APLIKASI PROTEIN Nurul Azizah/1206212312 Prodi S-1 Teknologi Bioproses, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok
ABSTRAK Protein merupakan Protein merupakan rantai molekul panjang yang terdiri dari polipeptida, yaitu asam amino yang ergabung dengan ikatan peptida atau disebut juga dengan polimer asam amino. Protein terdri atas satu atau lebih polipeptida yang terlipat dan terbelit membentuk suatu kesesuaain yang spesifik. Protein dapat diaplikasikan pada berbagai bidang dalam kehidupan seharihari, diantaranya adalah aplikasi protein dalam bidang pangan, bidang industri, bidang pertania, bidang kecantikan, bidang obat dan farmasi serta dalam sintesis protein in vitro. Dalam bidang pangan, protein dapat digunakan pada pembuatan susu, PST serta roti. Dalam bidang industri, protein dapat digunakan dalam proses pembuatan tekstildan kertas. Dalam bidang pertanian, enzim digunakan dalam pembuatan pestisida alami. Dalam bidang kecantikan digunakan dalam pembuatan kosmetik. Dalam bidang farmasi, protein digunakan dalam untuk pembuatan vaksin anti virus serta obat-obatan. Pada perkembangan aplikasi protein, kemudian protein dapat digunakan dalam sintesis protein in vitro. Kata kunci: Aplikasi, kunci: Aplikasi, Protein, Protein, Pangan, Pangan, Susu, PST, Roti, Industri, Industri, Tekstil, Kertas, Kertas, Pertanian, Pestisida, Pestisida, Kecantikan, Kosmetik, Farmasi, Vaksin, Obat, Sintensis, in Vitro PENDAHULUAN
Gambar 1. Protein (http://homepage.smc.edu/)
Protein berasal dari bahasa Yunani proteios, artinya “tempat pertama”. Protein adalah senyawa organik kompleks yang tersusun dari unsur Karbon (C), Hidrogen (H), Oksigen (O), dan Nitrogen (N). Protein merupakan rantai molekul panjang yang terdiri dari polipeptida, yaitu asam amino yang ergabung dengan ikatan peptida atau disebut juga dengan polimer asam amino. Protein terdri atas satu atau lebih polipeptida yang terlipat dan terbelit membentuk suatu kesesuaain yang spesifik. Menurut Campbell dalam buku Biologi hal. 73, protein meliputi lebih dari 50% bobot kering sebagian besar sel, dan molekul ni sangat berguna sebagai alat bantu dalam hampir setiap hal yang dilakukan oleh organisme. Penggunaan protein digunakan untuk menyimpan transpor substansi lain, mengirim sinyal dari suatu bagian organisme ke bagian lain, sebagai fungsi struktural, pergerakan, pertahanan melawan substansi asing serta sebagai enzim, yaitu mengatur metabolisme dengan cara selektif mempercepat reaksi kimiawi dalam sel. Selain memenuhi fungsi-fungsi tersebut, protein juga dapat digunakan dalam pengaplikasian dalam di beberapa bidang dalm kehidupan sehari-hari.
