metabolisme dan oksidasi

PENDAHULUAN

Setiap makhluk hidup membutuhkan bebas untuk kelangsungan hidupnya. Energi bebas tersebut diperoleh dari berbagai sumber. Makhluk tingkat tinggi memperoleh energi dari peristiwa oksidasi senyawa karbon.

A.     Pengertian Metabolisme

Metabolisme adalah serangkaian reaksi kimia yang berlangsung dalam tubuh makhluk hidup. Metabolisme dibedakan atas:

        1.      Anabolisme(sintesis, membutuhkan energi)

Bertujuan untuk membentuk senyawa-senyawa dari prekursor sederhana. Seperti:

               ·         Glikogenesis, pembentukan glikogen dari glukosa.

               ·         Glukoneogenesis, pembentukan glukosa dari senyawa organik lain.

               ·         Jalur sintesis porfirin

               ·         Jalur HMG-CoA reduktase, mengawali pembentukan kolesterol dan isoprenoid.

               ·         Metabolisme sekunder, jalur-jalur metabolisme yang tidak esensial bagi pertumbuhan,
                     perkembangan, maupun reproduksi, namun biasanya berfungsi secara ekologis, misalnya
                     pembentukan alkaloid dan terpenoid.

               ·         Fotosintesis

        2.      Katabolisme (oksidasi, menghasilkan energi).

Bertujuan untuk menguraikan molekul kompleks menjadi senyawa sederhana. Seperti:

               ·         Respirasi sel, jalur metabolisme yang menghasilkan energi (dalam bentuk ATP dan NADPH)
                    dari molekul-molekul bahan bakar (karbohidrat, lemak, dan protein). Jalur-jalur metabolisme
                    respirasi sel juga terlibat dalam pencernaan makanan. Contoh:

                     §         Katabolisme karbohidrat

1. Glikogenolisis, pengubahan glikogen menjadi glukosa. 
2. Glikolisis, pengubahan glukosa menjadi piruvat dan ATP tanpa membutuhkan oksigen
3.  Jalur pentosa fosfat, pembentukan NADPH dari glukosa.

                   §         Katabolisme protein : hidrolisis protein menjadi asam amino.

                           ·        Respirasi aerobik

                                 §         Transpor elektron

                                 §         Fosforilasi oksidatif

                           ·        Respirasi anaerobik

                                 §         Fermentasi asam laktat

                                 §         Fermentasi

                                 §         Fermentasi etanol

Secara kimia, oksidasi adalah pengurangan elektron, sedangkan reduksi adalah penambahan elektron. Zat yang memberi elektron disebut oksidator (donor) dan zat yang menerima elektron disebut reduktor. Beberapa vitamin dapat bersifat sebagai reduktor, sehingga dapat digunakan sebagai antioksidan. Vitamin C merupakan salah satu vitamin yang memiliki sifat mudah teroksidasi, sehingga dapat melindungi dari pengaruh oksidasi udara

Semua proses metabolisme bersifat intermediet yaitu pengubahan suatu zat menjadi yang lain biasanya menyangkut tahap-tahap berurutan yang zat-zat kimianya adalah jelas dan dapat dikenali, atau intermediat adalah pereaksi dan zat hasil. Sifat intermediet dari metabolisme memungkinkannya bagi beberapa zat sederhana bekerja sebagai pelopor untuk semua kebutuhan kimia suatu sel.

A.     Oksidasi Biologis

       Molekul oksigen dengan sendirinya tidak mampu mengoksidasi dan telah terbukti dalam banyak percobaan. Sebagai contoh: hipoksantin dalam kontak dengan ekstrak hati mudah teroksidasi menjadi xantin dalam kehadiran oksigen, namun dengan tidak adanya enzim dari hati, molekul oksigen tidak memiliki efek seperti itu. Bahkan, hipoksantin dapat direbus dengan asam nitrat tanpa ada perubahan yang cukup. Hati mengandung enzim xanthine oxidase, yang memungkinkan oksigen untuk melaksanakan oksidasi.Jadi jaringan mengandung oksidase dapat segera ditampilkan dalam eksperimen yang sederhana pada larutan guaiac dengan ekstrak air kentang. Guaiac mengandung turunan fenolik yang ketika teroksidasi, perubahan warna biru (guaiac biru). Warna biru sangat mudah diperoleh ketika ekstrak jaringan dan solusi guaiac dicampur dengan kehadiran oksigen.

B.     Enzim dan Koenzim yang Berperan dalam Oksidasi-Reduksi

Semua enzim yang berhubungan dengan proses oksidatif dinamakan oksidoreduktase. Dalam hal berikut, mereka dibagi menjadi 5 golongan, yaitu:

1.    Oksidase:

Enzim-enzim yang mengkatalisis pelepasan hydrogen dari substrat tetapi hanya mempegunakan oksigen sebagai akseptor hydrogen. Oksidase mengandung tembaga dan membentuk air sebagai hasil reaksinya (dengan pengecualian urikase dan monoamine oksidase yang membentuk H₂O₂)

2.    Aerobik dehidroginase:

Enzim-enzim yang mengkatalisis pelepasan hydrogen dari substrat, tetapi berbeda dengan oksidase, dapat memakai baik oksigen maupun zat buatan, seperti biru metilen, sebagai akseptor hydrogen. Yang khas dari dehydrogenase ini adalah flavoprotein. Sebagai hasil dibentuk hydrogen peroksida dan bukan air.

