I. PENDAHULUAN
2.8 Faktor-faktor Pembentuk Karotenoid
Pada proses fotosintesis, cahaya diserap oleh pigmen dan dikonversi menjadi energi kimia ATP dan NADPH, yang mana digunakan untuk mensintesis bahan organik dari karbondioksida. Cahaya yang digunakan untuk proses fotosintesis berada pada rentang spektrum elektromagnetik 400-700 nm, yang biasa disebut photosynthetically active radiation (PAR). Sebuah pigmen secara selektif mengabsorbsi panjang gelombang PAR tertentu. Pigmen utama pada semua alga adalah klorofil A, tetapi proses absorsinya juga dibantu oleh pigmen lain (pigmen asesoris). Pigmen asesoris mengabsorbsi panjang gelombang PAR yang berbeda dan mentransfer energi cahaya ke klorofil A. Pigmen fotosintetik berasosiasi dengan protein dalam membran tilakoid untuk membentuk light harvesting complexes. Masing-masing fotosistem terdiri dari ratusan pigmen-protein komplek kemudian menyalurkan energi ke pusat reaksi (terdiri dari klorofil A khusus berikatan dengan unit protein). Dua tipe fotosistem bekerja
bersama-sama untuk mereduksi NADP+ menjadi NADPH dan mengkonversi ADP menjadi ATP. Fotosistem I hanya terdiri dari klorofil a saja, sedangkan fotosistem II terdiri dari klorofil a dan pigmen asesoris. Alga dapat mengatur aliran elektron pada fotosistem I dan fotosistem II untuk merespon cahaya di lingkungan sekitarnya sehingga efisiensi fotosintesis tetap terjaga (Chow et al., 1990 dalam Sze, 1993).
Cahaya yang dipancarkan oleh sinar matahari berfungsi dalam proses fotosintesis, tetapi hanya panjang gelombang tertentu yang dimanfaatkan untuk proses fotosintesis tersebut, masing-masing jenis cahaya berbeda pengaruhnya terhadap proses fotosintesis terkait dengan jenis pigmen penangkap cahaya. Semakin banyak cahaya yang diserap pada saat fotosintesis maka spektrum karotenoid semakin terlihat yaitu peningkatan dan penampakan warna jingga (Pamungkas dan Kurniady, 2006).
Menurut Cifuentes et al. (2003), karotenogenesis paling baik pada H. pluvialis dipicu oleh intensitas cahaya yang tinggi. Hal ini hampir sama dengan hasil penelitian Harker et al. (1996b) dalam Cifuentes et al. (2003) yang menyatakan bahwa faktor utama yang paling penting pada karotenogenesis alga yaitu intensitas cahaya yang tinggi. Lebih spesifik Cifuentes et al. (2003) menyatakan bahwa intensitas cahaya terbaik untuk memicuh karotenogenesi H. pluvialis adalah 150 µmol/m2/s yang sebelumnya dikultur pada nitrat dengan intensitas 35 µmol/m2/s. Kandungan karotenoid meningkat dari 1,7 menjadi 4,88 mg/liter dan dari 10 menjadi 25 pg/sel ini sangat signifikan bila dibandingkan dengan perlakukan yang lain (salinitas dan pengurangan Nitrogen).
Enzim yang berpengaruh dalam biosintesis karotenoid yaitu phytoene synthase (PSY), phytoene desaturase (PDS), ζ-carotene desaturase (ZDS), lycopene cyclase (LCYB), β-carotene ketolase, dan carotenoid hydroxylase (CH) (Cunningham and Gantt, 1998 dalam Steinbrenner and Linden, 2001). Intensitas cahya mampu meningkatkan level mRNA carotenoid hydroxylase (CH) dan phytoene synthase (PSY) (Steinbrenner and Linden, 2001). Dengan meningkatnya level mRNA carotenoid hydroxylase (CH) dan phytoene synthase (PSY) maka phytoene yang merupakan penyusun karoten juga meningkat. Meningkatnya phytoene dapat memempengaruhi meningkatnya karotenoid yang disintesis.
2.8.2 Salinitas
Penambahan NaCl dapat menyebabkan kematian (mortalitas 45%), tetapi pada sel yang hidup (survive) terjadi peningkatan warna merah. Kenaikan total karotenoid per sel dan kadar astaxantin per berat bersih terjadi ketika dikombinasi dengan intensitas cahaya tinggi ( 85 µmol/m2/s). Hal ini menunjukan bahwa NaCl merupakan faktor pemicu karotenogenik pada alga jenis H. pluvialis (Cifuentes et al., 2003).