Aplikasi protein dapat digunakan dalam bidang pangan, industri, pertanian, kecantikan, farmasi dan kesehatan dan juga dalam teknik sintesis protein invitro Aplikasi Protein dalam Bidang Pangan
Susu
Gambar 2. Protein pada Susu (http://www.tajagroproducts.com/)
Pada susu, salah satu unsur yang penting adalah protein. Protein yang terdapat pada susu terdiri atas kasein dan protein serum (whey protein). Dalam hal ini, kasein merupakan 80% dari seluruh protein susu. Terdapat tiga jenis dalam kasein, yaitu 50% alpha-kasein, 33% betha kasein, dan 15% kappa kasein. Sedangkan dalam protein serum terdapat dua jenis yaitu proteiin globulin dan 68% albumin. Dalam prosesnya, pertama kasein dipisahkan dari krim dengan agen pengfilter sehingga lemaknya naik ke atas. Ketika susu telah terpisah, garam kasein dan enzim kalsium kaseinat tertahan di dalam susu skim tersebut. Lalu untuk memisahkan kasein dengan susu skim, digunakan proses presipitasi. Inti dari presipitasi adalah susu dipanaskan dengan kondisi yang sangat dikontrol. Setelah beberapa lama, protein akan menyusut dan mengeluarkan embun. Hasil dari proses ini adalah protein serum. Protein Efficiency Ratio (PER) menyatakaan nilai protein dalam susu. Ratarata PER dalam susu bernilai 3,1 lebih tinggi dibanding dengan protein dalam gandum, kedelai maupun daging sapi. Kasein dan protein serum dalam protein susu berfungsi bagi tubuh. Kasein adalah pembawa mineral Kalsium dan Fospat. Kasein berfungsi dalam penjagaan kandunga mineral dalam keadaan terlarut sekaligus menjaga pembentukan Kalsium Fospat yang tidak larut. Selain itu, kasein juga berfungsi sebagai pertahanan dari baktri ataupun virus. Sedangkan protein serum berfungsi untuk meningkatkan imunitas tubuh. Sealin itu, protein serum mengandung laktoforin yang memiliki fungsi sebagai pengikat zat besi. Protein serum merupakan kelompok protein kompleks dan terdapat dalam kolostrum. Protein Sel Tunggal
Gambar 3. Proses Pembuatan PST (http://www.fao.org/)
Protein Sel Tunggal (PST) adalah produk bahan makanan yang telah dikembangkan. PST mengandung kadar protein tinggi yang berasal dari mikroba melalui proses bioteknologi. PST dari mikroorganisme digunakan sebagai suplemen protein dalam makanan manusia atau makanan hewan. Nama PST digunakan dalam membedakan protein sel tunggal tersebut apakah berasal dari mikroorganisme yang bersel tunggal atau bersel banyak. Mikroorganisme yang dikembangbiakkan dalam pembuatan protein sel tungal ini berguna sebagai sumber protein. Contoh mikroorganisme yang dapat digunakan untuk PST adalah algae atau bakteri. Mikroorganisme yang biasa digunakan sebagai protein sel tunggal, antara lain alga Chlorella, Spirulina, dan Scenedesmus, khamir Candida utylis, kapang berfilamen Fusarium gramineaum. PST diproduksi agar menghasilkan produk makanan yang memiliki kualitas akan protein yang tinggi. Proses produksi PST dari sebuah mikroorganisme dan substrat lainnya memiliki langkah dasar sebagai berikut, yang pertama adalah penyediaan sumber karbon. Selain sumber karbon, sumber nitrogen, fosfor dan nutrisi lainnya diperlukan untuk mendukung pertumbuhan optimal mikroorganisme yang dipilih. Kemudian dilakukan pencegahan kontaminan dengan mempertahankan kondisi steril atau higienis. Komponen dapat dipanaskan atau disterilkan degan penyaringan dan fermentasi. Mikroorganisme yang dipilih diinokulasi dalam keadaan murni. Proses PST dilakukan dalam kondisi sangat aerobik (kecuali ganggang). Oleh karena itu, aerasi yang memadai harus disediakan. Pendinginan perlu dilakukan agar prosuk yang dihasilkan cukup panas. Biomassa kembali pulih dari media (pemisahan biomassa microbial dari cairan fermentasi) kemudian diolah. Pengolahan biomassa berguna untuk meningkatkan kegunaan atau daya simpan. Dalam memproduksi PST, mikroorganise yang dikembangbiakkan sebagai sumber protein harus diperhatikan. Untuk menghasilkan PST yang baik terdapat kriteria miskroorganismenya, diantaranya adalah memiliki sifat non-patogen (tidak menyebabkan penyakit baik pada tanaman, hewan maupun manusia. Mikroorganisme yang digunakan pun harus memiliki nilai gizi yang baik, dpat digunakan sebagai bahan pangan maupun pangan serta tidak mengandung bahan beracun. Selain itu, dalam proses produksi disarankan agar memiliki biaya produk yang dibutuhkannya rendah agar produktif dan efisien. Produk PST memiliki kelebiha, diantaranya adalah dalam proses produksi PST dapat menggunakan media atau substrat yang bervariasi. Produksi PST pun tidak bergantung pada iklim ataupun musim. Kandungan protein dalam PST juga lebih unggul/tinggi jika dibandingkan dengan kandungan protein hewan atau tumbuhan. Roti
Gambar 4. Enzim Lipase dalam pembuatan bakery Penggunaan Enzim dalam Industri pangan. Undip.
