BIOSENSOR ANTIOKSIDAN MENGGUNAKAN EKSTRAK PROTEIN DARI BAKTERI Deinococcus

55 Pages·2017·15.4 MB·Indonesian

i

BIOSENSOR ANTIOKSIDAN MENGGUNAKAN EKSTRAK
PROTEIN DARI BAKTERI Deinococcus radiodurans
TERIMOBILISASI PADA NANOPARTIKEL ZEOLIT
IMAS EVA WIJAYANTI

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
ii
iii

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Biosensor Antioksidan
menggunakan Ekstrak Protein dari Bakteri Deinococcus radiodurans
Terimobilisasi pada Nanopartikel Zeolit adalah benar karya saya dengan arahan
dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada
perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya
yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam
teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Juli 2014

Imas Eva Wijayanti
NIM G451120041
iv

RINGKASAN

IMAS EVA WIJAYANTI. Biosensor Antioksidan menggunakan Ekstrak Protein
dari Bakteri Deinococcus radiodurans Terimobilisasi pada Nanopartikel Zeolit.
Dibimbing oleh DYAH ISWANTINI, NOVIK NURHIDAYAT, dan DEDEN
SAPRUDIN.

Senyawa antioksidan eksogen dibutuhkan pada berbagai bidang, seperti
kesehatan manusia, industri makanan, dan farmasi. Saat ini, banyak penawaran
yang menyatakan suatu produk mempunyai kandungan antioksidan, sehingga
dibutuhkan metode yang tepat untuk mengukur sifat-sifat antioksidan pada
berbagai jenis produk ini. Metode yang umum digunakan untuk penentuan sifat
antioksidan adalah dengan spektrofotometri. Walaupun metode ini memiliki
keakuratan yang tinggi dan dapat langsung menganalisis kandungan antioksidan,
namun ia memiliki beberapa kelemahan diantaranya biaya yang relatif mahal,
waktu yang lama, kurang sensitif, serta dipengaruhi oleh kekeruhan. Oleh karena
itu, dibutuhkan metode yang lebih mudah, cepat, dan sensitif dalam penentuan
kapasitas antioksidan. Biosensor elektrokimia menjadi salah satu alternatif yang
ditawarkan untuk dapat mengatasi berbagai kelemahan metode spektrofotometri.
Biosensor antioksidan telah dikembangkan secara luas untuk mengukur
kapasitas antioksidan. Namun kinerja biosensor antioksidan harus terus
ditingkatkan untuk menghasilkan biosensor dengan aktivitas dan stabilitas yang
semakin baik. Faktor kunci keberhasilan dalam pengembangan biosensor
antioksidan berbasis enzim adalah ketepatan penggunaan teknik dan matriks
imobilisasi sehingga eksplorasi material yang dapat digunakan sebagai matriks
pengimobilisasi terus dilakukan. Tujuan dari penelitian ini adalah menentukan
kinerja analitik biosensor dari ekstrak protein Superoksida Dismutase (SOD) dari
bakteri Deinococcus radiodurans (D. radiodurans) yang terimobilisasi pada
nanopartikel zeolit (NPZ) secara elektrokimia. Sebagai pembanding, digunakan
pula enzim murni SOD dari eritrosit sapi. Penelitian ini terdiri dari beberapa tahap
percobaan yaitu: aktivasi dan pembuatan NPZ, penumbuhan dan ekstraksi sel D.
radiodurans, imobilisasi enzim, dan pengukuran elektrokimia untuk penentuan
kinerja analitik. Dipakai empat elektrode sebagai perbandingan yaitu elektrode
ekstrak SOD dari bakteri D. radiodurans yang terimobilisasi pada NPZ, elektrode
enzim murni SOD dari eritrosit sapi yang terimobilisasi pada NPZ, elektrode
enzim murni SOD dari eritrosit sapi tanpa imobilisasi NPZ, dan elektrode ekstrak
SOD dari D. radiodurans tanpa imobilisasi NPZ. Kondisi optimum diperoleh
dengan software Minitab 16 dengan program aplikasi Response Surface Methode
(RSM).
v

