Enzim Pemecah Senyawa Pectic

Dua dari tiga jenis enzim yang bekerja dalam senyawa pectic tidak menghidrolisis ikatan glikosidik dalam substrat, sehingga enzim-enzim dipisahkan dari kelompok glycoside hydrolases. Senyawa pectic meliputi galacturonans (polimer dari asam galakturonat), rhamnogalacturons (campuran polimer dari 2-4% rhamnose dan asam galacturonat), arabinans (polimer dari arabinosa), galactans (polimer dari galaktosa), dan arabinogalactans (campuran polimer arabinosa dan galaktosa). Enzim-enzim pectic mengenali units β-1,4-D-asam galakturonat khususnya sebagai substrat pada galacturans dan rhamnogalacturons.

            Senyawa pectic adalah kelompok karbohidrat koloidal pada tumbuhan yang mengandung jumlah besar unit asam anhydrogalakturonat. Senyawa pectic merupakan penyusun dinding sel dan lapisan interseluler pada semua tanaman tingkat tinggi, bersamaan dengan selulosa dan hemiselulosa. Senyawa-senyawa ini ditemukan juga dalam getah tanaman dan sari buah dan terkontribusi kuat terhadap tekstur buah seperti tomat dan jeruk. Pektin adalah istilah umum untuk senyawa pectic yang membentuk karakteristik gel asam-gula yang juga mengandung sekitar 75% gugus karboksil teresterifikasi dengan metanol.

            Enzim-enzim pectic yang mendegradasi senyawa pektin ditemui pada tumbuhan tingkat tinggi dan mikroorganisme, juga keong, dan tidak terdapat dalam hewan. Enzim ini berguna pada proses pembuatan jus buah dan minuman, yaitu saat filtrasi dan klarifikasi dan untuk meningkatkan nilai yield jus dan rendah akan produksi methoxyl dan asam galakturonat. Ada tiga jenis enzim-enzim katalis yang berbeda cara katalisisnya, yaitu : pectinesterase, polygalacturase, dan pectate lyases.

     I.              PECTINESTERASE

          Pectinesterase yang melepaskan gugus metoksil dari senyawa pectic methylated (pektin) disebut juga sebagai enzim yang menghidrolisis ester asam karboksil. Enzim ini acapkali disebut pectase, pectin methoxylase, pectin demethoxylase, pectolipase, dan pectin methylesterase. Aktivitas enzim di pektin (Gambar 1) dapat diikuti terus-menerus pada pH stasioner 7,5 sejak proton dikeluarkan saat ikatan ester dihidrolisis. Angka produksi metanol dan pembentukkan endapan ion Ca²⁺ pada asam pectic digunakan juga untuk menentukan aktivitas enzim.

          Pectinesterase secara umum mula-mula menyerang pektin pada posisi awal yang berdekatan pada pektin menjadi gugus karboksil bebas. Hanya 65-75% gugus karboksil yang teresterifikasi. Asam poligalakturonic yang mengandung metil tidak didegrasi secara total oleh pectinesterase yang butuh gugus karboksil bebas untuk penyerangan awal.     Penelitian tentang pectinesterase yang bersumber dari jeruk albedo yaitu enzim ini tidak spesifik benar untuk metil ester pada pektin yang ester etilnya terhidrolisis 3-13% dari kecepatani metil ester. Turunan dari sebagian alkohol seperti glycol, gliserol, atau butanol tidak terhidrolisis. Pectinesterase pada jeruk bekerja spesifik terhadap ester pada asam polygalacturonic yang variasi ester asam carboxylicnya tinggi terhidrolisis kurang dari 0,001 kecepatan pectin.    

    II.            POLYGALACTURONASE

            Polygalacturonase menghidrolisis ikatan glikosidik senyawa pectic dengan air Pakar ilmu enzim tidak membedakan antara polygalacturonase dan polymethylgalacturonase tetapi mengklasifikasi sebagai polygalacturonases (trivial name). Polygalacturonase terbagi lagi berdasar pada metode penyerangan substrat dan sifat alami substrat. Polygalacturonase dan polymethylgalacturonase memiliki pH optimal 4,5 - 6,0.

          Endo-polymethylgalacturonase dan endo-polygalacturonase dibedakan satu sama lain berdasar pada aktivitas relatif terhadap pektin yang penuh metil dan pada asam pectic Endo-polymethylgalacturonases memiliki aktivitas tertinggi pada pektin dan tidak beraktivitas pada asam pectic; begitu juga sebaliknya pada endo-polygalacturonase. Teknik percobaan yang sama ini juga membedakan antara exo-polymethylgalacturonase dan exo-polygalacturonase.

