PEMBAHASAN

I. POTENSI RAW MATERIAL KITIN MENJADI KITOSAN DAN

GLUKOSAMIN

A. Sumber Kitin

Kitin berasal dari bahasa Yunani chiton yang berarti baju atau

jubah. Seperti selulosa pada tumbuhan, kitin berperan sebagai bahan

penguat dinding sel hewan dan tumbuhan tingkat rendah yang

makanannya kaya akan protein. Kitin tersebar luas di alam dan

merupakan senyawa organik kedua yang sangat melimpah di bumi

setelah sellulosa. Setiap tahun dari perairan (laut) dihasilkan sekitar 1011

ton kitin namun kurang dari 0,1% yang dimanfaatkan kembali.

Kitin banyak terdapat pada dinding jamur dan ragi, lapisan kutikula

dan exoskeleton (cangkang) hewan invertebrata seperti udang, kepiting

dan serangga. Bahan- bahan yang terdapat dalm cangkang ini adalah kitin

(15-40 %), protein ( 20-40 %) dan kalsium karbonat (20-50 %). Kitin

komersial bisa diproduksi dari kulit kepiting dan udang yang merupakan

limbah industri makanan laut. Meskipun kitin terdapat dalam berbagai

hewan dan tumbuhan (jamur, Ganggang, Protozoa, Cnidaria,

Aschelminthes, Endoprocta, Bryzoa, Phoronida, Brachiopoda, Echurida,

Annelida, Mollusca, Onychopora, Anthropoda, Chaetognata,

Pogonophora, san Tumicata), cangkang hewan Anthropoda adalah

sumber utama kitin.

Tabel 1. Jumlah kitin yang terdapat dalam berbagai hewan dan tumbuhan:

Sumber Kitin (%)Kulit kepiting 15 - 30Kulit udang 30 - 40Kulit Krill 20 – 30

“tulang” cumi-cumi 20 - 40Kulit kerang 3 - 6

Kulit serangga 5 – 25Dinding sel jamur 10 - 25

B. Struktur dan Potensi Kitin

a. Struktur Kitin

Kitin adalah suatu polisakarida linear yang terdiri dari senyawa

poli [β-(1,4)-2 asetamido deoksi-D-glukopiranose. Dengan kata lain,

Kitin dibagun oleh unit-unit monomer N-asetilglukosamin (GlcNAc)

yang tersusun linear dengan ikatan β (1,4). Struktur kimia kitin mirip

dengan selulosa, hanya dibedakan oleh gugus yang terikat pada atom

C2. Jika pada selulosa gugus yang terikat pada atom C2 adalah OH,

maka pada kitin yang terikat adalah gugus asetamida. Struktur kitin

dapat dilihat pada gambar dibawah ini:

Gambar 1. Struktur Kitin

Unit penggunaan struktur kitin mengandung dua residu heksosa

dan ketobiosa. Kitin mempunyai rumus molekul (C8H13NO5)n yang

mengandung jumlah atom C = 47,29%,H = 6,45%,N = 6,89% dan O =

39,37% (Austin , 1981). Dalam struktur kitin (N-asetil D-glukosianin)

bahwa β-piranosa merupakan komponen utama dari kitin ( substansi

yang dibentuk dari skleton dan arthropoda) (Carey,1987). Kitin

merupakan komponen yang tidak larut dalam air dan sangat tahan

pada hidrolisa yang terjadi dan salah satu bagian dari sakarida.

Kitin merupakan biopolimer kristalin yang tersebar di alam

dengan 3 struktur yaitu α, ß, dan γ. Struktur α kitin terdapat dalam

jumlah yang melimpah dalam bentuk isomorpus, struktur kristalinnya

tersusun rapat, padat dengan rantai yang tersusun secara antiparalel

serta mempunyai ikatan hidrogen yang kuat. Struktur ß kitin rantainya

tersusun secara parallel dengan gaya intermolekuler yang lemah,

molekulnya kurang stabil dibandingkan dengan α kitin. Sedangkan

struktur γ kitin merupakan perpaduan antara α dan ß kitin

(Matsumoto, 2006). Struktur γ kitin fibrilnya masing-masing tersusun

dari tiga rantai, dua rantainya tersusun paralel dan rantai ketiga anti

parallel (Yurnaliza, 2002). Kitin α diantaranya terdapat pada

Hydrozoa, nematoda, rotifer, dan arthropoda. Kitin ß ditemukan pada

molusca dan sebagai pembentuk dinding sel luar serangga, sedangkan

kitin γ terdapat pada lambung cumi-cumi (Stivil et al., 1993).

b. Potensi kitin

Kitin dan turunannya telah banyak diaplikasikan pada beberapa

industri, antara lain pada industri pangan, farmasi, dan tekstil. Zat ini

tidak beracun dan dapat terurai di alam. Kitin dapat digunakan juga

pada bidang kesehatan, diantaranya pada pembuatan bahan dasar

pembuatan benang operasi. Benanh operasi mempunyai keunggulan

dapat diuraikan dan diserap dalam jaringan tubuh, tidak toksik, dapat

disterilisasi dan dapat disimpan lama.