Enzim lipase dapat digunakan dala proses pembuatan roti. Enzim lipase memiliki sisi aktif sehingga dapat menghidrolisis triasilgliserol menjadi asam lemak dan gliserol. Enzim lipase dapat digunakan untuk menghasilkan coklat tiruan, serta glukosa oksidase untuk mencegah reaksi pencoklatan pada produk tepung telur dan lain-lain. Sumber enzim lipase didapatkan dari bakteri (S. aureus), kapang (Aspergillus niger, Rhizopus arrhizus), tanaman yang menghasilkan trigliserida (kacang-kacangan), pancreas dan susu.
Aplikasi Protein dalam Bidang Industri Tekstil Pada produksi tekstil bahan-bahan yang digunakan dalam proses pembuatannya terdapat serat tekstil yang berasal dari bahan lami ataupun bahan sintetik. Bahan alami yang digunakan dalam industri tekstil diantaranya berasal dari serat protein. Serat protein dapat berbentuk staple atgau filamen. Serat protein yang beberntuk stapel dapat berasal dari rambut hewan, seperti berupa domba, kelinci, mohair dan lain-lain. Namun, serat protein yang paling digunakan adalah yang berasal dari bulu domba (wol). Wol bersifat hidroskopis, serat dapat melepaskan uap air secara perlahan dan pada bahan tekstil akan menimbulkan panas, Wol dan serat yang sejenis merupakan serat alam yang dapat menggumpal (feelting ), apabila dikerjakan dalam larutan sabun bersuhu panas. Wol dan sutera berasal dari serat protein. Serat dari protein lebih mudah dipengaruhi bahan-bahan kimia daripada serat selulosa.
.
Gambar 5. Produksi Wol (Serat Protein) (http://www.ukagriculture.com/)
Kertas
Gambar 6. Enzim Xylanase (http://insentif.ristek.go.id/)
Pada pembuatan kertas, juga dilibatkan peranan protein dalam proses pembuatannya, yaitu enzim xylanase. Enzim merupakan suatu protein yang memiliki aktifitas biokimiawi sebagai katalis suatu reaksi. Karena merupakan suatu protein, enzim ini sangat rentan terhadap kondisi lingkungan. Pada pembuatan kertas, enzim xylanase berperan dalam proses pemutihan kertas. Enzim ini digunakan untuk menghilangkan hemi selulosa dalam proses bleaching sekaligus sebagai pengganti cara kimia agar pencemaran racun limbah kimia dapat dihindari dan dapat meminimalisir biaya. (Ruiz Arribas et al.,1995). Dalam pembuatan kertas menggunakan bahan baku kayu, namu harus melalui proses digester dan pencucian terlebih dahulu. Pada proses ini, sebenarnya bahan yang dihasilkan untuk membuat kertas masih kotor atau disebur dengan derajat putih yang rendah.Proses pemmutihan perlu dilakukan agar menghasilkan kertas yang memiliki mutu tinggi, Pada proses pemutihan ini pula, lignin hemiselulosa penyebab warna coklat dan zat ekstraktih yang dikandung dari hasil pencucian dan penyaringan dihilangkan.Pada prosesnya, pemutihan dilakukan secara bertahap karena dapat menghasilkan nilai derajat putih yang tinggi pada produk kertas yang akan dihasilkan. Proses pemutihan kertas terdiri dari tahapkhlorinasi, ekstraksi dan penambahan khlorin oksida. Namun khlorin adalah bahan beracun yang dapat menimbulkan polusi pada pabrik keras dari klorin sisa proses yang dibuang ke perairan sungai. Maka dampak dari penggunaan klorin pada produksi kertas, menimbulkan terobosan baru pada industri kertas. Penggunaan klorin pada proses ini dapat diganti dengan aplikasi bioteknnologi, yaitu berasal dari enzim. Enzim xilanasu merupakan enzim yang pertama kali dicanangkan untuk proses pemutihan kertas dan sekarang telah digunakan dalama produksi kertas pada beberaoa pabrik. Dalam produksi pabrik kertas, disarankan enxim xilanase yang digunakan adalah memiliki sifat termostabil dan tahan pada pH alkalo. Jenis enzim yang dapat ditemukan sesuai dengan karateristik seperti ini alah enzim endoxilanase. Penggunaan xilanase dan pada proses pemutihan kertas membantu pengurangan jumlah kappa dan meningkatkan derajat putih kertas. Aplikasi Protein dalam Bidang Pertanian Pestisida