3.    Anaerobik dehydrogenase:

Enzim-enzim yang mengkatalisis pelepasan hydrogen dari substrat, tetapi tidak dapat memakai oksigen sebagai akseptor hydrogen. Terdapat banyak enzim dalam kelas ini. Mereka melakukan dua fungsi utama:

a.       Transfer hydrogen dari satu substrat ke substrat lain dalam reaksi kopeling oksidasi reduksi yang tidak mempergunakan rantai pernapasan.

b.      Sebagai komponen rantai pernapasan untuk transport electron dari substrat keoksigen.

4.    Hidroperoksidase:

Enzim-enzim yang mempergunakan hydrogen peroksidase bagai substrat. Dua enzim termasuk dalam golongan ini: peroksidase, terdapat dalam susu dan tumbuh-tumbuhan, leukosit dan eritrosit; dan katalase terdapat pada hewan dan tumbuh-tumbuhan.

5.    Oksigenase:

Enzim-enzim yang mengkatalisis transfer langsung dan penggabungan oksigen ke dalam molekul substrat.

C.     Pengertian Vitamin

Vitamin adalah sekelompok senyawa organik berbobot molekul kecil yang memiliki fungsi vital dalam metabolisme organisme yang tidak tergantung faktor lingkungan kecuali udara. Vitamin tidak digunakan sebagai unit pembangun struktur tubuh organisme, tetapi sangat penting untuk transformasi energi dan pengaturan metabolisme tubuh. Dipandang dari sisi kerja enzim, vitamin adalah kofaktor dalam reaksi kimia yang dikatalisis oleh enzim. Sebagai salah satu komponen gizi, vitamin diperlukan mempelancar proses metabolisme tubuh dan tidak berfungsi menghasilkan energi. Vitamin terlibat dalam proses enzimatik. Tubuh memerlukan vitamin dalam jumlah sedikit, tetapi jika kebutuhan yang sedikit itu diabaikan, akan mengakibatkan terganggunya metabolisme di dalam tubuh kita karena fungsinya tidak dapat digantikan oleh senyawa lain. Vitamin dibagi berdasarkan kelarutannya, yaitu vitamin larut dalam air ( vitamin C dan semua golongan vitamin B ) dan vitamin larut dalam minyak ( vitamin A,D,E, dan K ).

Beberapa vitamin dapat bersifat sebagai reduktor, yang dapat digunakan untuk mencegah terjadinya oksidasi pada zat lain atau sebagai antioksidan. Vitamin yang dapat bersifat sebagai antioksidan adalah vitamin yang dapat memberikan satu atau lebih elektron kepada radikal bebas, sehingga radikal bebas tersebut dapat diredam atau tidak mudah teroksidasi oleh udara, contohnya adalah vitamin C ( asam askorbat ) dan vitamin E ( α-tokoferol ). Fungsi utama antioksidan digunakansebagai upaya untuk memperkecil terjadinya proses kerusakan dalam makanan, dan meghambat proses aging atau penuaan.

Pada saat ini, asam askorbat dan α-tokoferol banyak digunakan sebagai senyawa pelindung terbentuknya nitrosamine dari nitrit dan precursor amin. Dalam hal ini           α-tokoferol bereaksi dengan nitrit membentuk senyawa yang identik dengan senyawa yang dihasilkan oleh oksidasi udara.

D.     Antioksidan

Antioksidan merupakan zat yang berfungsi melindungi tubuh dari serangan radikal bebas. Yang termasuk ke dalam golongan zat ini antara lain vitamin, polipenol, karoten dan mineral. Antioksidan melakukan semua itu dengan cara menekan kerusakan sel yang terjadi akibat proses oksidasi radikal bebas. Secara umum, antioksidan dikelompokkan menjadi 2 yaitu antioksidan enzimatis dan antioksidan non enzimatis yang berupa mikronitrien. Antioksidan enzimatis dapat dibentuk dalam tubuh, seperti dismutase (SOD),  glutation peroksida, dan katalase. Mampu memperlambat atau mencegah proses oksidasi. Zat ini secara nyata mampu memperlambat atau menghambat oksidasi zat yang mudah teroksidasi meskipun dalam konsentrasi rendah. Antioksidan juga sesuai didefinisikan sebagai senyawa-senyawa yang melindungi sel dari efek berbahaya radikal bebas oksigen reaktif jika berkaitan dengan penyakit, radikal bebas ini dapat berasal dari metabolisme tubuh maupun faktor eksternal lainnya.

Radikal bebas adalah spesies yang tidak stabil karena memiliki elektron yang tidak berpasangan dan mencari pasangan elektron dalam makromolekul biologi. Protein lipida dan DNA dari sel manusia yang sehat merupakan sumber pasangan elektron yang baik. Kondisi oksidasi dapat menyebabkan kerusakan protein dan DNA, kanker, penuaan, dan penyakit lainnya. Komponen kimia yang berperan sebagai antioksidan adalah senyawa golongan fenolik dan polifenolik. Senyawa-senyawa golongan tersebut banyak terdapat dialam, terutama pada tumbuh-tumbuhan, dan memiliki kemampuan untuk menangkap radikal bebas. Antioksidan yang banyak ditemukan pada bahan pangan, antara lain vitamin E, vitamin C, dan karotenoid.

