A. BIOSINTESIS PROTEIN DAN LEMAK SUSU

Komposisi susu terdiri atas: protein, lemak, karbohidrat, mineral, vitamin dan air.

Komponen penyusun susu masing-masing individu sangat bervariasi tergantung spesies

hewan (Boland 2000, Phillips 2002, Schmidt et al. 1988). Perbedaan tersebut dapat terjadi

akibat pengaruh spesies, bangsa, kondisi kesehatan, kondisi nutrisi, tingkat laktasi dan umur

yang berbeda (Fox 2003; Fox dan Mc Sweeney 1998; Wong et al. 1988).

Proses sintesis Susu: komponen dari prekursor susu keluar dari darah dan masuk ke

cairan ekstraselular antara kapiler dan sel-sel epitel. Prekursor kemudian diambil dari cairan

ekstraselular melalui membran basolateral dari sel epitel. Setelah masuk sel prekursor memasuki

jalur sintetik yang sesuai. Selain itu, beberapa pre-formed protein, seperti imunoglobulin,

diangkut utuh melalui sel. Ada 5 rute dimana susu prekursor atau komponen masuk susu dalam

lumen alveolar, termasuk penyerapan asam amino, penyerapan gula dan garam, penyerapan

prekursor lemak susu, penyerapan protein preformed (imunoglobulin, dan jalur paracellular.

Diagram di bawah ini menunjukkan mekanisme penyerapan dan pemanfaatan asam amino untuk

sintesis protein, glukosa untuk sintesis laktosa, asam lemak dan gliserol untuk sintesis lemak

susu, imunoglobulin untuk transportasi di seluruh sel, dan jalur paracellular.

1

Mekanisme sintesis susu yang melalui beberapa jalur.

B. PROTEIN SUSU

Asam amino pada protein: asam amino yang diserap melalui membran basal sel oleh

beberapa sistem tertentu transportasi asam amino. Setelah masuk ke dalam sel, asam amino yang

kovalen terikat bersama untuk membentuk protein di polysomes (poli-ribosom) pada reticulum

endoplasma kasar (RER). Protein yang disintesis di RER meliputi protein yang akan

disekresikan (seperti susu protein kasein, ß-laktoglobulin, dan laktalbumin-) dan protein

membran terikat (seperti protein yang terlibat dalam sel-sel kontak dan enzim membran terikat).

Protein yang baru disintesis ditransfer dari RER ke aparatus Golgi mana mereka akan diproses

untuk transportasi keluar dari sel. Mengingat kasein yang disekresikan sebagai micelle, micelle

2

yang terbentuk dalam Golgi dari molekul kasein, kalsium dan phospohorous. Kasein dan protein

lainnya mengalami pasca-translasi pengolahan di Golgi. Protein yang tetap dalam sel disintesis

oleh ribosom dalam sitoplasma, ini akan meliputi semua enzim seluler, protein struktural dalam

sel seperti keratin, dan semua protein seluler lainnya.

Susu sapi umumnya mengandung 3.5% protein dengan pembaian sekitar 80% untuk

kasein dan 20% untuk whey (Farrell et al. 2004; Roginski 2003). Kasein didefinisikan sebagai

fosfoprotein dari susu skim mentah yang mengalami presipitasi oleh pengasaman pada

pH 4,6 dengan suhu 20oC, sedangkan whey merupakan fraksi yang tidak mengalami

presipitasi oleh pengasaman pada pH 4,6 dengan suhu 20o C (Eigel et al. 1984).

Kasein terdiri atas empat jenis polipeptida, yaitu αs1- kasein (39–46% dari total

kasein), β-kasein (25–35% dari total kasein), αs2-kasein (8–11% dari total kasein) dan κ-

kasein (8–15% dari total kasein) (Eigel et al. 1984; Roginski 2003). Whey terdiri atas β-

1aktoglobulin, α-laktalbumin, serum albumin, glikomakropeptida dan protein antimikrobia

yang berupa immunoglobulin, laktoferin, laktoperoksidase dan lisozim (Adlerova 2009; de

Wit 1998; Eigel et al. 1984; Wong et al. 1988).

Kasein merupakan protein utama dalam susu dan termasuk dalam keluarga dari

fosfoprotein yang disintesis oleh kelenjar ambing. Sintesis protein tersebut merupakan

respon dari hormon laktogenik dan disekresikan dalam bentuk butiran(Farrell et al. 2004).

Kasein dibedakan berdasarkan kecepatan perambatan pada elektroforesis menggunakan gel

poliakrilamida atau gel starch alkali yang mengandung urea dengan atau tanpa

mercaptoethanol (Eigel et al. 1984).