Gambar 7. Pestisida dari protein bakteri (http://www.rhul.ac.uk/)
Protein dapat berfungsi dalam pembuatan pestisida alami. Protein yang digunakan untuk pestisida berasal dari tubuh bakterik. Contoh bakteri yang dapat digunakan proteinnya untuk pembuatan pestisida alami adalah bakteri Thuringienis. Bakteri Bacillus thuringiensis adalagh bakteri gram positif. Bakteri Bacillus thuringiensis termasuk bakteri patogen fakultatif. Apabila bakteri ini tidak memiliki lingkungan yang nyaman dan tidak menguntungkan, maka bakteri ini akan membentuk fase sporulasi. Pada saat sporulasi, tubuh dari bakkteri ini akan terdiri dari protein cry . Protein cry merupakan protein kelas endotoksin delta. Endotoksin ini dapat mematikan serangga jika serangga
memakan toksin tersebut. Maka, protein / toksin cry yang dihasilkan oleh bakteri dapat dimanfaatkan sebagai pestisida alami. Aplikasi Protein dalam Bidang Kecantikan Komestik
Gambar 8. Bentuk fisis Kolagne dan Kolagen kulit (http://www.collagenelife.com/
Kolagen adalah unsur protein yang tersusun dalam tubuh yang terdapat pada jaringan kat yang liat dan bening kekuning-kuningan. Pada produksi kosmetik, kolagen biasanya yang digunakan dalam produksi kosmetik adalah kolagen yang berasal dari hewan atau tumbuhan. Contoh kolagen hewan yang digunakan adalah kolagen yang berasal dari sapi. Kolagen memiliki fungsi yaitu sebagai pelembab alami bagi kulit. Selain itu, kolagen yang digunakan pada bahan kosmetik akan berfungsi untuk menahan air karena kolagen tidak larut dalam air, sehingga kulit wajah tetap dalam keadaan tetap serta memberi efek baik bagi regenerasi sel kulit sehingga kulit wajah tidak cepat kusanm dan keriput karena adanya kolagen. Selain dijadikan untuk pelembab, kolagen juga dapat digunakan untuk pembuatan kulit sintesis. Sebelum adanya aplikasi dari bioteknologi ini, orang mentransplantasi kuli dari satu bagian tubuh ke tubuh bagian lain. Namun, pentransplantasian dari satu tubuh manusia ke tubuh manusia lain akan ditolak oleh tubuh seseorang yang meneima penrtransplantasian kulit orang tersebut. Maka diciptkannya lah bioteknologi kulit buatan dari kolagen. Sama halnya pada bahan kosmetik, kolagen yang biasa digunakan dalam pengaplikasian bioteknologi ini adalah berasal dari tumbuhan maupun hewan. Pembuatan kulit buatan juga bisa dibuat dari sel fibroblast. Sumber fibroblast dapat diambil dari lapisan dermal jaringan kulit khatan. Kemudian fibroblast dikarantina dan diperiksa apakah terdapat virus atau patogen lain. Fibroblast disimpan dalam glass vials kemudian dibekukan dengan nitrogen 94 0 F. Pembuatan kolagen dari hewan juga dapat dilakukan melalui proses ekstraksi, Terdapat dua jenis ekstraksi, yaitu ekstraksi konvensional maupun ekstraksi enzimatis dengan menggunakan enzim protease. Ekstraksi enzimatis memberikan hasil yang lebih baik dibandingkan dengan ekstraksi nkonvensional.
