EduChemia (Jurnal Kimia dan Pendidikan)
Vol.1, No.1, Januari 2016 e-ISSN 2502-4787
PERBANDINGAN OPTIMASI BIOSENSOR ANTIOKSIDAN MENGGUNAKAN EKSTRAK DAN ENZIM MURNI SUPEROKSIDA DISMUTASE Imas Eva Wijayanti1 1
Program Studi Kimia, Fakultas Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor Email:
[email protected]
Abstract: An antioxidant biosensor has been developed for measurement of antioxidant capacity. The purpose of this study was to determine and compare the activity of the superoxide dismutase (SOD) enzyme from the crude extract of Deinococcus radiodurans cells and pure SOD from bovine erythrocytes which were immobilized on zeolite nanoparticles (ZNP). The kinetics parameters were also determined. The optimum condition was obtained by Response Surface Method. The immobilized crude extract D. radiodurans SOD (CES) modified carbon paste electrode (CPE) (CES-ZNP-CPE) have different optimum conditions with the modified carbon paste electrode pure SOD immobilization (PS-ZNPCPE). This is shown by the difference in the two structures. Erythrocyte SOD enzyme from cows that have the type of Cu / Zn-SOD, whereas SOD extracted from the bacterium D. radiodurans is the type of Mn-SOD. The differences in the structure cause the Cu / Zn SOD and Mn-SOD has a different reaction mechanism, so that responses and measurement will be differences resulted. Keywords: Antioxidant nanoparticles
biosensor,
Immobilization,
Superoxide
dismutase,
Zeolite
Abstrak: Biosensor antioksidan telah dikembangkan untuk pengukuran kapasitas antioksidan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan dan membandingkan aktivitas enzim superoksida dismutase (SOD) dari ekstrak kasar sel bakteri Deinococcus radiodurans dan SOD murni dari eritrosit sapi yang diimobilisasi pada nanopartikel zeolit (ZNP). Kondisi optimum diperoleh dengan metode respon permukaan. Elektrode pasta karbon yang dimodifikasi ekstrak kasar SOD D. radiodurans imobilisasi (CES-ZNP-CPE) memiliki kondisi optimum yang berbeda dengan elektrode pasta karbon yang dimodifikasi SOD murni imobilisasi (PS-ZNP-CPE). Hal ini disebabkan karena perbedaan struktur keduanya. Enzim SOD dari eritrosit sapi yang memiliki tipe Cu/Zn-SOD, sedangkan SOD yang diekstrak dari bakteri D. radiodurans adalah tipe Mn-SOD. Perbedaan struktur menyebabkan Cu/Zn SOD dan Mn-SOD memiliki reaksi mekanisme yang berbeda, sehingga respon dan pengukuran arus yang dihasilkan akan berbeda pula. Kata kunci: Biosensor antioksidan, Imobilisasi, Nanopartikel zeolit, Superoksida dismutase
1
2 EduChemia,Vol.1, No.1, Januari 2016
PENDAHULUAN Belakangan
Wijayanti
alternatif metode yang lebih cepat, murah, ini,
pola
konsumtif
tepat
dan
mudah
untuk
mengukur
industri
kapasitas antioksidan. Salah satu metode
makanan menjadi jauh lebih pesat. Namun
yang lebih mudah, akurat, cepat, dan
di satu sisi, pola makan tanpa disertai
sensitif
dengan
antioksidan
adalah
kebutuhan tubuh merupakan salah satu
Biosensor
merupakan
penyebab dasar munculnya penyakit non
yang
infeksius. Ini adalah penyakit berbahaya
kapasitas
antioksidan
yang disebabkan oleh kerusakan oksidatif
terkendala
oleh
karena
tubuh.
sampel yang dideteksi (Campanella et al.
Kerusakan oksidatif ini dapat dicegah oleh
2004). Salah satu kinerja biosensor adalah
antioksidan
dengan
masyarakat
kita
menyebabkan
pengaturan
radikal
keseimbangan
bebas
yang
dalam
terkandung
dalam
dalam
penentuan
kapasitas
dengan
biosensor.
alternatif
dikembangkan
untuk
mengukur
yang
tingginya
menggunakan
metode
tidak
konsentrasi
transduser
dan
makanan, nutrasetika, suplemen, dan lain-
komponen pengenal hayati. Perkembangan
lain
terakhir dari biosensor antioksidan adalah
(Lindley
1998).