Selain itu, Kitin dan turunannya dapat digunakan sebagai bahan

tambahan atau pengawet alami pada makanan. Kitin digunakan pula

sebagai zat antikoagulasi darah, mempercepat penyembuhan luka,

komponen kosmetik dan pengecatan dalam industri tekstil. Salah satu

turunanya, yaitu kitosan mampu menunjukkan aktifitas biologi, yaitu

dapat menghambat pertumbuhan bakteri dan fungi, sehingga banyak

dimanfaatkan sebagai antimikroba. (Hirano 1997)

Tabel 2. Potensi kitin dan turunnya

Bidang AplikasiNutrisi Serat yang dapat dikonsumsiPangan Pengawet dan pengkaya rasa

Perbaikan teksturBahan emulsiBahan penjernih

Biomedis Obat lukaKontak lensaAntitumorAntikolesterolPelangsing tubuh

Perawatan kulit dan rambut Lotion dan krim pelembabProduk-produk perawatan rambut

Pertanian dan lingkungan FungisidaPemupukanPerawatan benihPengolahan limbah

Lain-lain Industri kertasPenyerap warnaBaterai padatAditif pakanKromatografi

(Toharisman, 2007)

C. Biokonversi kitin menjadi kitosan dan glukosamin

Kitin dapat dihidrolisis menghasilkan monomernya dengan reaksi

enzimatis. Enzim spesifik yang digunakan untuk menghidrolisis kitin

adalah enzim kitinase (Howard et al.,2003). Kitinase merupakan enzim

yang aktif mengkatalisis hidrolisa polimer kitin menjadi kitin

oligosakarida atau monomer N-asetilglukosamin. Berdasarkan cara

kerjanya dalam mendegradasi substrat, kitinase dikelompokkan menjadi

dua, yaitu Endokitinase dan Eksokitinase. Endokitinase menghidrolisa

kitin secara acak dari bagian dalam menghasilkan kitooligomer.

Sedangkan Eksokitinase menghidrolisa kitin secara berurutan dari ujung

nonreduksi menghasilkan kitobiosa sebagai produk akhir dan ß-N-

asetilheksosaminidase yang menghidrolisa kitin secara berurutan dari

ujung nonreduksi menghasilkan N-asetilglukosamin (Patil et al.,2000).

Degradasi kitin yang selanjutnya yaitu mekanisme pengubahan

kitin oleh deasetilase kitin menjadi kitosan. Dimana ikatan glikosida β-

(1,4) pada kitosan akan dihidrolisis dan menghasilkan diasetilkitobiosa

(kitobiosa) yang kemudian dihidrolisis kembali menjadi glukosamin

(Gooday 1990). Proses Hidrolisis kitin menjadi derivatnya disajikan pada

skema berikut ini:

Kitin dihidrolisis oleh kitinase secara acak pada ikatan

glikosidiknya. Degradasi kitin secara enzimatis oleh kitinase berlangsung

secara bertahap. Awalnya polimer kitin dipecah menjadi oligomer kitin

(umumnya berupa dimer) dan selanjutnya diuraikan menjadi monomer

N-asetil glukosamin oleh Nasetilglukosaminidase (Purwani et al., 2001).

Tranformasi kitin menjadi kitosan dapat juga dilakukan secara

kimiawi, disebut dengan deasetilasi, yaitu dengan memberikan

perlakuan dengan basa berkonsentrasi tinggi. Reaksi deasetilasi

bertujuan untuk memutuskan gugus asetil yang terikat pada nitrogen

dalam struktur senyawa kitin untuk memperbesar persentase gugus amina

pada kitosan (Indra, 1993). Proses deasetilasi dengan menggunakan

alkali pada suhu tinggi akan menyebabkan terlepasnya gugus asetil

(CH3CHO-) dari molekul khitin. Gugus amida pada khitin akan

berikatan dengan gugus hidrogen yang bermuatan positif sehingga

membentuk gugus amina bebas –NH2 (Mekawati dkk., 2000). Dengan

adanya gugus ini khitosan dapat mengadsorpsi ion logam dengan

membentuk senyawa kompleks (khelat).

