Biomassa tumbuhan merupakan salah satu sumber daya terbarukan yang melimpah di bumi. Limbah pertanian seperti ampas tebu, jerami gandum, dan sisa kayu mengandung lignoselulosa, yaitu komponen utama dinding sel tumbuhan. Lignoselulosa tersusun atas tiga bagian utama: selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Karena kaya akan polisakarida, biomassa ini berpotensi dimanfaatkan sebagai bahan baku untuk menghasilkan gula fermentasi yang dapat digunakan dalam berbagai proses bioteknologi, termasuk produksi biofuel. Walaupun demikian, struktur lignoselulosa sangat kompleks sehingga sulit diuraikan. Hemiselulosa, salah satu komponen pentingnya, memiliki struktur bercabang yang tersusun dari berbagai jenis gula. Salah satu bentuk hemiselulosa yang umum ditemukan pada tanaman serealia adalah arabinoksilan. Molekul ini terdiri atas rantai utama xilosa yang dihiasi cabang-cabang gula arabinosa dan gugus kimia lainnya. Struktur bercabang tersebut dapat menghambat kerja enzim yang bertugas memecah rantai utama.
Untuk mengatasi hambatan ini, dibutuhkan enzim khusus yang mampu menghilangkan cabang arabinosa dari hemiselulosa. Enzim tersebut dikenal sebagai 伪-L-arabinofuranosidase (AF). Enzim ini bekerja dengan memotong ikatan yang menghubungkan arabinosa dengan rantai polisakarida. Dengan berkurangnya cabang-cabang tersebut, enzim lain dapat lebih mudah mengakses dan menguraikan struktur hemiselulosa.
Sebuah penelitian melaporkan karakterisasi enzim 伪-L-arabinofuranosidase baru dari bakteri Paenibacillus antarcticus. Bakteri ini bersifat psikrotoleran, yaitu mampu hidup pada suhu relatif rendah, dan awalnya ditemukan di lingkungan Antarktika. Gen yang mengkode enzim tersebut ditemukan dalam genom bakteri dan kemudian diekspresikan secara rekombinan dalam bakteri Escherichia coli. Enzim hasil ekspresi ini diberi nama rPan-AF51.
Berdasarkan analisis sekuens dan struktur, rPan-AF51 termasuk dalam keluarga enzim glycoside hydrolase 51 (GH51). Hasil pengujian biokimia menunjukkan bahwa enzim ini memiliki aktivitas optimal pada pH sekitar 6,0 dan suhu sekitar 35 掳C. Selain itu, enzim ini relatif stabil pada rentang pH yang cukup luas, yaitu antara pH 6 hingga pH 10. Aktivitas enzim masih dapat terdeteksi pada suhu yang lebih rendah, yang sejalan dengan asal bakteri penghasilnya yang mampu tumbuh pada lingkungan dingin.
Penelitian juga menunjukkan bahwa aktivitas rPan-AF51 sensitif terhadap beberapa ion logam transisi dan deterjen, tetapi relatif tidak terpengaruh oleh beberapa ion logam golongan utama maupun beberapa zat tambahan seperti EDTA, 尾-mercaptoethanol, dan etanol. Selain itu, keberadaan monosakarida tidak menyebabkan penghambatan yang kuat terhadap aktivitas enzim.
Dari sisi fungsi katalitik, rPan-AF51 merupakan enzim yang bekerja secara exo-acting, yaitu memotong gugus arabinosa dari ujung rantai polisakarida. Enzim ini mampu menghidrolisis beberapa jenis ikatan arabinofuranosida, termasuk ikatan 伪-1,2, 伪-1,3, dan 伪-1,5 pada substrat yang mengandung arabinosa. Kemampuan tersebut menunjukkan bahwa enzim ini memiliki spesifisitas substrat yang cukup luas.
Salah satu aspek penting yang diamati dalam penelitian ini adalah interaksi rPan-AF51 dengan enzim lain yang terlibat dalam degradasi hemiselulosa. Ketika rPan-AF51 digunakan bersama dengan enzim 尾-xilanase dan 尾-xilosidase, terjadi peningkatan proses pemecahan arabinoksilan alami menjadi gula yang lebih sederhana. Hal ini menunjukkan adanya efek sinergis di antara enzim-enzim tersebut dalam proses sakarifikasi hemiselulosa.
Temuan ini memberikan informasi tambahan mengenai keragaman enzim yang berperan dalam degradasi biomassa tumbuhan. Karakteristik rPan-AF51, termasuk kemampuannya bekerja pada suhu rendah hingga sedang dan kemampuannya memotong beberapa jenis ikatan arabinosa, dapat menjadi dasar untuk penelitian lanjutan mengenai pemanfaatan enzim dalam proses biokonversi biomassa.
Selain itu, studi ini juga merupakan laporan pertama mengenai karakterisasi enzim dari Paenibacillus antarcticus. Hasil tersebut menunjukkan bahwa mikroorganisme yang hidup pada lingkungan ekstrem dapat menjadi sumber enzim dengan sifat biokimia yang beragam, yang masih dapat dieksplorasi lebih lanjut dalam penelitian bioteknologi.
Penulis: Ali Rohman, PhD
Artikel asli dipublikasi oleh Elsevier pada jurnal 淏iocatalysis and Agricultural Biotechnology dan dapat diakses di akses melalui:
