Enzim Fitase Dan Peranannya Dalam Memecah Ikatan Asam Fitat Pada Bahan Pakan

1.    LATAR BELAKANG

Akhir-akhir ini, banyak penelitian yang diarahkan pada penggunaan enzim dalam ransum untuk memperbaiki produktivitas ternak dan kecernaan pakan. Pemakaian zat aditif seperti enzim sudah banyak digunakan di Eropa dengan tujuan untuk meningkatkan nilai gizi ransum dan juga untuk mengurangi polusi tanah dan lingkungan. Penambahan enzim biasanya dilakukan pada bahan pakan yang kecernaannya rendah sehingga dapat meningkatkan penggunaan bahan pakan tersebut. Suplementasi enzim phytase ke dalam ransum secara nyata dapat meningkatkan kecernaan bahan kering, lemak kasar, P, Zn, Mg, dan Cu, serta dapat meningkatkan retensi nitrogen, mineral Ca, P, Mg, dan Zn.

Suplementasi enzim phytase, carbohidrase, dan protease dalam ransum secara nyata dapat meningkatkan pertambahan berat badan dan efisiensi penggunaan ransum. Kecernaan zat makanan meningkat dengan adanya suplementasi ketiga enzim tersebut. Penambahan enzim kompleks (protease, cellulase, dan hemicellulase) ternyata dapat meningkatkan pertumbuhan dan efisiensi penggunaan ransum.

http://alvina.blog.uns.ac.id/page/39/

2.    DEFINISI ASAM FITAT

Gambar 1. Asam Fitat

Fitat memiliki struktur kimia yang sangat stabil. Dalam bentuk fosfat organic memiliki kandungan fosfat yang tinggi. Dalam kondisi fisiologi normal asam fitat membentuk chelate dengan mineral-mineral essensial seperti kalsium. magnesium, besi dan seng. Asam fitat seringkali berikatan dengan asam-asam amino atau protein dan menghambat enzim-enzim pencernaan. Asam fitat dapat digolongkan sebagai komponen antinutrisi didalam pakan, sehingga diperlukan enzim yang mampu menghidrolisis asam fitat.

Pengaruh Asam Fitat Terhadap Ketersediaan Protein dan Mineral

Fosfor terikat fitat tidak dapat dimanfaatkan ternak dan terbuang dalam feses sehingga akan meningkatkan kandungan fosfor dalam tanah dan air. Fitat merupakan kation multivalent tidak larut pada pH netral. Bentuk kompleks ini resisten dalam proses absorbsi dalam saluran pencernaan dan berpengaruh pada ketersediaan mineral.

-          Dalam konsentrasi tinggi dapat menurunkan bioavailability mineral dan protein .

-          Asam fitat juga berpengaruh terhadap pemanfaatan kandungan nutrisi pakan. Ikatan Chelat fitat meningkatkan kebutuhan mineral dalam pakan . Michell. Et al., (2001), menyatakan bahwa mekanisme dari persaingan chelation dapat disebabkan oleh pengaruh chelators dalam mempengaruhi bioavailability mineral. Bentuk chelat fitat mineral akan menurunkan ketersediaan mineral karena terbentuknya fitat kompleks yang tidak larut. Kompleks mineral – chelat adalah merupakan bentuk yang larut dan kerapkali diabsorbsi secara utuh atau dapat melepaskan mineral dari ikatan fitat di dalam brush border pada epitel usus.

-          Aktivitas enzim protease dalam saluran pencernaan akan rendah dengan adanya protein terikat fitat.

Fitat mengikat protein dan mineral di dalam digesta, sangat potensial untuk menghambat aktivitas enzim-enzim pencernaan. Conrad. et al., (1996), menyatakan bahwa fitat menghambat aktivitas enzim tripsin. Metabolisme ini melibatkan chelat mineral dan menghilangkan kofaktor serta membutuhkan aktivitas enzim secara optimum akibat terbentuknya reaksi kompleks fitat-enzim. Fitat memepengaruhi daya cerna protein dan asam amino pakan asal tumbuhan dan status mineral ransum .