Penggolongan Antioksidan berdasarkan mekanisme kerjanya:

Berdasarkan mekanisme kerjanya, antioksidan dibedakan menjadi antioksidan primer yang dapat bereaksi dengan radikal bebas atau mengubahnya menjadi produk yang stabil , dan antioksidan sekunder atau antioksidan preventif yang dapat mengurangi laju awal reaksi rantai serta antioksidan tersier. Mekanisme kerja antioksidan selular antara lain, antioksidan yang berinteraksi langsung dengan oksidan, radikal bebas, atau oksigen tunggal; mencegah pembentukan jenis oksigen reaktif; mengubah jenis oksigen rekatif menjadi kurang toksik; mencegah kemampuan oksigen reaktif; dan memperbaiki kerusakan yang timbul.

 

ü      Antioksidan primer

Antioksidan primer berperan untuk mencegah pembentukan radikal bebas baru dengan memutus reaksi berantai dan mengubahnya menjadi produk yang lebih stabil. Contoh antioksidan primer, ialah enzim superoksida dimustase (SOD), katalase, dan glutation dimustase.

 

ü      Antioksidan Sekunder

Antioksidan sekunder berfungsi menangkap senyawa radikal serta mencegah terjadinya reaksi berantai. Contoh antioksidan sekunder diantaranya yaitu vitamin E, Vitamin C, dan β-karoten.

ü      Antioksidan Tersier

Antioksidan tersier berfungsi memperbaiki kerusakan sel dan jaringan yang disebabkan oleh radikal bebas. Contohnya yaitu enzim yang memperbaiki DNA pada inti sel adalah metionin sulfoksida reduktase.

Berdasarkan fungsinya, antioksidan dapat dibagi menjadi :

a.   Tipe pemutus rantai reaksi pembentuk radikal bebas, dengan menyumbangkan atom H, misalnya vitamin E

b.   Tipe pereduksi, dengan mentransfer atom H atau oksigen, atau bersifat pemulung, misalnya vitamin C

c.   Tipe pengikat logam, mampu mengikat zat peroksidan, seperti Fe2+ dan Cu2+, misalnya flavonoid

d.   Antioksidan sekunder, mampu mendekomposisi hidroperoksida menjadi bentuk stabil, pada manusia dikenal SOD, katalase, glutation peroksidase.

      Vitamin C (Asam Askorbat)

 

Vitamin C adalah salah satu jenis vitamin yang larut dalam air . Vitamin ini juga dikenal dengan nama kimia dari bentuk utamanya yaitu asam askorbat. Vitamin C termasuk golongan vitamin antioksidan yang mampu menangkal berbagai radikal bebas ekstraselular. Beberapa karakteristiknya antara lain sangat mudah teroksidasi oleh panas, cahaya, dan logam

Vitamin C diperlukan untuk menjaga struktur kolagen, yaitu sejenis protein yang menghubungkan semua jaringan serabut, kulit, urat, tulang rawan, dan jaringan lain di tubuh manusia. Struktur kolagen yang baik dapat menyembuhkan patah tulang, memar, pendarahan kecil, dan luka ringan. Vitamin C juga berperan penting dalam membantu penyerapan zat besi dan mempertajam kesadaran. Sebagai antioksidan, vitamin C mampu menetralkan radikal bebas di seluruh tubuh. Hipoaskorbemia (defisiensi asam askorbat) bisa berakibat keadaan pecah-pecah di lidah scorbut, baik di mulut maupun perut, kulit kasar, gusi tidak sehat sehingga gigi mudah goyah dan lepas, perdarahan di bawah kulit (sekitar mata dan gusi), cepat lelah, otot lemah dan depresi. Di samping itu, asam askorbat juga berkorelasi dengan masalah kesehatan lain, seperti kolestrol tinggi, sakit jantung, artritis (radang sendi), dan pilek.

Vitamin C juga berperan penting dalam sintesis neurotransmitter, norepinefrin. Neurotransmiter sangat penting untuk fungsi otak dan diketahui mempengaruhi suasana hati. Selain itu, vitamin C diperlukan untuk sintesis carnitine, sebuah molekul kecil yang sangat penting untuk transportasi lemak untuk konversi menjadi energi. Fungsi Vitamin C selanjutnya adalah, membantu metabolisme kolesterol menjadi asam empedu, yang mungkin memiliki implikasi untuk tingkat kolesterol darah dan timbulnya batu empedu. Bahkan dalam jumlah kecil, vitamin C dapat melindungi molekul penting, seperti protein, lipid (lemak), karbohidrat, dan asam nukleat (DNA dan RNA) dari kerusakan yang diakibatkan radikal bebas, racun, ataupun polusi.

Vitamin C sangat sensitive terhadap pemanasan, bahkan pemanasan yang tergolong ringan (sedikit diatas suhu kamar). Vitamin C juga sensitive terhadap sinar, senyawa oksidator seperti: yodium, hydrogen peroksida, dan logam. Vitamin C mudah teroksidasi, terutama bila terlarut dalam suatu pelarut (air misalnya). Vitamin C teroksidasi dalam larutan oleh oksigen, dengan memberikan 2 elektron pada senyawa oksidator. Asam askorbat merupakan reduktor yang kuat dan mampu bertindak sebagai oksigen scavenger, sehingga akan mencegah terjadinya oksidasi enzimatis senyawa-senyawa fenol. Penggunaan asam mampu menginaktivasi enzim, karena pH bahan akan diturunkan hingga dibawah 5,0. Vitamin C dapat hilang karena hal-hal seperti:

a.   Pemanasan, yang menyebabkan rusak atau berbahayanya struktur

b.   Pencucian sayuran setelah dipotong-potong terlebih dahulu

c.   Adanya alkali atau suasana basa selama pengolahan

d.   Membuka tempat berisi vitamin C, sebab oleh udara akan terjadi oksidasi yang tidak reversible. Penambahan tomat atau jeruk nipis dapat mengurangi kadar vitamin C.

Sebagai zat penyapu radikal bebas, vitamin C dapat langsung bereaksi dengan anion superoksida, radikal hidroksil, oksigen singlet dan lipid peroksida. Sebagai reduktor asam askorbat akan mendonorkan satu elektron membentuk semidehidroaskorbat yang tidak bersifat reaktif dan selanjutnya mengalami reaksi disproporsionasi membentuk dehidroaskorbat yang bersifat tidak stabil. Dehidroaskorbat akan terdegradasi membentuk asam oksalat dan asam treonat. Oleh karena kemampuan vitamin C sebagai penghambat radikal bebas, maka peranannya sangat penting dalam menjaga integritas membran sel.

Vitamin E ( α-tokoferol )

Vitamin E adalah nama umum untuk dua kelas molekul (tocopherol dan tocotrienol) yang memiliki aktivitas vitamin E dalam nutrisi. Tocopherol tidak larut dalam air tetapi larut dalam pelarut lemak seperti minyak, lemak, alkohol, aseton, eter dan sebagainya. Karena tidak larut dalam air, vitamin E dalam tubuh hanya dapat dicerna dengan bantuan empedu hati, sebagai pengelmulsi minyak saat melalui duodenum. Kelarutannya dalam lemak merupakan sifat yang menguntungkan karena sebagian besar kerusakan akibat radikal bebas terjadi di dalam membran sel dan lipoprotein yang terbuat dari molekul lemak.Vitamin E stabil pada pemanasan namun akan rusak bila pemanasan terlalu tinggi. Vitamin E bersifat basa jika tidak ada oksigen dan tidak terpengaruh oleh asam pada suhu 100^o C. Bila terkena oksigen di udara, akan teroksidasi secara perlahan-lahan. Sedangkan bila terkena cahaya warnanya akan menjadi gelap secara bertahap.

Secara umum, vitamin E memiliki fungsi utama sebagai antioksidan alami untuk membuang radikal bebas yang masuk ke dalam tubuh. Hal ini dikarenakan adanya kandungan alfa-tokoferol aktif yang dapat diregenerasi dengan vitamin C sehingga dapat menghambat oksidasi rakdikal bebas peroksi dan vitamin E akan memutus berbagai reaksi rantai radikal bebas karena kemampuannya memindahkan atau menyumbangkan hidrogen fenolat kepada radikal bebas peroksil yang terperoksidasi, sehingga radikal bebas peroksil menjadi tidak reaktif. 

Stabilitas kimia vitamin E mudah berubah akibat pengaruh berbagai zat alami. Minyak tak jenuh, seperti minyak hati ikan cod, minyak jagung, minyak kacang kedele, minyak biji bunga matahari, semuanya mempertinggi kebutuhan vitamin E. Hal ini terjadi jika minyak-minyak tersebut mengalami ketengikan oksidatif dalam makanan.. Garam-garam besi, seperti feriklorida, kalium ferrisianida bersifat mengoksidasi tokoferol.

Fungsi utama vitamin E di dalam tubuh adalah sebagai antioksidan alami yang mambuang radikal bebas dan molekul oksigen. Secara partikular, vitamin E juga penting dalam mencegah peroksidasi membran asam lemak tak jenuh. Vitamin E dan C berhubungan dengan efektifitas antioksidan masing-masing. Alfa-tokoferol yang aktif dapat diregenerasi dengan adanya interaksi dengan vitamin C yang menghambat oksidasi radikal bebas peroksi. Alternatif lain, alfa tokoferol dapat membuang dua radikal bebas peroksi dan mengkonjugasinya menjadi glukuronat ketika ekskresi di ginjal.

Sebagai antioksidan, vitamin E berfungsi melindungi senyawa-senyawa yang mudah teroksidasi, antara lain ikatan rangkap dua pada UFA (Unsaturated Fatty Acid), DNA dan RNA dan ikatan atau gugus – SH (sulfhidril) pada protein. Apabila senyawa-senyawa tersebut teroksidasi, maka akan terbentuk ”radikal bebas”, yang merupakan hasil proses peroksidasi. Radikal bebas yang terjadi akan mengoksidasi senyawa-senyawa protein, DNA, RNA dan UFA. Vitamin E akan bertindak sebagai reduktor dan menangkap radikal bebas tersebut. Vitamin E dalam hal ini berperan sebagai scavenger. Scavenger yang lain selain vitamin E adalah vitamin C, enzim glutation reduktase, desmutase dan perosidase, yang bersifat larut dalam air. Scavenger yang larut dalam lemak adalah vitamin E dan    ß-karoten.