Kasein telah banyak diidentifikasi pada tingkat protein dan memiliki perbedaan

pada tingkat individu (Ng-Kwai-Hang 1998). Perbedaan ini disebabkan oleh perbedaan

susunan beberapa asam amino penyusun protein. Perubahan beberapa asam amino akan

dapat merubah penampilan susu secara fisik dan kimia, tapi kemungkinan ini tidak

berpengaruh terhadap perbedaan jumlah protein dalam susu (Lien et al. 1995; Ng-Kwai-

Hang 1998). Karakteristik protein pada susu sapi sebagai berikut

3

Whey merupakan fraksi yang terlarut pada pH 4.6. Kandungan protein utama pada whey

adalah β-laktoglobulin, α-laktalbumin, serum albumin dan protein antimikrobia dengan

konsentrasi secara berurutan adalah 50, 20, 10 dan 20 % dari total whey (Edwards et

al. 2009). Sebagian besar protein pada whey merupakan protein globular dengan struktur

sekunder dan tersier sehingga mudah terdenaturasi pada pemanasan dengan suhu sekitar 60°C

(Madureira et al, 2007; Permyakova et al. 2000).

Sekitar 95% komponen protein susu disintesis dari asam amino dan 5% lainnya

diserap dari darah. Komponen yang diserap dari darah yaitu serum albumin dan

immunoglobulin (Edwards et al. 2009). Protein antimikrobia dalam susu

berupaimmunoglobulin, laktoferin, lisozim, laktoperoksidase dan glikomakropeptida yang

merupakan komplek protein yang berfungsi sebagai imunitas untuk melawan berbagai

macam penyakit (Adlerova 2009; Connely 2001). Konsentrasi protein antimikrobia dalam

kolostrum sangat tinggi yaitu mencapai 100 g/l dan secara cepat turun menjadi 1 g/l selama

kurang dari satu minggu setelah kelahiran (Roginski 2003; Walstra dan Jenness 1984).

4

Gambar 1.

Keterangan gambar 1: Model sederhana regulasi sintesis protein susu oleh insulin -mTOR. Panah

hijau menunjukkan aktivasi atau efek positif, panah putus-putus menunjukkan baik transportasi

atau efek tidak langsung pada transkripsi. Merah cap garis datar menunjukkan penghambatan.

Fosforilasi dilambangkan oleh bentuk oranye bulat. Ketika kompleks mTOR tidak diaktifkan

non-terfosforilasi translasi inisiasi faktor protein 4E eukariotik mengikat 1 (4E-BP1) mengikat

translasi inisiasi 4E faktor eukariotik (eIF4E) mencegah sintesis protein. Kompleks mTOR

dibentuk dan diaktifkan oleh fosforilasi melalui signaling insulin dan ditingkatkan oleh asam

amino (terutama Leu). Ketika kompleks mTOR diaktifkan phosphorylates 4E-BP1 di beberapa

situs yang menghasilkan pelepasan eIF4E tersebut. Setelah dibebaskan, eIF4E membentuk

kompleks dengan faktor-faktor inisiasi translasi eukariotik yang pada gilirannya mengikat

translasi 40S subunit ribosom. MTOR juga menginduksi translasi oleh dua mekanisme

tambahan: secara tidak langsung mengaktifkan subunit 40S ribosom melalui fosforilasi RPS6-

p70-protein kinase (p70S6K) bahwa dalam phosphorylates gilirannya RPS6 yang meningkatkan

aktivitasnya (RPS6 merupakan bagian dari kompleks 40S dan peningkatan RPS6 kegiatan

peningkatan aktivitas 40S kompleks juga), dan secara tidak langsung mencegah penghambatan

perpanjangan translasi.

Kegiatan mTOR kompleks dihambat oleh dimer yang dibentuk oleh dua tuberous sclerosis

(TSC1 dan TSC2) protein. Kompleks TSC secara langsung dihambat oleh insulin. Antara lain,

kompleks TSC diaktifkan oleh AMP-activated protein kinase (AMPK). Yang terakhir ini

5

disebabkan oleh rendahnya tingkat energi (yaitu, AMP yang lebih tinggi). Tingkat energi dalam

mammae sebagian besar ditentukan oleh ketersediaan glukosa dan AA untuk dimetabolisme ke

dalam siklus TCA. Dengan demikian, peningkatan impor glukosa (ketersediaan energi) dapat

mencegah penghambatan sintesis protein oleh AMPK menghambat. Pada saat yang sama,

aktivasi ekspresi mTOR meningkatkan kompleks GLUT1 glukosa transporter. Selain itu, mTOR

tampaknya langsung menginduksi sintesis ATP mitokondria. Aktivasi transkripsi sintesis protein

susu oleh JAK2-Stat5 juga dilaporkan, di mana pengikatan prolaktin dan insulin pada reseptor

mereka menginduksi fosforilasi STAT5.