Antioksidan utama
biosensor
berbasis
terhadap penyakit berbahaya dan dapat
dismutase
(SOD)
meningkatkan
dapat
merupakan
faktor
pelindung
kekebalan
tubuh
manusia
mengukur
enzim yang
superoksida
sudah terbukti
kapasitas
antioksidan
(Devasagayam et al. 2004). Oleh karena
berbagai jenis sampel dengan sensitivitas
itu, dibutuhkan suatu metode yang tepat
melebihi
untuk
antioksidan
sudah dikembangkan (Prieto-Simon et al.
bahan-bahan
2008). Akan tetapi, enzim murni SOD
pada
mengukur
sifat-sifat
sampel-sampel
dari
alam, maupun sampel hasil produksi.
metode-metode
memiliki
harga
yang
lainnya
cukup
yang
mahal
Berbagai jenis metode telah banyak
sehingga Yuan et al. (2007) melakukan
dikembangkan untuk mengukur kapasistas
penelitian untuk mencari bakteri penghasil
antioksidan, seperti spektrofotometri atau
SOD,
kromatografi (Khalaf et al. 2008). Namun,
bakteri Deinococcus radiodurans adalah
metode-metode
salah
tersebut
memiliki
kemudian ia menyatakan bahwa
satu
bakteri
yang
dapat
kelemahan diantaranya biaya yang mahal,
menghasilkan enzim SOD. Ketika enzim
waktu yang lama, atau terkendala oleh
dari bakteri ini dicoba pada biosensor,
kekeruhan
ternyata
sampel yang diukur karena
biosensor
antioksidan
berbasis
tingginya konsentrasi sampel (Thaipong et
SOD dari ekstrak protein Deinococcus
al. 2006). Oleh Karena itu, dibutuhkan
radiodurans
menghasilkan
afinitas
enzim
e-ISSN 2502-4787
Perbandingan Optimasi Biosensor Antioksidan 3
substrat yang tinggi daripada SOD murni
hingga
(Iswantini et al. 2013).
dimasukkan ke dalam badan elektroda
Agar kinerja biosensor menjadi lebih tinggi,
membentuk
pasta,
kemudian
hingga memadat.
perlu ada matriks pengisi yang
menjaga
stabilitasnya.
penelitiannya,
Mateo
et
Dalam al.
(2007)
menyatakan bahwa metode yang dapat
Pembuatan Nanopartikel (Wahyudi et al. 2010) Zeolit
diaktivasi secara
Zeolit asam dan
digunakan untuk menjaga stabilitas enzim
ditentukan kapasitas tukar kation (KTK).
adalah dengan melakukan imobilisasi pada
Dibuat ukuran nanometer dengan cara
nanomaterial.
matriks
digerus dengan alat planetary ball mill
dibuat dalam ukuran nanometer adalah
(PBM) dan diultrasonikasi. Partikel diukur
karena jika semakin kecil ukuran partikel
dengan Particle Size Analyzer (PSA) dan
maka interaksi antara pengisi dan matriks
diamati
semakin tinggi (Kohls & Beaucage 2010).
Scanning Electron Microscope (SEM).
Dari
Tujuan
penelitian
pengembangan dilakukan
ke
nanometer.
yang
material
telah
dilakukan,
biosensor
sedang
arah
Perkembangan
biosensor
saat ini baru pada tahap penelitian dan terdapat
biosensor
antioksidan
komersial yang diproduksi. Oleh karena itu,
penelitian-penelitian
saat
ini
diharapkan dapat memperoleh prototipe nanobiosensor
menggunakan
Penumbuhan Sel D. radiodurans dan Ekstraksi SOD (Chou & Tan. 1991)
material berukuran
antioksidan berbasis enzim SOD hingga
belum
strukturnya
antioksidan
berbasis
mikroba disertai informasi mengenai sifat
D.
radiodurans
ditumbuhkan
pada
media kemudian diinkubasi pada 30
o
selama
sel
48
disentrifugasi
jam. dan
Selanjutnya dicuci
C
menggunakan
bufer fosfat pH 9. Ekstrak kasar yang dihasilkan
kemudian
diukur
nilai
serapannya pada panjang gelombang 260 dan 280 nm. Imobilisasi Enzim
analitik berupa optimasi variabelnya. Nanopartikel dicampurkan
METODE
zeolit
dengan
akuades
(NPZ) sehingga
membentuk suspensi. Ekstrak SOD dalam Pembuatan Elektrode Pasta (Mirel et al. 1998)
Karbon
bufer
fosfat pH 9 dicampur dengan
suspensi Elektroda pasta karbon dibuat dari campuran
grafit
e-ISSN 2502-4787
dan
parafin
cair 2:1
permukaan
NPZ
dan
diteteskan
pada
elektrode hingga pelarutnya
4 EduChemia,Vol.1, No.1, Januari 2016
menguap.
Permukaan
membran dialisis,
elektrode
ditutup
Wijayanti
dilapisi
jaring nilon,
dan diikat dengan parafilm.
zeolit dikondisikan, zeolit dibuat ukuran nanopartikel.