 

Urutan aktivitas antioksidan dalam sistem lipida dari tokoferol adalah δ-tokoferol >   γ-tokoferol > α-tokoferol. α-tokoferol merupakan homolog tokoferol yang mempunyai aktivitas vitamin E paling tinggi. Sedangkan aktivitas antioksidan tokoferol secara in vivo adalah α-tokoferol > β-tokoferol > γ-tokoferol > δ-tokoferol.

Fenol

Senyawa fenol (C₆H₃OH) atau hidroksi benzena atau karbonat termasuk asam lemak (pH 9,9), senyawa organik dengan gugus OH^-, sistem cincin benzena atau aromatik kompleks, sangat peka terhadap oksidasi enzim fenolase. Titik leleh dan titik didih berturut-turut 41,8 – 42^oC dan 182 – 183^oC. Bersifat mudah larut dalam air. Terdapat 592 jenis turunan fenol. Semua senyawa fenol berupa senyawa aromatik sehingga semuanya menunjukkan serapan kuat daerah spektrum ultra violet. Fenol terdapat pada dinding sel, apabila sel rusak, fenol akan bereaksi dengan oksigen, lalu membentuk melanoidin berwarna coklat.

Senyawa fenol diduga berasal dari metabolisme asam amino aromatik sehingga termasuk produk sekunder. Setelah pelukaan, terbentuk polifenol oksidase (PPO), kemudian reaksi pencoklatan terbentuk, karena PPO akan bebas dari fenol dan membentuk oquinon. Kadar fenol yang terbentuk ini akan semakin tinggi pada jaringan yang dekat di daerah luka dan berangsur-angsur berkurang ke bagian dalam.

Senyawa polifenol dan fenolat terbentuk dimulai dari proses fotosintesa melalui terbentuknya karbohidrat yang melalui jalur asam shikimat terjadi fenilalanin dan tirosin. Dari bentuk fenilalanin dan tirosin satu bagian jalur akan terbentuk golongan fenilpropanoid. Asam sinamat merupakan senyawa kunci terbentuknya berbagai fenolat lain.

Karakteristik Fenol

Fenol atau asam karbolat atau benzenol adalah zat kristal tak berwarna yang memiliki bau khas. Rumus kimianya adalah C₆H₅OH dan strukturnya memiliki gugus hidroksil      (-OH) yang berikatan dengan cincin fenil. Kata fenol juga merujuk pada beberapa zat yang memiliki cincin aromatik yang berikatan dengan gugus hidroksil. Fenol memiliki kelarutan terbatas dalam air, yakni 8,3 gram/100 ml. Fenol memiliki sifat yang cenderung asam, artinya dapat melepaskan ion H⁺ dari gugus hidroksilnya. Pengeluaran ion tersebut menjadikan anion fenoksida C₆H₅O yang dapat dilarutkan dalam air.

Dibandingkan dengan alkohol alifatik lainnya, fenol bersifat lebih asam. Hal ini dibuktikan dengan mereaksikan fenol dengan NaOH, di mana fenol dapat melepaskan H⁺. Pada keadaan yang sama, alkohol alifatik lainnya tidak dapat bereaksi seperti itu.Pelepasan ini diakibatkan pelengkapan orbital antara satusatunya pasangan oksigen dan sistem aromatik, yang mendelokalisasi beban negatif melalui cincin tersebut dan menstabilkan anionnya. Fenol didapatkan melalui oksidasi sebagian pada benzene atau asam benzoat dengan proses Raschig.

Polifenol Oksidase (PPO)

Enzim polifenol oksidase atau fenolase terdiri dari 2 tipe enzim, yaitu odifenol dan   p-difenol. PPO termasuk dalam golongan enzim oksidoreduktase dengan kode EC (1.14.18.1). Angka pertama, 1, menunjukkan golongan oksidoreduktase, angka kedua, 14, berperan pada pasangan donor dengan cara inkorporasi oksigen ke dalam salah satu donor (hidroksilase), angka ketiga, 18, dengan oksigen sebagai donor dan angka keempat, 1, dengan NAD dan NADP sebagai akseptor. Enzim polifenol oksidase dihasilkan dari reaksi antara L-tyrosine, L-dopa, dan O₂ menjadi L-dopa, dopaquinone, dan H₂O.

PPO adalah enzim oksidatif golongan protein yang mengandung logam tembaga yang secara merata tersebar luas di dalam tanaman. Lepasnya logam tersebut menyebabkan denaturasi enzim secara reversible bila kondisi kembali normal. Enzim ini dapat mengkatalis reaksi pencoklatan dan menimbulkan pengaruh terhadap karakteristik sensory dan nilai gizi pada sebagian besar produk hasil pertanian, serta memiliki kaitan erat dengan pencoklatan enzimatis pada beberapa jaringan tanaman.

