2. tinjauan pustaka 2. 1 pencernaan dan penyerapan · temperatur atau suhu: umumnya enzim bekerja...

18
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 Enzim Substrat Fungsi atau Produk Katalitik Kelenjar saliva α-amilase saliva Pati Hidrolisis ikatan α, menghasilkan, α-limit dekstrin, maltotriosa dan maltosa Kelenjar lingualis Lipase lingual Trigliserida Asam lemak dan 1,2 diasilgliserol Lambung Pepsin Protein dan polipeptida Memecah ikatan peptida yang berdekatan dengan asam amino aromatik Lipase lambung Trigliserida Asam lemak dan gliserol Eksokrin pankreas Tripsin Protein dan polipeptida Memecah ikatan peptida di sisi karboksil asam amino basa (arginin atau lisin) Kimotripsin Protein dan polipeptida Memecah ikatan peptida di sisi karboksil asam amino aromatik Elastase Elaastin, beberapa protein lain Memecah ikatan peptida di sisi karboksil asam amino alifatik Karboksipeptidase- A Protein dan polipeptida Memecah asam amino terminal karboksil yang mempunyai rantai samping aromatik atau alifatik yang bercabang Karboksipeptidase- B Protein dan polipeptida Memecah asam amino terminal karboksil yang mempunyai rantai samping basa Kolipase Gelembung- gelembung lemak Memudahkan terbukanya bagian aktif lipase pankreas Lipase pankreas Trigliserida Monogliserida dan asam lemak

Upload: duongdieu

Post on 16-Mar-2019

231 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: 2. TINJAUAN PUSTAKA 2. 1 Pencernaan dan Penyerapan · Temperatur atau suhu: umumnya enzim bekerja pada suhu yang optimum. Apabila suhu turun, maka aktivitas akan terhenti tetapi enzim

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 Enzim Substrat Fungsi atau Produk Katalitik

Kelenjar

saliva

α-amilase saliva Pati Hidrolisis ikatan α,

menghasilkan, α-limit

dekstrin, maltotriosa dan

maltosa

Kelenjar

lingualis

Lipase lingual Trigliserida Asam lemak dan 1,2

diasilgliserol

Lambung Pepsin Protein dan

polipeptida

Memecah ikatan peptida yang

berdekatan dengan asam

amino aromatik

Lipase lambung Trigliserida Asam lemak dan gliserol

Eksokrin

pankreas

Tripsin Protein dan

polipeptida

Memecah ikatan peptida di

sisi karboksil asam amino

basa (arginin atau lisin)

Kimotripsin Protein dan

polipeptida

Memecah ikatan peptida di

sisi karboksil asam amino

aromatik

Elastase Elaastin,

beberapa

protein lain

Memecah ikatan peptida di

sisi karboksil asam amino

alifatik

Karboksipeptidase-

A

Protein dan

polipeptida

Memecah asam amino

terminal karboksil yang

mempunyai rantai samping

aromatik atau alifatik yang

bercabang

Karboksipeptidase-

B

Protein dan

polipeptida

Memecah asam amino

terminal karboksil yang

mempunyai rantai samping

basa

Kolipase Gelembung-

gelembung

lemak

Memudahkan terbukanya

bagian aktif lipase pankreas

Lipase pankreas Trigliserida Monogliserida dan asam

lemak

Page 2: 2. TINJAUAN PUSTAKA 2. 1 Pencernaan dan Penyerapan · Temperatur atau suhu: umumnya enzim bekerja pada suhu yang optimum. Apabila suhu turun, maka aktivitas akan terhenti tetapi enzim

5

Ester kolesteril

hidrolase

Ester

kolesteril

Kolesterol

α-amilase pankreas Pati Sama seperti α-amilase saliva

Ribonuklease RNA Nukleotida

Deoksiribo-

nuklease

DNA Nukleotida

Fosfolipase A2 Fosfolipid Asam lemak, fosfolipid

Mukosa

usus halus

Enteropeptidase Tripsinogen Tripsin

Aminopeptidase Polipeptida Memecah asam amino

terminal dari peptida

Karboksipeptidase Polipeptida Memecah terminal karboksil

asam amino dari peptida

Endopeptidase Polipeptida Memecah antar gugus residu

di bagian tengah peptida

Dipeptidase Dipeptida Dua asam amino

Maltase Maltosa,

maltotriosa,

α- dekstrin

Glukosa

Laktase Laktosa Galaktosa dan glukosa

Sukrase Sukrosa,

maltosa,

maltotriosa,

Fruktosa dan glukosa

α-dekstrinase/

α-glukosidase

α-dekstrin,

maltosa,

maltotriosa,

Glukosa

Trehalase Trehalosa Glukosa

Nukleasedan

enzim-enzim

terkait

Asam

nukleat

Pentosa, purin, basa pirimidin

Sitoplasma

sel mukosa

Berbagai peptidase Di, tri dan

tetrapeptida

Asam amino

Sumber : Ganong et al. 2003

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).

Page 3: 2. TINJAUAN PUSTAKA 2. 1 Pencernaan dan Penyerapan · Temperatur atau suhu: umumnya enzim bekerja pada suhu yang optimum. Apabila suhu turun, maka aktivitas akan terhenti tetapi enzim

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

Page 4: 2. TINJAUAN PUSTAKA 2. 1 Pencernaan dan Penyerapan · Temperatur atau suhu: umumnya enzim bekerja pada suhu yang optimum. Apabila suhu turun, maka aktivitas akan terhenti tetapi enzim

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 α-

amilase dan α-glukosidase (Lee SH et al. 2010).