Sebaran
data
hasil
pengukuran partikel nanozeolit diberikan pada Gambar 1.
Pengukuran Elektrokimia Pengukuran menggunakan
sistem alat
elektrokimia
potensiostat
eDAQ,
komputer, serta perangkat lunak pengolah data
Echem
digunakan
v2.1.0.
Elektrode
yaitu Ag/AgCl,
yang
platina,
dan
pasta karbon. Larutan bufer fosfat pH 9 ditambahkan ke dalam sel elektrokimia. Kemudian ditambahkan ferosena, larutan xantin
oksidase,
Perubahan
arus
dan yang
Gambar 1. Sebaran diameter partikel nanozeolit
NPZ
dilakukan
Scanning
substrat
xantina.
Microscope
(SEM)
untuk
terjadi
diamati
strukturnya.
Hasil
Scanning
Microscope
(SEM)
yang
hingga mencapai arus keadaan tunak.
Electron mengetahui Electron
menunjukkan
bahwa NPZ tidak mengalami kerusakan Optimasi Nanopartikel Zeolit Optimasi
yang
setelah
dilakukan
adalah
dikondisikan
diberikan
pada
Gambar 2.
dengan kombinasi pada variabel pH (711), konsentrasi ekstrak kasar SOD (12502000 μg/mL), enzim murni SOD (1-5 U/mL), dan konsentrasi nanopartikel zeolit (25-225
mg/10
mL).
Metode
yang
digunakan untuk pengoptimuman aktivitas SOD adalah Response Surface Method. HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar 2. Pemindaian SEM nanopartikel zeolit
Zeolit yang digunakan sebagai matriks imobilisasi
harus
ukurannya
mencapai
dikondisikan
dikondisikan
dengan
sehingga
nanometer. cara
asam
Zeolit lalu
Adapun ekstrak
kondisi
optimum
untuk
kasar dan enzim murni SOD
disajikan pada Tabel 1.
dilakukan penumbukan (milling). Setelah
e-ISSN 2502-4787
Perbandingan Optimasi Biosensor Antioksidan 5 Tabel 1. Kondisi optimum untuk ekstrak kasar dan enzim murni SOD
dan transduser. Komponen pengenal hayati biosensor
Variabel
Ekstrak SOD
pH Konsentrasi NPZ
9 141 mg/10 mL 2000 ppm
Enzim murni SOD 11 225 mg/10 mL 5000 ppm
6.74 μA
5.61 μA
Konsentrasi Enzim Arus prediksi yang dihasilkan
secara
interaktif
terhadap analat target untuk memastikan selektivitas
dari
sensor.
Sedangkan
transduser mengubah respon hayati yang dihasilkan
dari interaksi dengan analat
target menjadi sinyal yang dapat diukur, tranduser menentukan kepekaan biosensor (Castillo et al. 2004). Cara kerja biosensor
Biosensor Antioksidan Biosensor
berinteraksi
terdiri
diperlihatkan pada Gambar 3. dari
dua
bagian
utama, yaitu komponen pengenal hayati
Gambar 3. Cara kerja biosensor
Biosensor
antioksidan
adalah
yang masih rendah (Wang et al. 2008).
biosensor yang dirancang untuk mengukur
Untuk
kapasitas
tersebut, saat ini sedang dikembangkan
antioksidan
pada
berbagai
mengatasi
masalah-masalah
sampel. Perancangan biosensor yang lebih
biosensor
inovatif terus dilakukan karena memiliki
hal ini matriks yang banyak digunakan
kelemahan, yaitu tidak dapat digunakan
adalah
secara
nanometer
sehingga
tinggi, waktu respon yang relatif rendah,
nanobiosensor.
Nanobiosensor
rentang linier sempit, sensitivitas rendah,
biosensor
yang
kurang stabil, serta presisi dan deteksi
komponen
biologis
berulang,
e-ISSN 2502-4787
daya
variasi
kurang
menggunakan
berbasis
matriks,
zeolit
dalam
berukuran diperoleh adalah
menggabungkan dan
detektor
6 EduChemia,Vol.1, No.1, Januari 2016
fisikokimia
dengan
Wijayanti
matriks
pengimobilisasi pada skala nanometer.
memiliki pori dan untuk
meningkatkan
selektivitas dapat digunakan nanomaterial (Mateo et al. 2007). Penelitian yang telah
Peran Nanopartikel Matriks
Zeolit
sebagai
matriks
Zeolit adalah mineral yang terdiri atas kristal
alumino
dilakukan Weniarti (2011) menggunakan
silikat
berupa
material
nanokomposit, yaitu matriks yang tersusun
yang
dari kombinasi dua atau lebih material
mengandung kation alkali atau alkali tanah
yang berbeda dalam ukuran nanometer.
dalam kerangka tiga dimensi (Tang 2003).