Pencoklatan enzimatis dapat terjadi karena adanya jaringan tanaman yang terluka, misalnya pemotongan, penyikatan, dan perlakuan lain yang dapat mengakibatkan kerusakan integritas jaringan tanaman (Cheng & Crisosto 1995). Adanya kerusakan jaringan seringkali mengakibatkan enzim kontak dengan substrat. Enzim yang bertanggung jawab dalam reaksi pencoklatan enzimatis adalah oksidase yang disebut Polifenol Oksidase (PPO). Substrat untuk PPO dalam tanaman biasanya asam amino tirosin dan komponen polifenolik seperti katekin, asam kafeat, pirokatekol/katekol dan asam klorogenat . Tirosin yang merupakan monofenol, pertama kali dihidroksilasi menjadi 3,4-dihidroksifenilalanin dan kemudian dioksidasi menjadi quinon yang akan membentuk warna coklat.

Pencoklatan (browning) merupakan proses pembentukan pigmen berwarna kuning yang akan segera berubah menjadi coklat gelap (Rahmawati 2008). Pembentukan warna coklat ini dipicu oleh reaksi oksidasi yang dikatalisis oleh enzim fenol oksidase atau polifenol oksidase. Kedua enzim ini dapat mengkatalis oksidasi senyawa fenol menjadi quinon dan kemudian dipolimerasi menjadi pigmen melaniadin yang berwarna coklat (Mardiah 1996). Bahan pangan tertentu, seperti pada sayur dan buah, senyawa fenol dan kelompok enzim oksidase tersebut tersedia secara alami. Oleh karena itu pencoklatan yang terjadi disebut juga reaksi pencoklatan enzimatis.

Enzim yang bertanggung jawab dalam reaksi pencoklatan enzimatis adalah oksidase yangdisebut fenolase, fenoloksidase, tirosinase, polifenolase atau katekolase. Dalam tanaman, enzim ini lebih sering dikenal dengan polifenol oksidase (PPO). Substrat untuk PPO dalam tanaman biasanya asam amino tirosin dan komponen polifenolik seperti katekin, asam kafeat, pirokatekol atau katekol dan asam klorogenat. Penggunaan vitamin C dapat mereduksi kembali quinon berwarna hasil oksidasi (o-quinon) menjadi senyawa fenolat (o-difenol) tak berwarna. Asam askorbat selanjutnya dioksidasi menjadi asam dehidroaskorbat. Ketika vitamin C habis, komponen berwarna akan terbentuk sebagai hasil reaksi polimerisasi dan menjadi produk antara yang irreversibel. Jadi produk berwama hanya akan terjadi jika vitamin C yang ada habis dioksidasi dan quinon terpolimerisasi.

Metode penggunaan asam sebagai penghambat pencoklatan enzimatis ini didasarkan pada pengaruh pH terhadap enzim polifenolase. pH optimum enzim ini berkisar antara 4,0-7,0 dan aktivitas terkecil pada pH dibawah 3,0. Perubahan warna yang tidak diinginkan akibat browning dapat diatasi dengan perlakuan perendaman dalam asam askorbat. Menurut Winarno (1997), asam askorbat merupakan reduktor yang kuat dan mampu bertindak sebagai oksigen scavenger, sehingga akan mencegah terjadinya oksidasi enzimatis senyawa-senyawa fenol yang terkandung dalam kentang. Penggunaan asam mampu menginaktivasi enzim, karena pH bahan akan diturunkan hingga dibawah 5.

Penambahan asam askorbat dengan tujuan untuk menurunkan pH sampai 3,0 atau dibawahnya akan dapat mempertahankan perubahan warna sebab pH optimal enzim fenolase adalah 6,5. Logam seperti besi dan tembaga dapat diikat oleh asam askorbat, logam-logam ini merupakan katalisator oksidasi yang dapat menyebabkan perubahan warna yang tidak diinginkan. Fenol yang terdapat dalam kentang akan dioksidasi oleh PPO menjadi katekol, yang kemudian menjadi kinon. Setelah melalui kondensasi membentuk senyawa berwarna coklat. PPO juga mengubah pirogalol menjadi purpurogalin yang berwarna coklat. Penambahan vitamin C dapat menghambat oksidasi fenol oleh PPO.

PEMBAHASAN

1.      Laktat Dehidrogenase dalam Ragi

Pada Uji Laktat Dehidrogenase, metilen blue akan bertindak sebagai akseptor hydrogen, sodium laktat sebagai donor hidrogen sedangkan enzim laktat dehidrogenase akan membantu proses pengambilan atom hidrogen dari senyawa donor (sodium laktat) ke senyawa penerima (metilen blue). Enzim laktat dehidrogenase yang berasal dari ragi akan membantu perpindahan atom hidrogen dari sodium laktat ke metilen blue. Atom hydrogen akan mereduksi metilen blue sehingga pada tabung I yang telah diberi sodium laktat warna yang akan dihasilkan akan lebih pucat. Sedangkan pada tabung II yang tanpa pemberian metilen blue warna yang dihasilkan akan lebih tua karena pada tabung tersebut tidak ada substrat sodium laktat, sehingga metilen blue tidak bisa mereduksi karena tidak ada pemberian donor hidrogen.