Aplikasi Protein dalam Bidang Farmasi dan Kesehatan Vaksin Antivirus
Gambar 9. Vaksin antivirus (http://www.niaid.nih.gov/)
Pada pembuatan vaksin, protein sangat berperan dalam prosesnya. Pembuatan vaksin terdiri dari beberapa tahap diantaranya adalah persiapan benih virus. Setelah disiapkan, kemudian virus ditumbuhkan dalam media yang mengandung proteinn misalnya protein yang berasal dari mamalia (protein murni dari darah sapi). Media ini dapat mendorong proses reproduksi dari sel. Pertumbuhan virus dapat dibantu dengan bantuan enxim ke medium yang digunakan. Enzim yang digunakan ini adalah enzim tripsin. Enzim tripsin adalah protein yang berfungsi sebagai katalis dalam metabolisme dan pertumbuhan sel. Pada proses ini, tripsin didapatkan dari pankreas sapi. Setelah dilakukan pertmbuhan pada virus, virus tersebut kemudian dipisahkan dari mediumnya. Pemisahan ini dapat dilakukan dengan cara filtrasi, sentrifugasi atau teknik lain. Obat-obatan
Gambar 10. Proses Protein yang dihasilkan oleh DNA berperan dalam penemuan obat baru. (http://cdn.phys.org/)
Protein aktif dapat dibuat untuk menghasikkan penemuan obat baru. Protein ini dihasilkan dari DNA / gen yang mengkodekan protein. Pada proses ini, DNA dimasukkan ke dalam mikroorganisme agar cepat diperoleh dan dimurnikan. Pada proses produksi protein DNA untuk dijadikan obat baru, terdapat beberapa tahap. Diantaranya adalah DNA mengkodekan suatu protein, kemudian gen-gen
pengkode tersebut dipotong. Setelah dipotong, gen tersebut dimasukkkan ke dalam plasmid . Plasmid yang mengandung gen-gen tersebut kemudian dimasukkan kembali ke dalam bakteri. Bakteri yang baru dimasukkan dengan plasmid kemudian dikembangbiakkan. Pengembangbiakkan bakteri ini bertujuan untuk memperbanyak gen-gen yang akan dihasilkan. Bakteri yang akan dikembangbikakan tersebut akan menghasilkan protein yang diinginkan. Protein tersebut kemudian diisolasi kemudian dimurnikan. Aplikasi Protein dalam Sintesis Protein In vitro
Gambar 11. Sintesis Protein In vitro Protein Synthesis in vitro. Kodai Machida, Mamiko Masutan and Hiroaki Imataka
Bentuk aplikasi protein yang saat ini sedang dikembangkan adalah proses sintesis protein in vitro. Sintesis protein sel bebas (juga disebut sintesis protein fertilisasi in-vitro atau disingkat CFPS), adalah produksi protein yang menggunakan mesin biologis tanpa menggunakan sel hidup. Fertilisasi in-vitro protein sintesis lingkungan tidak dibatasi oleh dinding sel atau kondisi homeostasis yang diperlukan untuk mempertahankan viabilitas sel. Dengan demikian CFPS memungkinkan akses langsung dan pengendalian lingkungan penerjemahan yang menguntungkan bagi sejumlah aplikasi termasuk pptimasi produksi protein, optimasi dari kompleks protein, sintesis protein, menggabungkan asam amino non-alami dan biologi sintetis.