Juga pada penelitian Zhou et al. (2007),
Penggunaan
yang
zeolit
terhidrasi
pengimobilisasi
untuk
modifikasi
menggunakan
nanopartikel
zeolit
elektrode pasta karbon
telah dilakukan
sebagai matriks imobilisasi pada enzim
Goriushkina
(2010)
tirosinase,
et
menggunakan
al.
zeolit
untuk
yang
imobilisasi
menggunakan
zeolit
biosensor
memiliki
stabilitas yang tinggi.
glukosa oksidase, dan Balal et al. (2009) yang
ternyata
Penggunaan
zeolit
sebagai
matriks
untuk
pada biosensor membutuhkan zeolit yang
modifikasi elektrode
pasta karbon yang
terbebas dari pengotor. Oleh karena itu,
digunakan
mengukur
kadar
zeolit dikondisikan secara asam dengan
Hasil penelitian
penambahan HCl dengan tujuan untuk
untuk
dopamin dan triptofan. tersebut
juga
elektrode
menunjukkan
pasta
karbon
bahwa
membersihkan permukaan pori dan menata
termodifikasi
kembali atom yang ditukarkan seperti Fe,
zeolit, akan menghasilkan arus yang lebih
Mg,
tinggi dan memiliki stabilitas yang baik
kristal.
dalam percobaan
menyebabkan
membuat
berulang-ulang
pengukuran
menjadi
dan lebih
sensitif dan selektif. Komponen antioksidan
yang
dan logam-logam lain di sekitar Aktivasi
menggunakan
enzim
SOD
terjadinya
menyebabkan
permukaan
biologis pada biosensor
secara
zeolit
asam
ini
dekationisasi
bertambah karena
luasnya
berkurangnya
pengotor yang menutupi pori-pori. Adanya luas
permukaan
yang
bertambah
ini,
yang memiliki stabilitas rendah sehingga
diharapkan
perlu diimobilisasi pada suatu matriks agar
kemampuan
stabilitasnya meningkat. Salah satu metode
penjerapan enzim (Weitkamp 1999). Zeolit
yang
yang
dapat
kestabilan
digunakan enzim
untuk adalah
menjaga
sudah
dapat zeolit
meningkatkan dalam
dikondisikan
proses
ini kemudian
dengan
ditentukan nilai Kapasitas Tukar Kation
melakukan imobilisasi pada material yang
(KTK) dan dibuat berukuran nanometer
e-ISSN 2502-4787
Perbandingan Optimasi Biosensor Antioksidan 7
dengan menggunakan alat Planetary Ball Milling
(PBM).
mengondisikan
Al
(2008)
sapi
(EC
Number
1.15.1.1)
sebagai pengenal hayati pada biosensor
terjadinya
merupakan kendala karena harga enzim
peningkatan nilai KTK zeolit. Nilai KTK
mahal. Oleh sebab itu, penggunaan bakteri
yang
mengindikasikan
penghasil SOD merupakan solusi untuk
zeolit semakin bersifat hidrofilik sehingga
menekan biaya. SOD telah diisiolasi dari
baik
bakteri
hasil
semakin
secara
eritrosit
asam
memperoleh
zeolit
Jabri
Penggunaan enzim SOD murni dari
berupa
tinggi
digunakan
sebagai
matriks
hipertermofilik
dari
Aquifex
Thermothrix
sp,
pengimobilisasi enzim. Nanopartikel zeolit
pyrophilus,
(NPZ) dibuat dengan metode top down
Rhodothermus sp, Bacillus sp. MHS47
sehingga diperoleh partikel berukuran 97,5
(Areekit et al. 2011) dan Deinococcus
nm
radiophilus (Yun et al. 2004). Menurut
setelah
diukur
menggunakan
alat
Particle Size Analyzer (PSA).
Yuan
et
al.
radiodurans Peran Enzim SOD sebagai Pengenal Hayati SOD memiliki efek regeneratif pada
(2007),
(D.
Deinococcus
radiodurans)
juga
merupakan salah satu bakteri penghasil SOD. Bakteri ini merupakan gram positif, aerob, dan non
patogen yang
sangat
jaringan yang mengalami kerusakan akibat
resistan
faktor usia, penyakit, dan luka (Lefaix
ionisasi, dan Radical Oxidative Species
1993) serta mengkatalis dismutasi radikal
(ROS). Kemampuan D. radiodurans ini
anion
karena terdapat Mn-SOD dan katalase
superoksida
peroksida.