3.    ENZIM FITASE

-          Definisi :

Fitase aktif asal mikroba banyak ditemukan pada spesies fungi dan aspergillus. Shieh dan Ware (1968),menyatakan bahwa hasil penyaringan pada isolat tanah terdapat lebih dari dua ribu (2000) mikroorganisme yang mampu menghasilkan enzim fitase. Dari isolat tersebut kebanyakan memproduksi fitase intraselluler. Sedangkan 30 isolat adalah fitase ekstraselluler. Fitase terdapat di dalam tumbuh-tumbuhan, mikroorganisme dan jaringan tubuh ternak. “The Enzym Nomenclature of The International Union of Biochemistry” menggolongkan fitase ke dalam dua tipe. Klasifikasi tersebut adalah 6 – fitase (EC 3.1.3.26) dan fitase 3 – fitase (EC 3.1.3.8). Perbedaan khas berdasarkan tempat hidrolisis pertama molekul fitat,. 6 – fitase diperoleh dari tumbuhan dan 3 – fitase dari fungi (Dvorakova, 1998). Hidrolisis asam fitat terjadi secara berurutan mulai dari ester fosfor mio-inositol yang lebih rendah, kemudian menurun sesuai dengan nomor asam fosfat (IP5 – IP1). Enzim dalam bentuk tunggal tidak mampu melakukan defosfolirase asam fitat secara penuh . Kombinasi fitase dan fosfatase non spesifik akan meningkatkan aktivitas defosforilasi asam fitat. Degradasi fitat dalam saluran pencernaan unggas berhubungan dengan aksi fitase dari satu atau tiga sumber enzim. Fitase dalam saluran pencernaan berasal dari :

1). Fitase usus yang terdapat dalam saluran pencernaan,

2) fitase asal tumbuhan

3) fitase asal mikroba.

Fitase Asal Mikroba

-          Mikroorganisme penghasil fitase :

a)      Bakteri, misalnya spesies Pseudomonas

b)      Yeast seperti Saccharomyces cereviceae, dan spesies aspergillus seperti aspergillus niger dan aspergillus ficuum.

Dvorakova (1998) mendaftarkan 29 spesies fungi, bakteri dan yeast yang memproduksi enzim fitase aktif. Dari 29 spesies yang terdaftar, 21 memproduksi fitase ekstraselluler dengan aktifitas paling tinggi.

-          Mekanisme Mikroorganisme menghasilkan fitase :

Hidrolisis fitat pada induk sapi perah dan anak terjadi di dalam saluran pencernaan. Keadaan ini memungkinkan fitase asal mikroba akan aktif dalam saluran pencernaan monogastrik dengan kondisi tertentu, walaupun di dalam unggas kelihatannya hidrolisis fitat kurang penting. Selanjutnya dinyatakan bahwa fitase asal mikroba aktif di dalam saluran pencernaan.

Mereka mengadakan penelitian dengan memberikan penambahan alkali esceria coli cellular, akibat perlakuan tersebut terjadi difisiensi fosfor di dalam usus halus, selanjutnya menambahkan campuran tepung jagung dan kacang kedelei pada ransum dan terjadi perbaikan pada pertumbuhan dan kalsifikasi unggas, respon ini mambuktikan akan adanya fitase atau enzim yang serupa asal bakteri.

Enzim fitase ekstraselluler yang berasal dari mikroba stabil pada suhu tinggi. Peningkatan suhu pada medium pereaksi dari suhu ruang menjadi 58^oC, terjadi peningkatan hidrolisis fitat oleh fitase asal Aspergillus ficuum. Peningkatan suhu dari suhu medium secara sinergis terjadi penurunan aktifitas enzim dan tidak terdeteksi pada suhu 68^oC. Suhu optimum perlu diperhatikan untuk menjaga stabilitas enzim terutama pada saat proses pembuatan ransum. Suhu optimum aktifitas enzim fitase asal Bacillus DS 11 dan dari Aspergillus fumigatu telah diteliti. Enzim fitase asal A. fumigatus aktif pada kisaran pH yang luas dan suhu ekstrim 100^oC selama 20 menit atau 90^oC selama 120 menit.