Page 5: 2. TINJAUAN PUSTAKA 2. 1 Pencernaan dan Penyerapan · Temperatur atau suhu: umumnya enzim bekerja pada suhu yang optimum. Apabila suhu turun, maka aktivitas akan terhenti tetapi enzim

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

Page 6: 2. TINJAUAN PUSTAKA 2. 1 Pencernaan dan Penyerapan · Temperatur atau suhu: umumnya enzim bekerja pada suhu yang optimum. Apabila suhu turun, maka aktivitas akan terhenti tetapi enzim

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).

Page 7: 2. TINJAUAN PUSTAKA 2. 1 Pencernaan dan Penyerapan · Temperatur atau suhu: umumnya enzim bekerja pada suhu yang optimum. Apabila suhu turun, maka aktivitas akan terhenti tetapi enzim

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.

Page 8: 2. TINJAUAN PUSTAKA 2. 1 Pencernaan dan Penyerapan · Temperatur atau suhu: umumnya enzim bekerja pada suhu yang optimum. Apabila suhu turun, maka aktivitas akan terhenti tetapi 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.

Page 9: 2. TINJAUAN PUSTAKA 2. 1 Pencernaan dan Penyerapan · Temperatur atau suhu: umumnya enzim bekerja pada suhu yang optimum. Apabila suhu turun, maka aktivitas akan terhenti tetapi enzim

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, maltoheksosa dan 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 α-

amilase 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 α-

amilase 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;

Page 10: 2. TINJAUAN PUSTAKA 2. 1 Pencernaan dan Penyerapan · Temperatur atau suhu: umumnya enzim bekerja pada suhu yang optimum. Apabila suhu turun, maka aktivitas akan terhenti tetapi enzim

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)

Page 11: 2. TINJAUAN PUSTAKA 2. 1 Pencernaan dan Penyerapan · Temperatur atau suhu: umumnya enzim bekerja pada suhu yang optimum. Apabila suhu turun, maka aktivitas akan terhenti tetapi enzim

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 α-

amilase, 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-D-

galactopiranosid 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).

Page 12: 2. TINJAUAN PUSTAKA 2. 1 Pencernaan dan Penyerapan · Temperatur atau suhu: umumnya enzim bekerja pada suhu yang optimum. Apabila suhu turun, maka aktivitas akan terhenti tetapi enzim

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 faktor-

faktor 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

Page 13: 2. TINJAUAN PUSTAKA 2. 1 Pencernaan dan Penyerapan · Temperatur atau suhu: umumnya enzim bekerja pada suhu yang optimum. Apabila suhu turun, maka aktivitas akan terhenti tetapi enzim

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 Keterangan yang dapat Diperoleh

Jenis Faktor

Konsentrasi Konsentrasi enzim,

Substrat, Produk

inhibitor, Aktivator

Mekanisme reaksi, Parameter kinetika

(Km, V, Ki)

Faktor luar Suhu

pH

Konstanta dielektrik

dan kekuatan ion

Parameter termodinamika dan

perubahannya yang penting dalam

pengikatan substrat

Jenis ikatan dan muatan protein enzim

Faktor dalam Struktur substrat dan

produk

Struktur enzim

Sifat-sifat interaksi dengan enzim

Golongan fungsional pada lokasi 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

Page 14: 2. TINJAUAN PUSTAKA 2. 1 Pencernaan dan Penyerapan · Temperatur atau suhu: umumnya enzim bekerja pada suhu yang optimum. Apabila suhu turun, maka aktivitas akan terhenti tetapi enzim

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

Page 15: 2. TINJAUAN PUSTAKA 2. 1 Pencernaan dan Penyerapan · Temperatur atau suhu: umumnya enzim bekerja pada suhu yang optimum. Apabila suhu turun, maka aktivitas akan terhenti tetapi enzim

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 KM-

nya. 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 enzim-

substrat dapat menyebabkan terbentuknya kompleks enzim-inhibitor atau enzim-

substrat-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 enzim-

inhibitor memiliki ikatan yang sangat kuat. Hal ini akan menyebabkan enzim

kehilangan reaktifitasnya secara permanen (Voet&Voet. 2001).

Gambar 6. Model umum inhibisi nonkompetitif

Page 16: 2. TINJAUAN PUSTAKA 2. 1 Pencernaan dan Penyerapan · Temperatur atau suhu: umumnya enzim bekerja pada suhu yang optimum. Apabila suhu turun, maka aktivitas akan terhenti tetapi enzim

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).

Page 17: 2. TINJAUAN PUSTAKA 2. 1 Pencernaan dan Penyerapan · Temperatur atau suhu: umumnya enzim bekerja pada suhu yang optimum. Apabila suhu turun, maka aktivitas akan terhenti tetapi enzim

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

100 g rosella basah 100g rosella kering

Kalori 44 kal b)

-

Air 86,20g b)

4-10 g d,f)

Protein 16 g b)

5,4-9.45 g a)

Lemak 0,1 g b)

-

Karbohidrat 11, 1 g b)

16 g e)

Serat 2, 5 g b)

11,7 g c)

Abu 1, 0 g b)

7-11 g a)

Kalsium 160 mg b)

486 mg e)

Fosfor 60 mg b)

0,36 g c)

Besi 3, 8 g b)

-

Beta-karoten 285 mg b)

-

Asam askorbat 14 mg b)

21-89,4 mg a)

Tiamin 0, 4 mg b)

-

Riboflavin 0,5 mg b)

-

Niacin 14 mg b)

-

Sumber: a)

Ibrahium et al (1971); b)

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

Page 18: 2. TINJAUAN PUSTAKA 2. 1 Pencernaan dan Penyerapan · Temperatur atau suhu: umumnya enzim bekerja pada suhu yang optimum. Apabila suhu turun, maka aktivitas akan terhenti tetapi enzim

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}