SOD
menjadi memiliki
hidrogen situs
aktif
terhadap
radiasi ultraviolet,
yang dapat melindungi
dari serangan
berupa histidin dan asparagin seperti yang
radiasi. Berdasarkan aktivitas spesifiknya,
ditunjukkan pada Gambar 4.
D. radiodurans memiliki potensi untuk digunakan
sebagai
komponen
pengenal
pada biosensor antioksidan. Bakteri
D.
radiodurans
dapat
ditumbuhkan pada media luria bertani cair selama 48 jam dengan suhu 30
o
C. Sel
bakteri dipecah untuk mengekstrak protein pada enzim Gambar 4. Situs aktif pada Enzim Superoksida Dismutase
e-ISSN 2502-4787
sitoplasma sel yang mengandung SOD.
Protein
yang
terekstrak
memiliki konsentrasi sebesar 6246 µg/mL.
8 EduChemia,Vol.1, No.1, Januari 2016
Wijayanti
Konsentrasi ini lebih kecil dibandingkan
dideteksi pada transduser (Grieshaber et
dengan
al. 2008). Salah satu metode yang dapat
Mn-SOD yang dihasilkan dari
udang
Macrobrachium
nipponerse
digunakan
untuk
sebesar 17100 µg/mL (Yao et al. 2004).
enzim
Sedangkan
imobilisasi
Seatovics
et
al.
(2004)
menjaga
adalah enzim
kestabilan
dengan pada
melakukan material
yang
mendapatkan ekstrak kasar Mn-SOD dari
berpori dan untuk meningkatkan stabilitas
bakteri Thermotherix sp.
dapat digunakan nanomaterial (Mateo et
sebanyak 53
mg/17.5 mL. Kecilnya rendemen ekstrak yang
dihasilkan
dibandingkan
al. 2007).
dengan
Enzim
memiliki
stabilitas
dan
yang lain diduga karena D. radiodurans
sensitivitas yang tinggi jika dalam kondisi
memiliki dinding sel yang tebal. Selain itu,
normal, tapi sangat sensitif
bentuknya
oleh pH dan suhu yang
yang
menyebabkan
sulit
dinding
D.
sel
mengekstrak
tetrad
dan
untuk
besar
memecah
radiodurans
sitoplasmanya
dan
(Trivadila
2011).
organik,
dan
terdenaturasi
ekstrim, pelarut
deterjen.
Untuk
menjaga
fungsi katalitik enzim pada kondisi ekstrim ini,
maka
dilakukan
permukaan
material
imobilisasi penyangga
pada padat.
Selain dipengaruhi oleh substrat, stabilitas Imobilisasi Ekstrak SOD dalam NPZ Stabilitas dibutuhkan analitik
dari
biosensor juga dipengaruhi oleh metode
dan
sensitivitas
sangat
imobilisasi
dalam
penentuan
kinerja
(matriks) yang digunakan
sebuah
alat
biosensor.
dan
material
penyangga (Zhou et al.
2007). Goriushkina et al. (2010) telah
Aktivitas enzim sangat dipengaruhi oleh
menggunakan
adanya perubahan suhu dan pH yang
glukosa oksidase dan Balal et al. (2009)
ekstrim, karena dapat membuat
telah
mudah
terdenaturasi.
Untuk
enzim menjaga
zeolit
menggunakan
digunakan
untuk
tersebut,
dopamin
dan
permukaan
material
imobilisasi penyangga
pada padat.
imobilisasi
zeolit
untuk
modifikasi elektrode pasta karbon yang
fungsi katalitik enzim pada kondisi ekstrim dilakukan
untuk
mengukur triptofan.
kadar
Beberapa
penelitian ini menunjukkan bahwa zeolit
Enzim redoks banyak digunakan dalam
yang
biosensor elektrokimia karena enzim ini
imobilisasi dapat meningkatkan stabilitas
dapat
enzim pada permukaan elektrode pasta
menghasilkan
mengkatalisis
suatu
elektron substrat
dalam menjadi
produk, sehingga elektron ini yang akan
digunakan
sebagai
matriks
karbon.