          Salah satu metode untuk membedakan antara enzim pemecah yang exo- dan endo- adalah  dengan membandingkan kecepatan turunnya viskositas dengan kecepatan hidrolisis yang diukur dari meningkatnya penurunan gugus. Enzim endo-pemecah menyebabkan penurunan viskositas sebesar 50% saat hanya 3-5% ikatan glikosidik yang terhidrolisis, sementara itu dengan enzim exo-pemecah diperlukan sekitar 10-15% ikatan glikosidik yang terhidrolisis untuk menghasilkan penurunan viskositas sebesar 50%. Metode lain yang digunakan untuk membedakan antara enzim pemecah yang endo- dan exo-  adalah keaslian produk-produk yang terbentuk diawal reaksi. Ini ditentukan dengan kolom kromatografi pertukaran ion dan filtrasi gel.

          Aktivitas relatif enzim pada substrat yang berbeda ukuran mungkin ditinjau dari kecepatan hidrolisis molekul polimer yang hampir selesai atau dimulai dengan bedanya ukuran substrat. Untuk enzim yang tidak mendukung ukuran substrat, kecepatannya akan tetap konstan hingga hidrolisisnya sempurna. Di samping itu, kecepatan akan menurun seiring dengan semakin kecilnya ukuran substrat saat enzim lebih memilih substrat yang berukuran besar. Polygalacturonase pada tomat memiliki tingkat aktivitas yang lebih tinggi   pada substrat yang lebih besar. Contoh, substrat terhidrolisis dari akhir reduksi oleh polygalacturonase tomat (Gambar 4). Saat asam tetragalacturonic digunakan sebagai substrat, kecepatan relatif hidrolisis pada ikatan glikosidik 1>> 2 >> 3 (penomoran dari akhir reduksi substrat).

          Oligogalacturonate hydrolase yang tergolong enzim exo-pemecah memiliki aktivitas maksimum saat produksi trigalacturonates dari endo-polygalacturonase pada asam pectic dani oligogalacturonate hydrolase Δ4:5 tidak jenuh. Produk akhirnya ialah monogalacturonate. Oligogalacturonate hydrolase Δ4:5 tidak jenuh bekerja pada oligogalacturonate Δ4:5 tidak jenuh yang dihasilkan dari endo-polygalacturonate lyase pada asam pectic. Enzim exo- pemecah melepaskan unit monogalacturonate tidak jenuh dari Δ4:5 oligogalacturonates tidak jenuh, memberikan monogalacturonate tidak jenuh dan oligogalacturonate jenuh. Oligogalacturonates lebih lanjut dihidrolisis oleh oligogalacturonate hydrolases.

          Peranan NaCl yang dibutuhkan untuk aktivitas maksimum dari polygalacturonases tidaklah jelas, tetapi itu nampak pada kegunaannya dalam mencegah hambatan enzim atas produk-produknya. Beberapa dari polygalacturonases membutuhkan ion Ca²⁺. Ion Ca²⁺ memainkan peranannya dalam pengikatan dan atau katalisis, dalam memelihara penyesuaian dari enzim, atau apa itu untuk menutupi gugus karboksilat pada substrat. Aktivitas dari polygalacturonases diikuti oleh pengukuran:

         (a).     angka penurunan viskositas dari campuran reaksi

        (b).     angka pembentukan dari mengurangi gugus

         (c).     penurunan dalam putar optis, atau

        (d).     penurunan dalam kemampuan pembentukan endapan ion kalsium atau pelarut nonpolar

Hanya perhitungan gugus yang berkurang dan penurunan dalam putar optis yang dapat dihubungkan langsung dengan nomor ikatan glikosidik yang terhidrolisis. Enzin endo- dan exo- pemecah mungkin dibedakan dengan membandingkan angka reduksi viskositas dengan angka pembentukan menurunnya gugus.  

 III.            PECTATE LYASES

          Pectate lyases [poly(1,4-α-D-galacturonide) lyase, EC 4.2.2.2] memecah ikatan glikosidik dengan trans eliminasi pada hidrogen dari posisi C-4 dan C-5 substrat (bagian aglycone). Air tidak terlibat sebagai substrat. Untuk itu, enzim ini termasuk kelompok enzim “lyase”.

          Pectate lyases dibagi berdasarkan substratnya (pectin atau asam pektit) dan tipe  pemecahan (exo- atau endo-).  pH optimum Pectate lyases adalah antara 8.5 sampai 9.5, semua Pectate lyases  memerlukan kehadiran Ca²⁺. Kation divalen yang lain, seperti Sr²⁺, Mn²⁺, dan Mg²⁺, juga menstimulasi aktivitas namun tidak sebanyak Ca²⁺ . Exo-pectate lyases bekerja menyerang substrat dari ujung gugus reduksi seperti exo-polygalacturonases. Spesifitas ini berbeda dengan exo-amylases (β-amilase dan glukoamilase) dan exo- β-1,4-glucanases, yang spesifitasnya pada ujung gugus non reduksi.