Setelah fosforilasi, STAT5 dimer mentranslokasi ke inti dan menginduksi transkripsi beberapa

gen, termasuk ELF5 dan gen yang mengkode protein susu. ELF5 protein meningkatkan aktivitas

STAT5 meningkatkan transkripsi gen protein susu. Panah vertikal menunjukkan ekspresi gen

peningkatan komponen kompleks protein dilaporkan selama laktasi dalam sapi seperti yang

diamati dalam [4]. Panah hijau vertikal menunjukkan kompleks protein dengan peningkatan

kemungkinan dalam kelimpahan selama menyusui yang meningkatkan aktivitas sintesis protein.

Panah merah vertikal menunjukkan kompleks protein dengan peningkatan kemungkinan dalam

kelimpahan selama menyusui yang menghambat aktivitas sintesis protein.

C. Lemak Susu

Lemak adalah senyawa kimia yang larut dalam pelarut organik dan tidak larut dalam air.

Salah satu sifat yang khas dari golongan lipida (lemak dan minyak) adalah daya larutnya dalam

pelarut organik (misalnya, eter, benzen dan kloroform). Lemak dan minyak secara kimiawi

adalah trigliserida yang merupakan bagian terbesar kelompok lipida.

Trigliserida ini merupakan senyawa hasil kondensasi satu molekul gliserol dan tiga

molekul asam lemak yang lain. Di alam, bentuk gliserida dan monoglierid yang dibuat dengan

sengaja dari hidrolisa tidak lengkap. Trigliserida hanya dipakai dalam teknologi makanan

sebagai pengemulsi dan penstabil. Lemak.

Lemak terdiri atas trigliserida, asam lemak tidak jenuh, fosfolipida, sterol, vitamin

A, vitamin D, vitamin E dan vitamin K (Mac Gibbon dan Taylor 2006). Kandungan

lemak dalam susu bervariasi antara 3 sampai 6%. Lemak susuterdispersi dalam bentuk

globula yang membentuk emulsi antara lemak dengan air (Fox 2003; Mac Gibbon dan

6

Taylor 2006). Sebagian lemak susu disintesis di dalam kelenjar ambing, yaitu 50% berasal

dari asam lemak rantai pendek (C4-C14) berupa asetat dan beta hidroksi butirat yang

dihasilkan oleh fermentasi selulosa di dalam rumen, sebagian lagi berasal dari asam lemak

rantai panjang (C16-C18) dari makanandan cadangan lemak tubuh (Palmquist 2006; Tyler

dan Ensminger 1993). Sumber pembentukan lemak susu ada tiga yaitu glukosa,

triasilgliserol dari bahan makanan atau yang dibentuk oleh bakteri rumen dan asam lemak yang

disintesis oleh kelenjar ambing (Tyler dan Ensminger 1993).

Yang dimaksud dengan lemak disini adalah suatu ester asam lemak dengan gliserol.

Glierol adalah suatu trihidroksi alkohol yang terdiri atas tiga atom karbon. Jadi tiap atom karbon

mempunyai gugus –OH. Satu molekul gliserol dapat mengikat satu, dua atau tiga molekul asam

lemak dalam bentuk ester, yang disebut monogliserida, digliserida dan trigliserida. (Poedjadi,

1994).

Prekursor Susu lemak: Prekursor sintesis lemak susu juga diambil oleh sel-sel epitel di

membran basolateral. Asetat dan ß-hidroksibutirat merupakan prekursor penting dari sintesis

asam lemak dalam sel mammae pada beberapa spesies (khususnya ruminansia). Prekursor

diserap melalui membran basolateral. Selain itu, asam lemak preformed, gliserol, dan

monoacylglycerides diserap pada membran basolateral. Semua komponen ini masuk ke dalam

sintesis trigliserida susu. Lemak susu trigliserida disintesis di retikulum endoplasma halus (SER)

dan tetesan bentuk kecil. Banyak tetesan lipid kecil akan sekering bersama sebagai tetesan lipid

7

bergerak tumbuh menuju membran apikal. Pada membran apikal pasukan lipid droplet besar

keluar membran apikal sel, membran apikal mengelilingi tetesan lipid sampai mencubit off dan

memasuki lumen. [Bayangkan berdiri di dalam balon dan mencoba meninju tangan Anda melalui

dinding balon. Dinding balon akan membungkus tangan Anda.] Jadi, dalam lumen alveolus, susu

lemak globul (atau susu lipid globul seperti yang sekarang disebut) dikelilingi oleh membran.

Membran ini awalnya merupakan bagian dari membran apikal sel epitel itu. Perhatikan bahwa

didalam sel lipid membran TIDAK terikat dan disebut tetesan lipid, sedangkan setelah sekresi

Lumen tersebut, tetesan lemak susu yang dikelilingi oleh membrane.

8