Adapun interaksi antara enzim
SOD
dengan
radikal
superoksida
e-ISSN 2502-4787
Perbandingan Optimasi Biosensor Antioksidan 9
dideskripsikan pada Gambar 5. Radikal
stabil enzim tetap berada di tempatnya.
superoksida dihasilkan dari reaksi Xantin
Penelitian Fadhilah (2013) menunjukkan
dan XO mengikuti reaksi sebagai berikut:
bahwa
XO
antina + O 2 + H2 O + O 2 -.
asam urat + 2H+
elektrode
terimobilisasi
pasta
nanopartikel
karbon
zeolit,
akan
menghasilkan arus yang lebih tinggi dan memiliki
stabilitas
percobaan daerah
yang
baik
dalam
berulang-ulang, yang
linier,
memiliki
dan
membuat
pengukuran menjadi lebih sensitif. Gambar 5. Proses transfer dari reaksi enzimatis SOD terimobilisasi dalam NPZ ke permukaan elektrode pasta karbon yang dimediasi oleh ferosen (Weniarti, 2011)
Radikal superoksida yang dihasilkan dari reaksi enzimatis ini berperan sebagai substrat dari reaksi yang dikatalis oleh SOD yang diimobilisasi pada permukaan elektrode
pasta
karbon
dilapisi NPZ.
Reaksi ini akan menghasilkan arus puncak oksidasi dan reduksi. NPZ dibuat dari zeolit
yang
merupakan
kristal alumino
silikat terhidrasi yang mengandung kation alkali atau alkali tanah dalam kerangka tiga dimensi. Zeolit yang digunakan pada penelitian ini berasal dari Bayah yang merupakan
daerah
penghasil
zeolit
terbesar di Indonesia. Imobilisasi enzim pada
zeolit
mempertahankan enzim.
bertujuan aktivitas
Sedangkan
ukuran
dan
untuk stabilitas
zeolit
yang
dibuat nanometer bertujuan agar interaksi antara pengisi dan matriks semakin tinggi. Semakin tinggi interaksi, maka semakin
e-ISSN 2502-4787
Optimasi Nanopartikel Zeolit sebagai Matriks Imobilisasi Selain konsentrasi nanopartikel zeolit, parameter-paramater dioptimumkan
pada
antioksidan menggunakan
lain
perlu
aktivitas
biosensor
dilakukan
dengan
rancangan
percobaan
metode
permukaan
Surface
Method,
RSM).
yang
dioptimumkan
parameter
respon
(Response Parametertersebut
adalah pH, konsentrasi ekstrak SOD dari D. radiodurans, dan untuk perbandingan, dilakukan optimasi juga untuk konsentrasi enzim murni SOD dari hati sapi. Optimasi dilakukan dengan membuat variasi untuk faktor
yang
berpengaruh
terhadap
respon.
dioptimasi
menggunakan
yang
merupakan
signifikan
Faktor
tersebut
metode
himpunan
RSM metode
matematika dan statistika yang bertujuan mengoptimalkan optimasi
respon. menggunakan
Kelebihan RSM
dibandingkan dengan konvensional adalah
10 EduChemia,Vol.1, No.1, Januari 2016
Wijayanti
RSM dapat mengoptimasi faktor dengan
aktif, Mn diikat tiga residu histidin, satu
melihat
residu asam aspartat, dan molekul pelarut
hubungan
antar
sesama
faktor
dengan respon dalam waktu bersamaan. Setelah
dilakukan
masing-masing
enzim,
optimasi kondisi
sebagai ligan
pada
sebagai
kelima.
hidroksida
Ligan ini diikat
ketika
Mn
dalam
optimum
keadaan oksidasi dan proses protonisasi
pada ekstrak kasar dan enzim murni SOD
selama reduksi Mn. Perbedaan struktur
memiliki beberapa variasi yang berbeda.
menyebabkan Cu/Zn SOD dan Mn-SOD
Hasil pengukuran antara ekstrak kasar dan
enzim
murni
SOD
menunjukkan
memiliki reaksi mekanisme yang berbeda, yang
berakibat
pula
pada
perbedaan
perbedaan arus yang dihasilkan secara
pengukuran karena respon yang berbeda
signifikan.
(Abreu & Cabelli, 2010).
Hal
ini
karena
adanya
perbedaan dalam hal struktur keduanya. Perbedaan struktur enzim murni SOD dan dari
ekstrak
bakteri D.
radiodurans,
menyebabkan hasil pengukuran optimum menjadi berbeda. Gambar 6 menyatakan perbedaan
struktur
enzim
SOD
yang
diekstrak dari bakteri D. radiodurans dan enzim SOD dari eritrosit sapi. Enzim SOD dari
eritrosit
sapi yang
(a)
memiliki tipe
Cu/Zn-SOD yang merupakan enzim dimer dengan setiap monomer berisi satu situs aktif Cu dan satu situs aktif Zn yang dihubungkan oleh histidin imidazol.
