Enzim Keratinase: Enzim untuk mencerna limbah bulu

 Keratinase [EC 3.4.21] adalah protease kelompok besar serin protease atau metallo protease yang bisa mendegradasi struktur yang menyusun protein keratin (Gupta & Ramnani, 2006). Keratinase adalah satu-satunya kelompok protease yang bisa mendegradasi keratin yang sangat kompleks sehingga bisa mengubah limbah yang mengandung keratin menjadi asam amino dan protein larut (Kothari dkk., 2016). Kebanyakan keratinase dari genus Bacillus tergolong protease tipe serin. Keratinase yang diproduksi oleh B. licheniformis PWD-1 sudah dikarakterisasi dengan baik dan tergolong protease tipe serin, dan gen pengkode KerA menunjukkan homologi dengan subtilisin yang juga merupakan tipe protease serin. Gen KerA yang mengkode keratinase B. licheniformis diekspresikan khusus untuk hidrolisis bulu, sehingga kehadiran keratin bulu sebagai sumber karbon dan nitrogen pada media kultur menghasilkan ekpresi protease keratinolitik. Sisi katalitik dari serin protease disusun oleh triad katalitik yaitu Serin-Histidin-Asparagin. Mekanisme hidrolisis dari serin protease terdiri dari dua langkah reaksi yaitu pembentukan intermediet enzim-peptida yang terikat secara kovalen dan pelepasan asam amino atau fragmen peptida (Hedstrom, 2002).

Mekanisme Degradasi Keratin Oleh Keratinase

Keratinase dari mikroba umumnya adalah enzim ekstraseluler ketika ditumbuhkan pada substrat keratin, tetapi terdapat bebrapa keratinase yang terikat ke sel maupun intraseluler. Keratinase intraseluler pada kebanyakan penelitian utamanya adalah kelompok disulfida reduktase, sulfit atau thiosulfate yang secara sinergis membantu keratinase mendegradasi keratin dengan mengurangi ikatan disulfida pada keratin. Secara lebih eksplisit, terdapat dua langkah dalam keratinolisis, yaitu sulfitolisis atau reduksi ikatan disulfida dan proteolisis. Dispekulasikan bahwa sulfitolisis membutuhkan sel hidup, reduktan seperti natrium sulfit, DTT, mercaptoethanol, glutathione, sistein and thioglikolat atau disulfida reduktase, yang beraksi dengan bekerjasama dengan protease keratinolitik untuk degradasi keratin secara penuh. Tetapi, urutan dari peristiwa ini di alam masih menjadi perdebatan. Keratinase dihasilkan dalam jumlah besar dalam media basal dengan substrat keratin. Kebanyakan organisme mampu menggunakan keratin sebagai sumber karbon dan nitrogen satu-satunya. Namun, jenis induser keratin eksogen mulai dari bulu ayam utuh, tepung bulu ayam, rambut wol, tanduk, kuku, dan stratum korneum sampai rambut (Gupta & Ramnani, 2006).

Kebanyakan penelitian menunjukkan bahwa kelompok keratinase adalah enzim yang indusibel. Gula sederhana seperti glukosa dilaporkan mampu menghambat sintesis keratinase karena represi katabolit, yang sering dijumpai pada protease mikroba. Semua fermentasi yang mengawali produksi keratinase juga diikuti dengan degradasi substrat keratin secara berkala. Namun yang menarik bahwa kinetika produksi keratinase dan degradasi keratin tidak beriringan. Keratinolisis tidak bisa digunakan sebagai penanda produksi dan begitu pula sebaliknya. Hal ini bisa dicontohkan dari literatur dimana keratinase utamanya dihasilkan saat akhir fase eksponensial fase stasioner dari pertumbuhan mikroba, sedangkan degradasi keratinase membutuhkan waktu 24 jam sampai beberapa hari. Hal ini terkait dengan mekanisme kompleks dari organisme ini (Gupta & Ramnani, 2006).

Mekanisme Bacillus dalam mendegradasi bulu diteliti oleh Ramnani dkk. (2005) dengan menggunakan spesies bakteri Bacillus licheniformis RG1. Analisis struktural menunjukkan bahwa bakteri menempel dekat dengan barbula kemudian menghasilkan keratinase yang berdifusi secara lateral dan mendegradasi rachis dan barbula. Analisis biokimia menunjukkan bahwa degradasi bulu secara penuh tidak cukup hanya menggunakan keratinase ekstraseluler maupun dengan kombinasi disulfida reduktase intraseluler. Penempelan sel diperlukan untuk degradasi bulu secara penuh. Sel kemungkinan menyediakan reduktan untuk memecah jembatan disulfida secara berkelanjutan.