Penelitian ini menunjukkan bahwa elektrode ekstrak kasar SOD dari bakteri
D. radiodurans dengan imobilisasi NPZ memiliki kinerja yang lebih tinggi
terhadap radikal bebas superoksida (O -.) daripada ketiga elektrode lainnya. Hal
2
ini ditunjukkan dengan stabilitas daya simpan sampai pada jam ke-8 pada
elektrode ekstrak kasar SOD dari bakteri D. radiodurans mencapai 58.93%.
Sedangkan elektrode enzim murni SOD yang terimobilisasi pada NPZ, elektrode
ekstrak kasar SOD dan elektrode enzim murni SOD tanpa imobilisasi berturut-turut
tersisa 50.43%, 36.77%, dan 25.99%. Elektrode ekstrak kasar dan enzim murni
SOD yang terimobilisasi pada NPZ juga menunjukkan akurasi yang baik dengan
nilai standar deviasi (SD) sebesar 0.0492 untuk elektrode ekstrak kasar
terimobilisasi pada NPZ dan 0.0335 untuk elektrode enzim murni terimobilisasi
pada NPZ. Sedangkan elektrode yang tidak diimobilisasi untuk elektrode ekstrak
kasar dan enzim murni memiliki standar deviasi yang lebih besar yaitu 0.0921 dan
0.0593.
Pengukuran limit deteksi menunjukkan nilai yang cukup rendah untuk
masing-masing elektrode. Limit deteksi yang diperoleh untuk elektrode ekstrak
kasar dan enzim murni SOD yang terimobilisasi pada NPZ secara berturut-turut
adalah 0.5 μM dan 1.49 μM. Sedangkan untuk elektrode ekstrak kasar dan enzim
murni SOD tanpa terimobilisasi pada NPZ berturut-turut adalah 1.92 μM dan 1.73
μM. Untuk semua pengukuran ini, digunakan rentang konsentrasi Xantina dari 1-7
μM. Pada rentang ini, nilai regresi (R2) untuk elektrode ekstrak kasar SOD dengan
imobilisasi NPZ adalah sebesar 0.9919. Sedangkan untuk elektrode enzim murni
SOD yang terimobilisasi pada NPZ, ekstrak kasar SOD dan enzim murni SOD
tanpa imobilisasi pada NPZ masing-masing memiliki nilai regresi sebesar 0.982,
0.956, dan 0.9237. Dengan berdasarkan nilai regresi yang tinggi, maka sensitivitas
elektrode terdapat pada rentang konsentrasi 1-7 μM adalah sebesar 0.278 AM-1.
Daerah kerja yang linier, limit deteksi yang rendah, serta stabilitas, sensitivitas, dan
akurasi yang tinggi menunjukkan bahwa elektrode ekstrak kasar SOD yang
terimobilisasi pada NPZ dapat dijadikan alternatif pada aplikasi biosensor di masa
depan yang lebih murah dan akurat.

Kata kunci: biosensor antioksidan, imobilisasi, superoksida dismutase, zeolit
vi

SUMMARY

IMAS EVA WIJAYANTI. Antioxidant Biosensors using Protein Extract of
Immobilized Bacterium Deinococcus radiodurans on Zeolite Nanoparticles.
Supervised by DYAH ISWANTINI, NOVIK NURHIDAYAT, and DEDEN
SAPRUDIN.