Proses deasetilasi kitosan dapat dilakukan dengan cara kimiawi

maupun ezimatik. Proses kimiawi menggunakan basa misalnya

NaOH, dan dapat menghasilkan kitosan dengan derajat deasetilasi

yang tinggi, yaitu mencapai 85-93%. Namun proses kimiawi

menghasilkan kitosan dengan bobot molekul yang beragam dan

deasetilasinya juga sangat acak , sehingga sifat fisik dan kimia kitosan

tidak seragam. Selain itu proses kimiawi juga dapat menimbulkan

pencemaran lingkungan, sulit dikendalikan, dan melibatkan banyak

reaksi samping yang dapat menurunkan rendemen. Proses enzimatik

dapat menutupi kekurangan proses kimiawi. Pada dasarnya deasetilasi

secara enzimatik bersifat selektif dan tidak merusak struktur rantai

kitosan, sehingga menghasilkan kitosan dengan karakteristik yang

lebih seragam agar dapat memperluas bidang aplikasinya (Sugita, 2009).

II. ENZIM YANG TERLIBAT DALAM PROSES DEGRADASI KITIN

A. Enzim Kitinase

Kitinase merupakan glikosil hidrolase yang mengkatalisis

degradasi kitin yaitu senyawa polimer dari N-asetilglukosamin yang

membentuk ikatan linier β-1,4. Enzim ini ditemukan dalam berbagai

organisme, termasuk organisme yang tidak mengandung kitin dan

mempunyai peran penting dalam fisiologi dan ekologi. Berdasarkan

kesamaan urutan asam amino, kitinase diklasifikasikan dalam famili 18

dan 19 glikosida hidrolase (Tomokazu et al, 2004). Kitinase merupakan

enzim yang mampu menghidrolisa polimer kitin menjadi kitin

oligosakarida atau monomer N-asetilglukosamin. Enzim ini dihasilkan

oleh bakteri, fungi, tanaman, dan hewan. Harman et al., (1993) dan

Sahai et al., (1993) membagi kitinase dalam tiga tipe yaitu :

a. Endokitinase (EC 3.2.1.14) yaitu kitinase yang memotong secara acak

ikatan β-1,4 bagian internal mikrofibril kitin. Produk akhir yang

terbentuk bersifat mudah larut berupa oligomer pendek N-

asetilglukosamin (GIcNAc) yang mempunyai berat molekul rendah

seperti kitotetraose.

kitin endokitinase kitotetrase

Gambar 2. Reaksi pemutusan ikatan β-1,4 pada bagian internal mikrofibril kitin

b. Eksokitinase (EC 3.2.1.14) dinamakan juga kitobiodase atau kitin 1,4-

β- kitobiodase, yaitu enzim yang mengatalisis secara aktif

pembebasan unit-unit diasetilkitobiose tanpa ada unit-unit

monosakarida atau polisakarida yang dibentuk. Pemotongan hanya

terjadi pada ujung non reduksi mikrofibril kitin dan tidak secara acak.

eksokitinase

kitin diasetilkitobidase

Gambar 3. Reaksi pembebasan unit-unit diasetilkitobiose oleh enzim eksokitinase.

c. β-1,4-N-asetilglukosaminidase (EC 3.2.1.30) merupakan suatu

kitinase yang bekerja pada pemutusan diasetilkitobiose, kitotriose dan

kitotetraose dengan menghasilkan monomer-monomer N-

asetilglukosamin.

N-asetil-D-glukosamin

Gambar 4. Reaksi pemutusan diasetilkitobiose, kitotriose dan kitotetraose dan menghasilkan monomer-monomer N-asetilglukosamin.

Kitinase berguna dalam produksi kitooligosakarida.

Kitooligosakarida berperan sebagai pertahanan tanaman, juga digunakan

dalam kesehatan manusia. Sebagai contoh, kitoheksosa dan kitoheptosa

memperlihatkan aktivitas anti tumor.

N-asetilglukosamin berguna sebagai obat anti inflamasi. Senyawa

ini dalam tubuh manusia disintesis dari glukosa dan digabungkan dengan

glikoprotein dan glikosaminoglikan (Patil et al., (2000). Kitinase juga

berperan dalam produksi protein sel tunggal dari limbah kitin untuk

makanan hewan (Shaikh et al., 1993).

Kitinase juga dapat digunakan dalam pertanian sebagai

pengendalian jamur patogen tanaman dan hama serangga. Kombinasi σ-

toksin dan kitinase dilaporkan lebih efektif dalam membunuh hama

serangga (Patil et al., (2000).