SUMMARY
Aplikasi protein dapat digunakan dalam bidang pangan, industri, pertanian, kecantikan, farmasi dan kesehatan dan juga dalam teknik sintesis protein invitro. Dalam bidang pangan, pada susu, salah satu unsur yang penting adalah protein. Protein yang terdapat pada susu terdiri atas kasein dan protein serum (whey protein). Dalam bidang pangan protein juga digunakan pada proses produksi PST. PST mengandung kadar protein tinggi yang berasal dari mikroba melalui proses bioteknologi. Pada produksi roti, enzim yang digunakan adalah enzim lipase. Dalam bidang industri, pada produksi tekstil bahan alami yang digunakan dalam industri tekstil diantaranya berasal dari serat protein. Pada pembuatan kertas, juga dilibatkan peranan protein dalam proses pembuatannya, yaitu enzim xylanase. Dalam bidang kecantikan, pada produksi kosmetik, kolagen yang digunakan biasanya dalam produksi kosmetik adalah kolagen yang berasal dari hewan atau tumbuhan. Selain dijadikan untuk pelembab, kolagen juga dapat digunakan untuk pembuatan kulit sintesis. Dalam bidang farmasi dan kesehatan, pada pembuatan vaksin, protein sangat berperan dalam prosesnya. Pertumbuhan virus dapat dibantu dengan bantuan enzim ke medium yang digunakan. Enzim yang digunakan ini adalah enzim tripsin. Protein aktif juga dapat dibuat untuk menghasikkan penemuan
obat baru. Protein ini dihasilkan dari DNA / gen yang mengkodekan protein. Pada terobodan baru, juga terdapat aplikasi protein yaitu sintesis protein in vitro. Sintesis protein sel bebas (juga disebut sintesis protein fertilisasi in-vitro atau disingkat CFPS) adalah produksi protein yang menggunakan mesin biologis tanpa menggunakan sel hidup. Fertilisasi in-vitro protein sintesis lingkungan tidak dibatasi oleh dinding sel atau kondisi homeostasis yang diperlukan untuk mempertahankan viabilitas sel.
DAFTAR PUSTAKA Anderson, Daniel. A Step Toward Minute Factories that Produce Medicine Inside the Body, 2012, Available at:< http://phys.org/news/2012-06-minute-factories-medicine-body.html> [Accessed 15 March 2014]. Anonymous. Acids Protein, 2009, Available at:< http://homepage.smc.edu/wissmann_paul/anatomy 2textbook/AAcidsProteins.html> [Accessed 15 March 2014]. Anonymous. Enzim Xylanase, 2009, Availabl at: < http://insentif. ristek.go.id/PROSIDING/> {Acc essed 15 March 2014]. Anonymous. Vaccine, 2009, Available at:< http://www.madehow.com/Volume-2/Vaccine.html> [Accessed 15 March 2014]. Budiman, Albar, Sigit Setyawan. 2006. Pengaruh Konsentrasi Substrat, Lama Inkubasi dan pH dalam Proses Isolasi Enzim Xylanase dengan Menggunakan Media Jerami Padi. Universitas Dipenogoro: Semarang Campbell, Neil A., Lawrence G. Mitchell, Jane B. Reece. 1999. Biology, 5th Ed. Menlo Park, CA: Benjamin/Cummings Publ. Co., Inc. Hamdani, S. Bioteknologi Farmasi, 2012, Available at:< http://catatankimia.com/catatan/ biotek nologi-farmasi.html> [Accessed 15 March 2014]. I Hartati L. Kurniasari. 2003. Kajian Produksi Kolagen dari Limbah Sisik Ikan Secara Ekstraksi Enzimatik. Semarang : Universitas Wahid Hasyim Machida, Kodai, Mamiko Masutan and Hiroaki Imataka. 2002. Protein Synthesis in vitro: Cell-Free Systems Derived from Human Cells. Department of Materials Science and Chemistry, Graduate School of Engineering,University of Hyogo, Himeji, Japan National Iinstitute of Allergy and Infectious desease. New Vaccine Tehnologies, 2011, Available at: [Acc essed 15 March 2014]. Nasseri, A., Rasoul-Amini, S., Morowvat, M. & Ghasemi, Y. 2010. Single Cell Protein: Production and Process. American Journal of Food Technology. Srivastava, M.L. 2008. Fermentation Technology, Oxford: Alpha Science International. Trehan, K. 1990. Biotechnology, New Delhi : , New Age International. UK Agriculture. Sheep Wool Production, 2009, Available at: [Accessed 15 March 2014]. Winarno F.G., dan Ivone E. F. 2007. Susu dan Produk Fernmentasinya. Bogor: E-Mbrio Pres