                   

2.        Uji Schardinger

Test ini umumnya digunakan untuk membedakan susu segar dan susu yang telah dipsteurisasi. Susu segar mengandung beberapa enzim, diantaranya yaitu katalase, dehidrogenasedan peroksidase. Bila susu dipasteurisasi, enzim-enzim tersebut menjadi rusak.Test ini berdasarkan reduksi metilen blue oleh enzim dehidrogenase pembentuk leukometilen biru (MbH₂) yang tidak berwarna. Hidrogen yang diperoleh dari formaldehid digunakan untuk mereduksi. Atom H yang terjadi oleh enzimnya segera diikat pada oksigen atau atom H diikat oleh akseptor birumetilen (Mb), maka terjadilah air atau leukometilen biru yang tidak berwarna.

Hanya susu murni (yang tidak dipanaskan) akan memberikan hasil positif terhadap reaksi tersebut (karena enzim dehidrogenase nya belum rusak) dan terjadi perubahan warna terbentuk warna biru pucat hampir putih. Ini disebabkan karena adanya enzime dehidrogenase yang masih aktif pada susu murni sehingga pada saat pemanasan dapat mereduksi metilen biru (warna biru berubah menjadi putih). Oleh karena itu, pada tabung susu segar, didapatkan hasil larutan berwarna biru pucat ( mendekati putih ) karena mungkin masih ada sedikit metilen yang tidak tereduksi. Enzim dehidrogenasi yang terdapat dalam susu segar mengkatalis perlepasan H dari formaldehid, atom yang dibebaskan akan bereaksi dengan metilen blue membentuk leuko metilen blue.

Pada susu pasteurisasi, enzim dehidrogenase telah rusak sehingga tidak dapat mereduksi birumetilen dan warna larutan tetap biru. Ini disebabkan karena adanya pemanasan pada susu segar yang dapat merusak enzim dehidrogenase yang ada dalam susu segar yang dapat mereduksi metilen blue, sehingga pada saat pemberian metilen blue dan pemanasan warna biru akan tetap tidak berunah karena tidak dapat tereduksi enzime dehidrogenase. pada susu yang telah dipanaskan sampai 70^oC (pasteurized milk) enzim tidak aktif.

  

3.      Uji Oksidasi dan Pengaruh Vitamin C dalam Buah Apel, kentang dan Pisang

Praktikum uji oksidase dalam ini bertujuan untuk mengetahui proses oksidase senyawa fenol  oleh enzim polifenol oksidase (PPO) dan juga untuk memperlihatkan efek pemberian antioksidan dan berupa vitamin C terhadap oksidasi fenol oleh enzim PPO apel,kentang dan pisang.

Pada tabung 1 dimasukkan larutan vitamin C dan Fenol pada ekstrak apel, kentang, dan pisang. Perubahan warna yang terbentuk putih keruh sampai agak kekuningan. Hal ini dikarenakan fungsi larutan vitamin C adalah untuk menghambat terjadinya oksidasi fenol oleh enzim PPO dengan caravitamin C akan mendonorkan satu elektron kepada radikal bebas pada ekstrak membentuk semi dehidroaskorbat yang tidak bersifat reaktif dan selanjutnya mengalami reaksi disproporsionasi membentuk dehidroaskorbat yang bersifat tidak stabil. Dehidroaskorbat akan terdegradasi membentuk asam oksalat dan asam treonat. Dengan demikian maka tabung 1 tidak terjadi perubahan warna ( putih keruh sampai agak kekuningan ).

 

Pada tabung 2 dimasukkan larutan Vitamin E dan Fenol pada ekstrak apel, kentang, dan pisang. Perubahan warna yang terjadi menjadi putih keruh sampai coklat susu. Hal ini karenakan adanya vitamin E yang di tambahakan pada tabung 2 sebagai antioksidan dan mencegah terjadinya oksidasi dengan cara memutus berbagai reaksi rantai radikal bebas dalam ekstrak tersebut,karena kemampuannya memindahkan atau menyumbangkan hidrogen fenolat kepada radikal bebas yang teroksidasi, sehingga radikal bebas menjadi tidak reaktif.  Adanya hidrogen yang disumbangkan kepada radikal bebas ekstrak tersebut, tokoferol sendiri menjadi suatu radikal, tetapi lebih stabil karena elektron yang tidak berpasangan pada atom oksigen mengalami delokalisasi ke dalam struktur cincin aromatik.

Radikal bebas fenoksi yang terbentuk dapat bereaksi dengan vitamin C untuk menghasilkan kembali tokoferol atau bereaksi dengan radikal bebas berikutnya sehingga cincin kromana serta rantai samping dioksida menjadi produk bukan radikal bebas. Namun vitamin E daya antioksidannya tidak sekuat vitamin C, sehingga warna pada tabung 2 berwarna lebih coklat dari tabung  1.

