hidrolisis protein dengan menggunakan protease

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).


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.


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).


Tailoring Enzyme• Teknologi baru dan program komputasi untuk menemukan protein

terkini yang menyelesaikan masalah Keterbatasan enzim(eijsink et al, 2004).


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.

hidrolisis protein dengan menggunakan protease

Documents