4.    MEKANISME REAKSI FITASE MEMECAH ASAM FITAT

Fitase adalah merupakan heterologous group dari enzim, memiliki kemampuan untuk menghidrolisis ester fosfat dan optimal pada pH rendah. Urutan dari fitase dari prokaryotes dan eukaryotes, bersama-sama terdapat pada dua bagian dari rangkaian yang sama, semuanya melindungi residu histidin (di dalam darah) (Van Etten. et al.,1991). Berdasarkan kesepakatan para ahli pola dari kedua bagian yang dilaporkan oleh SWISS-PROT berdasarkan data dasar memiliki pola ([LIVM]-X(2)- [LIVMA]-X(2)-[LIVM]-X-R-H-[GN]-X-R-X-[PAS] dan [LIVMF]-X-[LIVMFFAG]-X-(2)-[STAGI]-H-D-[STANQ]-X-[LIVM]-X(2)-[LIVMFY]-X-(2)-[STA]. Rantai gen yang berbaris dari pho3 dan pho5 diproduksi oleh yeast, prostatic manusia dan lymosol asam fosfat, dan Phy A dan Phy B dari A. niger NRRL 3151 tampak melindungi heptapeptida dari RHGXRXP dekat terminal N (disamakan dengan pola yang telah ada). Asam fosfatase atau fitase mengandung tangan aktif yang merupakan group histidin asam fosfatase. Semua tangan aktif ini seluruhnya dilindungi didalam fitase asal fungi dan selalu ada didalam fitase asal coli. Rantai aligment dari fungi dan fitase E. Coli tampak dilindungi oleh motif HD dekat terminal C (mengikuti kesepakatan terdahulu). Data dasar protein dapat diketahui dari motif rantai RHG dan HD di dalam urutan nomor asam fosfatase. Secara umum, terdapat dua kelas asam fosfatase yang dapat diidentifikasikan di dalam massa molekul. Molekul dengan berat molekul rendah merupakan bentuk yang paling rendah dari kedua motif. Molekul dengan berat molekul tinggi yang dibagi ke dalam dua subklas. Yang pertama adalah menghambat salah satu motif RHG atau motif HD, yang kedua adalah menghambat kedua-duanya (Ullah dan Dischinger, 1995). Fitase model ini dikatakan sebagai fitase sub-famili dari berat molekul tinggi histidin asam fosfatase (Mitchell.et al .,1997). Ullah dan rekan kerjanya menggunakan residu asam amino spesifik yang merupakan reagent hasil modifikasi untuk menyelidiki tangan aktif pada fitase asal fungi (Ullah. et al., 1991; Ullah dan Dischinger, 1992). Mereka menyimpulkan bahwa tampak secara nyata bahwa perputaran dari residu histidin dan arginin sangat penting untuk aktifitas fitase. Ullah dan Dischinger (1995) menyatakan bahwa kebanyakan residu triptofan seringkali meningkat di dalam fosfohidrolitik memecah ikatan asam fitat.

5.    APLIKASI

Suplementasi fitase akan mengurangi pengaruh negatif anti nutrisi dari asam fitat dan mengurangi biaya pakan sebagai dampak tidak dilakukannya suplementasi mineral fosfat anorganik karena fitase mampu menyediakan fosfor. Di Negara-negara Netherland, Jerman, Korea dan Taiwan enzim fitase digunakan dalam mengatasi polusi fosfor yang dihasilkan oleh peternakan unggas (Wodzinski dan Ullah, 1996). Ruminansia apabila mengkonsumsi asam fitat, akan memproduksi enzim fitase oleh bakteri dan fungi yang terdapat dalam rumen. Hewan-hewan monogastrik seperti babi, unggas dan ikan apabila mengkonsumsi asam fitat maka ketersediaan fosfor akan menjadi berkurang. Hal ini disebabkan karena enzim fitase dalam saluran percernaan sedikit jumlahnya.

Fitase asal aspergillus fumigatus memiliki potensi untuk dikembangkan secara komersial sebab pada lingkungan tersebut akan mampu mempertahankan aktifitasnya dalam proses pelleting. Enzim fitase yang diproduksi secara komersial adalah hasil encoding gen pada aspergillus niger. Produksi enzim berasal dari aspergillus niger var. vacuum perlu dilakukan penelitian lebih lanjut terhadap aktifitasnya. Enzim fitase komersial asal aspergillus niger itu sendiri sudah digunakan sebagai pakan aditif pada hewan monogastrik di Eropa (Wodzinski dan Ullah, 1996)