Cu
diikat tiga histidin lain dan membentuk struktur distorsi planar persegi dengan satu (b)
penambahan molekul air, sedangkan Zn yang diikat dua histidin dan satu aspartat sebagai tambahan pada jembatan imidazol. Sedangkan enzim SOD yang diekstrak dari bakteri D. radiodurans adalah tipe MnSOD yang merupakan enzim dimer dengan satu atom Mn untuk setiap unit. Pada situs
Gambar 6. Struktur enzim SOD yang diekstrak dari bakteri D. radiodurans (a) dan enzim murni SOD dari eritrosit sapi (b)
KESIMPULAN Nanopartikel zeolit berhasil digunakan sebagai matriks pengisi pada elektrode
e-ISSN 2502-4787
Perbandingan Optimasi Biosensor Antioksidan 11
biosensor.
Hal
ini
ditandai
dengan
murni SOD dari eritrosit sapi. Namun
diperolehnya arus yang tinggi pada kondisi
karena memiliki struktur dan respon yang
optimum masing-masing
berbeda,
elektrode,
baik
maka mekanisme reaksi dan
untuk elektrode ekstrak enzim SOD dari
pengukuran
arus
D. radiodurans maupun elektrode enzim
berbeda pula.
yang dihasilkan akan
DAFTAR RUJUKAN Abreu
I.
A,
Cabelli
Superoxide
D.
2010.
voltametric dan biosensor methods for
review of
determination
mechanistic
capacity of drug products containing
variations. BBAPAP 1804, hh. 263-
acetylsalicylic acid. Journal of Pharm,
274.
vol. 27, no.1, hh. 25-32.
the
dismutases-a
E.
metal-associated
Areekit, S., Kanjanavas, P., Khawsak, P., Pakpitchareon,
A.,
Chansiri,
Chansiri,
G.,
Cloning,
Potivejkul, K,.
expression,
characterization
of
K., 2011. and
thermotolerant
of
total
antioxidant
Castillo, J., Gaspar, S., Leth, S., Niculescu, M.,
Mortari,
Soukharev,
A.,
V.,
Ryabov,
AD.,
Biosensor
for
Bontidean, Dorneanu,
Soregi, life
E.
quality
I., SA.,
2004. design,
manganese superoxide dismutase from
development and application. Journal
bacillus sp. mhs47. Int Journal of
of Sensor and Actuators, vol. B no.
Molecular Sciences, vol. 12, hh. 844-
102, hh. 179-194.
856.
Devasagayam, TPA., Tilak, JC., Boloor,
Balal, K., Mohammad, H., Bahareh, Ali,
KK., Sane, KS., Ghaskadbi, SS., Lele,
BMH., Mozhgam, Z. 2009. Zeolite
RD.
nanoparticle
Antioxidants
electrode
modified as
simultaneous
a
carbon biosensor
determination
paste for of
dopamine and tryptophan. Journal of
2004.
Free in
Radicals Human
Health:
Current Status and Future Prospects. JAPI, vol. 52, hh. 794-804. Fadhilah, R. 2013. Biosensor Glukosa
Chinese Chemical Society, vol. 56, hh.
Menggunakan
789-796.
Diimobilisasi
pada
Zeolit
Elektrokimia.
Campanella, L., Bonnani, A., Bellantoni,
and
secara
GDH-FAD
yang
Nanopartikel Tesis.
D., Favero, G., Tomasseti, M. 2004.
Bogor: Sekolah Pascasarjana Institut
Comparison
Pertanian Bogor.
e-ISSN 2502-4787
of
fluorimetric,
12 EduChemia,Vol.1, No.1, Januari 2016
Wijayanti
Goriushkina, TB., Kurç, BA., Sacco, Jr. A.,
Dzyadevych,
Application
SV.
of
2010.
zeolites
for
Lefaix,
JL.,
Delanian,
S., Leplat, JJ.,
Tricaud, Y., Martin, M., Hoffschir, D., Daburon,
F.,
Baillet,
F.
1993.
immobilization of Glucose Oxidase in
Radiation Induced Cutaneo Muscular
amperometric biosensors. Journal of
Fibrosis
(III):
Sensor Electronics and Microsystem
Efficacy
of
Technologies, vol. 1, hh. 36-42.
Superoxide
Grieshaber, D., MacKenziel, R., Vorosl, J., Reimhult,
E.
guanine
and
2008.
Review paper
adenine
biosensor.
Major
Therapeutic
Liposomal
Dismutase.
Cu/Zn
Journal
of
Nature Genetic, vol. 80, no. 9. hh. 799-807. Lindley, MG. 1998. The Impact of Food
Journal of Biosensor and Bioelectron
Processing
vol. 24, hh. 591-599.
Vegetable Oils, Fruits and Vegetables.
Iswantini, D., Nurhidayat, N., Trivadila, Nurcholis,
W.
2013.
Biosensor
Using
Antioxidant
Microbe.
on
Antioxidants
in
Trends Food Science Technology, vol. 9, hh. 336-340.