Berdasarkan homologi sekuen asam aminonya, kitinase dibedakan atas

famili 18 dan 19. Famili 18 meliputi kitinase dari bakteri, fungi,

serangga, tanaman (kelas III dan V), hewan (Gijzen et al., 2001) dan satu

kitinase dari Streptomyces griseus (Ohno et al., 1996). Kitinase tanaman

kelas I tersusun atas sekuen yang conserved pada struktur utamanya,

serta domain kaya sistein pada ujung N. Kitinase kelas II secara

struktural homolog dengan kelas I, tetapi tidak memiliki domain kaya

sistein. Sementara, kitinase kelas III dan V tidak memiliki homologi

dengan kitinase kelas I, II dan IV (Fukamizo, 2000).

B. Enzim Kitin Deasetilase

Enzim ini dapat dimurnikan dan dikarakterisasikan dari beberapa

cendawan seperti pada M.rouxii, diperoleh bahwa suhu optimumnya adalah

50 0C dan pH optimumnya adalah 4,5. Kitin deasetilase, merupakan enzim

yang dapat mengkatalisis konversi kitin menjadi kitosan dalam proses

deasetilase N-asetilglukosamin. Enzim ini dapat menghidrolisis kitin

melalui pemutusan ikatan N-asetamido pada kitin dan merubahnya menjadi

kitosan (Kafetzopoulos et al., 1993).

Proses deasetilasi kitosan dapat dilakukan dengan cara kimiawi

maupun ezimat ik. Proses kimiawi menggunakan basa misalnya NaOH,

dan dapat menghasilkan kitosan dengan derajat deasetilasi yang tinggi,

yaitu mencapai 85-93%. Namun proses kimiawi menghasilkan kitosan

dengan bobot molekul yang beragam dan deasetilasinya juga sangat acak ,

sehingga sifat fisik dan kimia kitosan tidak seragam. Selain itu proses

kimiawi juga dapat menimbulkan pencemaran lingkungan, sulit

dikendalikan, dan melibatkan banyak reaksi samping yang dapat

menurunkan rendemen. Proses enzimat ik dapat menutupi kekurangan

proses kimiawi. Pada dasarnya deasetilasi secara enzimat ik bersifat selekt if

dan tidak merusak struktur rantai kitosan, sehingga menghasilkan

kitosan dengan karakterist ik yang lebih seragam agar dapat memperluas

bidang aplikasinya (Sugita, 2009).

Proses deasetilasi bertujuan untuk memutuskan ikatan kovalen antara

gugus asetil dengan nitrogenpada gugus asetamida kitin sehingga berubah

menjadi gugus amina. Derajat deasetilasi adalah persentasi gugus asetilasi

yang berhasil dihilangkan selama proses deasetilasi kitin. Derajat deasetilasi

berperan penting dalam proses penyerapan. Pertambahan nilai derajat

deasetilasi menyebabkan bertambahnya jumlah gugus amina bebas ( Millot

et al, 1998 ).Perbedaan antara kitin dengan kitosan terdapat dalam derajat

deasetilasinya.

III.BAHAN KAK LISA belum masuk

IV.MEKANISME REAKSI DEGRADASI KITIN MENJADI KITOSAN

DAN GLUKOSAMIN

Melalui reaksi enzimatis, kitin dapat diubah menjadi berbagai

turunannya, seperti yang terlihat pada Gambar :

A. Degradasi Kitin Menjadi Diasetilkitobiosa Membentuk Glukosamin

Proses degradasi kitin menjadi Diasetilkitobiosa melalui reaksi

enzimatik dengan mengunakan enzim kitinase. Cara kerja enzim kitinase

dapat dibagi menjadi tiga tipe berdasarkan kerjanya yaitu :

a. Endokitinase (EC 3.2.1.14) yaitu kitinase yang memotong secara acak

ikatan β-1,4 bagian internal mikrofibril kitin. Produk akhir yang

terbentuk bersifat mudah larut berupa oligomer pendek N-

asetilglukosamin (GIcNAc) yang mempunyai berat molekul rendah

seperti kitotetraose.

b. Eksokitinase (EC 3.2.1.14) dinamakan juga kitobiodase atau kitin 1,4-

β- kitobiodase, yaitu enzim yang mengatalisis secara aktif

pembebasan unit-unit diasetilkitobiose tanpa ada unit-unit

monosakarida atau polisakarida yang dibentuk. Pemotongan hanya

terjadi pada ujung non reduksi mikrofibril kitin dan tidak secara acak.

c. β-1,4-N-asetilglukosaminidase (EC 3.2.1.30) merupakan suatu

kitinase yang bekerja pada pemutusan diasetilkitobiose, kitotriose dan

kitotetraose dengan menghasilkan monomer-monomer N-

asetilglukosamin.