Pada tabung 3 dimasukkan larutan fenol pada ekstrak apel, kentang, dan pisang. Terjadi perubahan warna menjadi coklat jernih sampai putih kekeruhan. Pembentukan warna coklat ini dikarenakan oleh reaksi oksidasi yang dikatalisis oleh enzim fenol oksidase atau polifenol oksidase ( PPO ).Kedua enzim ini dapat mengkatalis oksidasi senyawa fenol menjadi quinon dan kemudian dipolimerasi menjadi pigmen melaniadin yang berwarna coklat. Oleh karena itu pada tabung 3 terjadi perubahan warna menjadi coklat jernih sampai putih kekeruhan.

4.      Uji Sifat Antioksidan Vitamin C terhadap Gugus Fenol

Uji ini bertujuan untuk menguji proses oksidasi senyawa fenol oleh polifenol oksidase (PPO) di dalam kentang, dan pisang serta menguji efek antioksidan vitamin C terhadap oksidasi fenol oleh PPO.

Pada tabung 1, diberi ekstrak kentang dan pisang lalu ditambahkan larutan asam askorbat. Pada tabung buah pisang, terdapat warna kuning pucat. Pada tabung buah kentang berwarna kuning. Ini disebabkan karena adanya larutan asam askorbat yang berfungsi sebagai antioksidan, dengan cara  vitamin C menyumbangkan satu atau lebih electron kepada radikal bebas yang terdapat dalam buah, sehingga radikal bebas tersebut dapat dikurangi sehingga tidak ada radikal bebas yang aktif yang dapat merubah warna menjadi coklat tua.

Pada tabung 2, diberi ekstrak kentang dan pisang lalu ditambahkan air suling.  Pada tabung pisang terdapat warna kuning kecoklatan dengan larutan agak keruh dan pada tabung kentang terjadi perubahan warna menjadi coklat. Ini disebabkan karena senyawa yang terdapat dalam buah pisang dan kentang mudah teroksidasi berubah menjadi warna coklat. Radikal bebas yang ada dalam buah akan terus aktif dan teroksidasi oleh udara dan mengubah warna menjadi coklat.

5.   Uji Sifat Reduksi Vitamin C terhadap Reagen Benedict

Pereaksi benedict berupa larutan yang mengandung kuprisulfat, natrium karbonat dan natrium sitrat. Glukosa dapat mereduksi ion Cu⁺⁺ dari kuprisulfat menjadi ion Cu⁺ yang kemudian mengendap sebagai Cu₂O. Adanya natrium karbonat dan natrium sitrat membuat pereaksi Benedict bersifat basa lemah. Endapan yang terbentuk dapat berwarna hijau, kuning atau merah bata.

Pada tabung 1, diberi reagen benedict dan larutan vitamin C. Lalu dipanaskan. Dan terjadi perubahan warna menjadi endapan merah bata.Hal ini dikarenakan Vitamin C merupakan reduktor kuat dengan adanya gugus enadiol sehingga mampu mereduksi ion Cu2+ dari pereaksi benedict menjadi ion Cu+ dengan membentuk endapan Cu2O yang berwarna hijau kekuningan, kuning atau merah bata.

Pada tabung 2, diberi reagen benedict dan larutan glukosa. Lalu dipanaskan. Dan terjadi terjadi perubahan warna menjadi warna merah hati. Hal ini dikarenakan, Uji benedict ini melibatkan proses oksidasi dan reduksi sebagai prinsip dasar pengujian benedict. Pada dasar pengujian dapat mengindikasikan adanya gula pereduksi. Terjadi reduksi Cu²⁺ menjadi Cu⁺, proses reduksi dilakukan oleh karbohidrat yang mempunyai gugus aldehid atau keton bebas . reduksi ini menghasilkan suatu endapan kupro oksida (Cu₂O) yang memiliki warna merah.

Dalam larutan vitamin C mudah rusak karena oksidasi dari udara, tetapi lebih stabil bila terdapat dalam bentuk kristal kering. Jika vitamin C dilarutkan dengan asam askorbat dan pereaksi Benedict menghasilkan warna merah bata yang menunjukkan bahan asam askorbat mengandung vitamin C. Vitamin C mudah dioksidasi terutama bila di panaskan. Dimana proses oksidasi akan dipercepat dengan adanya tembaga, oksigen dan alkali.

      

KESIMPULAN

·         Beberapa vitamin memiliki aktivitas antioksidan antara lain: vitamin c dan vitamin E, namun daya antioksidan lebih besar pada vitamin C

• Vitamin C merupakan reduktor kuat karena  adanya gugus enadiol sehingga dapat menghambat proses oksidasi.
• Enzim laktat dehidrogenase yang berasal dari ragi akan membantu perpindahan atom hydrogen dari sodium laktat ke metilen blue. Tanpa pemberian metilen blue warna yang dihasilkan akan lebih tua karena pada tabung tersebut tidak ada substrat sodium laktat, sehingga metilen blue tidak bisa mereduksi karena tidak ada pemberian donor hydrogen.

·         Pada Uji Schadinger, susu segar dapat mereduksi metilen blue daripada susu pasteurisasi karena enzim laktat dehidrogenasenya belum rusak

• Vitamin C dapat mereduksi ion Cu2+ dari pereaksi benedict menjadi ion Cu+ dengan membentuk endapan Cu2O yang berwarna hijau kekuningan, kuning atau merah bata.
• Vitamin C dapat menghambat terjadinya oksidasi fenol oleh enzim PPO dalam kentang, apel, dan pisang