World
Mateo, C., Palomo, JM., van Langen, LM.,
Academy of Science, Engineering and
van Rantwijk, F., Sheldon, RA. 2004.
Technology, vol. 78, hh. 1272-1279.
A new mild crosslinking methodology
Khalaf, NA., Shakya, AK., Al-Othman,
to
prepare
crosslinked
enzyme
A., El-Agbar, Z., Farah, H. 2008.
aggregates. Biotech Bioeng, vol. 86,
Antioxidant activity of some common
no. 3, hh. 273-276.
plants. Turkey Journal of Biology, vol. 32, hh. 51-55.
Pilan,
L.,
Raicopol, M. 2014. Highly
selective and stable glucose biosensors
Khasanah, M., Supriyanto, G., Azhar, AP.
based on polyaniline/carbon nanotubes
2013. Pengembangan Sensor Kreatinin
composites, Journal of Science and
melalui Modifikasi Elektroda Hanging
Bull, vol. B, no. 76, hh. 155-166.
Mercury Imprinted
Drop
dengan
Polianilin.
Molecularly
Jurnal
Media
Kimia FST, vol. 1, no. 1, hh. 7-13.
Seatovic, S., Gligic, L., Radulovic, Z., Jacikov, RM. 2004. Purification and partial characterization of SOD from
Kohls, DJ., Beaucage, G. 2002. Structural
thermophilic
bacteria
Thermotherix
changes in precipitated silica induced
sp., Journal of Serbia Chemistry
by
Society, vol 96, hh. 9-16.
external
forces.
Journal
of
Chemistry Physic, vol. 132, hh. 154163.
Tang, YR. 2003. Adsorbent Fundamental and Applications, Ottawa: J Wiley.
e-ISSN 2502-4787
Perbandingan Optimasi Biosensor Antioksidan 13
Thaipong, K., Boonprakob, U., Crosby, K., Cisneros-Zevallos, L., Byrne, DH. 2006. Comparison of ABTS, DPPH, FRAP,
and
estimating
ORAC
assays
antioxidant
activity
for from
Sekolah
Pascasarjana
Institut
Pertanian Bogor. Yao, C., Way, AL., Wang, WN., Sun, RY. 2004.
Purification
characterization
of
partial
Mn-SOD
from
guava fruit extracts. Journal of Food
niusele
Composition and Analysis, vol. 19, hh.
Maerobrachium
669-675.
of Aquaculture, vol. 24, hh. 621-631.
Trivadila.
2011.
Biosensor antioksidan
tissue
and
of
the
shrimp
nipponerse.
Journal
Yuan, WY., Bing, T., Yuejin, H. 2007. A
menggunakan superoksida dismutase
novel
Deinococus radiodurans diimobilisasi
radiodurans responsible for oxidative
pada
stress. Journal of Chinese Science Bul,
permukaan
elektrode
pasta
karbon dan parameter kinetikanya. Tesis.
Bogor: Sekolah Pascasarjana
Institut Pertanian Bogor.
F.,
Yang,
J.
2008.
High
sensitivity glucose biosensor based an Pt electrode position onto low-density
of
Deinoccocus
vol. 15, hh. 2081-2087. Yun, YS., Lee, YM. 2003. Production of Superoxide
Wang, H., Zhou, C., Liang, J., Yu, H., Peng,
gene
Dismutase
by
Deinococcus radiophilus. Journal of Biochemistry & Molecular Biology, vol. 36, no. 3, hh. 282-287. Zhao, C., Wan, L., Wang, Q., Liu, S., Jiao,
aligned carbon nanotubes. Journal of
K.
Electrochemistry Sciences, vol. 3, no.
selective uric acid biosensors based on
11, hh. 1258-1267.
direct electron transfer of hemoglobin-
Weitkamp.
1999.
crystals:
Nanosized
Catalysis
Fundamentals
and
and
Chemistry:
2011.
berbasis Deinococcus diimobilisasi
carbon electrode. Journal of Analytical
Applications,
Applications.
dismutase
nanokomposit
zeolit alam Indonesia. Tesis. Bogor:
e-ISSN 2502-4787
Sciences, vol. 5, hh. 1013-1017. Zhou, X., Yu, T., Zhang, Y., Kong, J., Tang, Y., Marty, JL., Liu, B. 2007. Nanozeolite-assembled
radiodurans pada
and
Zeolites,
Biosensor antioksidan superoksida
sensitive
encapsulated chitosan-modified glassy
University of Cincinnati. Weniarti.
Highly
zeolite
Encyclopedia of Chemical Physics and Physical
2009.
interface
towards sensitive biosensing. Journal of Electrochemistry Communications, vol. 9, hh. 1525–1529.