Exogenous antioxidant compounds required in various fields, such as human
health, food industry, and pharmaceutical. Nowadays, many states offer a product
that has antioxidants, so it takes the proper method to measure the properties of
antioxidant from various types of products. A common method to determinate the
antioxidant properties is by spectrophotometry methods. Although this method
has high accuracy and can be analyzed the antioxidant content directly, but it has
several drawbacks, there are its relatively high cost, long time of analysis, less of
sensitivity, and could be affected by turbidity. Therefore, it takes an easier method,
more rapid, and more sensitive for the determination of antioxidant capacity.
Electrochemical biosensor is an alternative methods that can be used to overcome
the weaknesses of spectrophotometric methods.
Biosensors antioxidants have been extensively developed widely for
measuring antioxidant capacity. Biosensor antioxidants performance continues to
produce biosensors with improved activity and stability are the better. The key
factor of success in the development of biosensors based antioxidant enzymes is
the use of precision engineering and immobilization matrix so that the exploration
of materials which can be used as an immobilization matrix could be continued.
The purpose of this study is to determine the analytical performance of the
biosensor enzymes superoxide dismutase extract (SOD) from Deinococcus
radiodurans bacterium (D. radiodurans) immobilized on zeolite nanoparticles
(NPZ) electrochemically. As a comparison, pure SOD enzyme from bovine
erythrocytes was used. This study consisted of several steps of experiments, that
is: activation and NPZ manufacture, cultivation and extraction of D. radiodurans
cells, immobilization of enzymes, and electrochemical measurements for the
determination of analytical performance. Four electrodes used for comparison,
there are SOD enzyme electrode from crude extract of bacterium D. radiodurans
which were immobilized on NPZ, pure SOD enzyme electrode of bovine
erythrocyte which were immobilized on NPZ, SOD enzyme electrode from crude
extract of bacterium D. radiodurans without immobilization on NPZ, and pure
SOD enzyme electrode of bovine erythrocyte without immobilization on NPZ.
The optimum condition was obtained by software Minitab 16 with an application
program of Response Surface Method (RSM) method.
vii

This study shows that SOD enzyme electrode from crude extract of bacterium
D. radiodurans which were immobilized on NPZ has higher performance against
superoxide free radicals (O -.) than any other electrodes. It was showed by the
2
stability of the power - save up to 8 hours on a crude extract SOD which were
immobilized on NPZ electrode remaining, which was 58.93%. While the pure
SOD enzyme which were immobilized on NPZ electrode, SOD enzyme electrode
from crude extract of bacterium D. radiodurans without immobilization NPZ, and
pure SOD enzyme electrode of bovine erythrocyte without immobilization NPZ
only remaining 50.43%, 36.77%, and 25.99% respectively. SOD enzyme
electrode from crude extract of bacterium D. radiodurans and pure SOD enzyme
electrode of bovine erythrocyte which were immobilized on NPZ also showed
good accuracy with standard deviation (SD) of 0.0492 and 0.0335. While SOD
enzyme electrode from crude extract of bacterium D. radiodurans and pure SOD
enzyme electrode of bovine erythrocyte without immobilitation on NPZ are 0.921
and 0.0593.
Measurements showed that each electrode has low enough value of detection
limit. Limit of detection obtained for SOD enzyme electrode from crude extract of
bacterium D. radiodurans and pure SOD enzyme electrode of bovine erythrocyte
which were immobilized on the NPZ are 0.5 μM and 1.49 μM. While SOD
enzyme electrode from crude extract of bacterium D. radiodurans and pure SOD
enzyme electrode of bovine erythrocyte without immobilization on NPZ are 1.92
μM and 1.73 μM. For all these measurements, xanthine concentration was in
range of 1-7 μM. In this range, the value of regression (R2) for the SOD enzyme
electrode from crude extract of bacterium D. radioduransis 0.9919. While for
pure SOD enzyme electrode of bovine erythrocyte which were immobilized on
NPZ, SOD enzyme electrode from crude extract of bacterium D. radiodurans, and
pure SOD enzyme electrode of bovine erythrocyte without immobilized on NPZ
show regression value of 0.982, 0.956, and 0.9237. With a high value based
regression, the sensitivity of electrodes are in the range of 1-7 μM concentration.
Linear working area, low limit of detection, as well as stability, sensitivity, and
high accuracy indicates that the SOD enzyme electrode from crude extract of
bacterium D. radiodurans which were immobilized on the NPZ can be an
alternative to the application of biosensors in the future cheaper and accurate
which were not only more accurate but also unexpensive.

Keywords: antioxidants biosensors, immobilization, superoxide dismutase, zeolite
viii

© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang

Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
ix

BIOSENSOR ANTIOKSIDAN MENGGUNAKAN EKSTRAK
PROTEIN DARI BAKTERI Deinococcus radiodurans
TERIMOBILISASI PADA NANOPARTIKEL ZEOLIT
IMAS EVA WIJAYANTI
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Kimia
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
x

Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr Akhiruddin Maddu, MSi