Pada umumnya mekanisme hidrolisis enzim kitinase adalah

double-displacement retaining mechanism dan single-displacement

inverting mechanism.

Retaining and inverting hidrolase glikosida

The double-displacement hydrolysis mechanism proposed for family 18 (a) and 19

(b)chitinases.

Brameld K A , and Goddard W A PNAS 1998;95:4276-4281

1) Mekanisme katalitik (A)

Mekanisme katalitik (A) melibatkan dua residu katalitik pada sisi aktif, residu asam glutamat sebagai asam/basa katalis dan residu asam aspartat sebagai nukleofil.

A. Tahap 1

setelah substrat terikat pada sisi aktif, residu asam glutamat dalam bentuk asamnya mendonorkan sebuah proton(H+) pada oksigen ikatan glikosidik, oksigen bermuatan +1 sehingga untukmenstabilkannya, R harus melepaskan kitin yang lain. residu asam aspartat menyerang nukleofilik dari C1 dari kitin.

B. Tahap 2

• Molekul kitin yang lain terprotonasi pada bagian meninggalkan sisi aktif. Terbentuknya sebuah ion oksokarbonium pada keadaan transisi yang diikuti dengan pembentukan kovalen intermediet

C. Tahap 3

• Ion oksokarbonium berpindah sisi aktif saat molekul air menyerang ikatan kovalen diantara molekul kitin pada bagian nukleofilik dan residu asam aspartat. Yang menyebabkan residu asam aspartatter pisah.

D. Tahap 4

• Ion oksokarbonium terbentuk kembali

E. Tahap 5

• Setelah molekul air masuk pada ion oksokarbonium, maka basa katalis residu asam glutamat menerima sebuah hidrogen yang dilepaskan dari air yang masuk. Sehingga OH- menggantikan ikatan oksokarbonium.

2) Mekanisme katalitik (B)

A. Tahap 1

• Electron bebas pada oksigen antara dua molekul kitin menyerang hydrogen dari residu asam glutamate dan berikatan secara kovalen koordinasi.

B. Tahap2

• Selanjutnya residu asam aspartatter memprotonasi molekul air, sehingga terbentuk muatan H+ dan OH-.

C. Tahap 3

• Electron bebas pada oksigen yang bermuatan akan menginduksi kitin.

• setelah itu molekul OH- (nukleofil) menyerang ikatan kovalen diantara molekul kitin. Penyerangan dilakukan dari belakang, dan dilakukan dengan mekanisme reaksi E2.

D. Tahap 4

• Maka terbentuklah Ion oksokarbonium sebelum putusnya ikatan dengan kitin yang lainnya

B. Degradasi Kitin Menjadi Kitosan Membentuk Glukosamin

Enzim kitin deasetilase ini memiliki sisi aktif enzim yaitu His-His-Asp. Dengan residu asam amino sebagai bagian yang aktifnya. Gugus –OH dari asam amino Asam Aspartat ini akan bereaksi dengan substrat atau Kitin dengan mekanisme seperti reaksi di bawah ini:

DAFTAR PUSTAKA

Agdour, S. 2007. Production and Characterization OfThe Recombinant Wheatchitinase Wch I And Generation Of Chitin-Specific Antibodies. [Serial online].http://Darwin.bth.rwth-aachen.de/opus3/voltexte/. Diakses Tanggal 25 September 2014.

Patil, R.S., Ghormade, V. and Despande, M.V. 2000. Chitinolytic Enzymes: an Exploration. Enzyme and Microbial Technology.Vol.26: 473-483.

Purwani, E.Y., Toharisman, A. Chasanah, E., Laksmi, J.F., Welan. Suhartono, M. T., Purwadaria T., Hwang, J. K., dan Pyun, Y. R. 2002. Studi Pendahuluan Enzim Kitinase Extraseluler Yang Dihasilkan Oleh Isolat Bakteri Asal Manado. Jurnal Teknologi Dan Industri Pangan.Vol.13: 111-117.

Rinaudo, Margaruite. 2006. Chitin and chitosan: Properties and Applications. Prog. Polym. Sci. 31 (2006) 603–632. CERMAV-CNRS, affiliated with Joseph Fourier University, BP53, 38041 Grenoble Cedex 9, France.

Dinter, S. Bugger dan E. Siefert. 2000. Enzymatic Degradation of Chitin by Microorganism. 2000. Advances in Chitin Science. University Postdam Druckhaus.

Toharisman, Aris. 2007. Peluang pemanfaatan enzim kitinase di Industri Gula.P3GI