2006;
Lin et al. 2007; Agoreyo et al. 2008; Kao et al. 2009; Khosravi et al. 2009;
Khosravi2 et al. 2009).
Hansawasdi et al (2000) menyatakan asam hibiscus pada ekstrak rosella
menghambat pemecahan pati dengan cara menghambat kerja enzim α-amilase.
Griebel (1939) dan Bachtez (1948) menyatakan kadar asam hibiscus (HCA) pada
rosella adalah 13,6-15.3%. Asam hibiscus (Gambar 8) yang terdapat dalam
ekstrak rosella dapat menghambat produksi lemak dari karbohidrat pada
percobaan yang dilakukan terhadap tikus (Tee et al. 2002). Ekstrak kelopak bunga
rosella mengandung asam hibiscus, atau asam (+)-hydroxycitric {(+)-HCA}.
Isomernya yaitu asam (-)-hydroxycitric {(-)-HCA}, merupakan bahan aktif utama
yang terdapat pada buah Garcinia indica dan Garcinia cambogia, yang
merupakan suatu inhibitor dari citrate lyase. Oleh karena itu, (-)-HCA tersebut
diusulkan sebagai suatu agen antiobesitas. Asam hibiscus atau (+)-HCA
mengalami proses racemization dengan bantuan enzim yang dikeluarkan flora
normal usus untuk berubah menjadi (-)-HCA (Carvajal-Zarrabal et al. 2005).
Gambar 8. Struktur kimia (-)- asam hidroksi sitrat{(-)-HCA}