Harker et al. (1995) dalam Cifuentes et al. (2003) telah mempelajari keefektifan penambahan NaCl pada karotenogenesis H. pluvialis strain CCAP 34/7 dan menyatakan bahwa peningkatan astxanthin saat panen terjadi saat mereka mengkobinasikan kadar NaCl yang lebih rendah dengan intensitas cahaya yang sangat tinggi ( 1600-1700 µmol/m2/s). Menurut Sarada et al. (2002) dalam Cifuentes et al. (2003) menyatakan bahwa umur kultur sangat penting untuk
memicu produksi astaxanthin pada kultur yang distreskan dengan pemicu salinitas. Kultur yang lebih muda (umur dua sampai delapan hari) sangat sensitif terhadap penambahan NaCl, sedangkan kultur yang lebih tua ( umur 12-16 hari) resisten dan mengakumulasi lebih banyak astaxanthin ketika NaCl ditambahkan dengan sodium acetate dan setelah masa inkubasi panjang ( selama 20 hari).
Pada penelitian yang dilakukan Cifuentes et al. (2003) menunjukan bahwa level karotenoid yang diakumulasi dengan perlakuan menggunakan salinitas lebih rendah bila dibandingkan dengan perlakuan yang lain.
III KONSEPTUAL PENELITIAN DAN HIPOTESIS
3.1 Kerangka Konseptual
Karotenoid berfungsi untuk memberi warna pada kulit ikan (Britton, 1976 dalam Siegler, 1998). Pewarnaan sangat penting bagi hewan akuakultur seperti pewarnaan merah dan kuning pada ikan, pewarnaan pada daging ikan salmon, pada eksoskeleton dan otot epitelium udang maupun lobster serta pada karapas krustacea lain (Sigurgisladottir et al.,1997 dalam Bjerkeng, 2000). Pewarnaan akan meningkatkan nilai ekonomis ikan di pasar. Karotenoid juga bermanfaat bagi kesehatan manusia. Karotenoid mampu meningkatkan respon imun dan mereduksi resiko kanker, penyakit jantung dan katarak (Amstrog, 1997 dalam Rodriguez-Amaya and Kimura, 2004).
Ada banyak faktor yang mempengaruhi pembentukan karotenoid pada Haematococcus pluvialis yaitu dengan penambahan NaCl (0,2 and 0,8 %), pengurangan nitrogen dan intensitas cahaya yang tinggi (150 µmol/m2/s atau 11.700 lux) (Cifuentes, 2003). Pada lingkungan yang tidak sesuai seperti cahaya yang tinggi, radiasi UV dan nutrisi yang tidak sesuai, beberapa Chlorophyceae, seperti Haematococcus, Chlorella dan Scenedosmus, mengakumulasi karotenoid, canthaxanthin dan astaxanthin, yang disintesis oleh kombinasi β-carotene hydroxylase gene (CrtR-b) dan β-karoten ketolase (CtrW, BKT) (Lemione and Schoefs, 2010 dalam Takaichi, 2011). Enzim yang berpengaruh dalam biosintesis karotenoid yaitu phytoene synthase (PSY), phytoene desaturase (PDS), ζ-carotene desaturase (ZDS), lycopene cyclase (LCYB), β-carotene ketolase, dan carotenoid hydroxylase (CH) (Cunningham and Gantt, 1998 dalam Steinbrenner and Linden,
2001). Menurut Steinbrenner and Linden (2001), Intensitas cahya mampu meningkatkan level mRNA carotenoid hydroxylase (CH) dan phytoene synthase (PSY).
Cahaya dapat menyebakan naiknya produk fotosintesis (Peel and Wveatherly, 1962 dalam Servaites and Geiger, 1974). Cahaya dapat menyebakan meningkatkan ATP yang dihasilkan pada fotosintesis (Plaut and Reinhold, 1969 dalam Servaites and Geiger, 1974). Naiknya ATP akan memicuh semakin cepatnya laju metabolisme dan akan mempengaruhi metabolisme karotenoid dalam sel alga. Peri et al. (2009) menyatakan bahwa intensitas cahaya memiliki hubungan positif terhadap kecepatan fotosintetik dan konduksi stomata. Kecepatan fotosintetik menurun dengan menurunya intensitas cahaya, begitu pula sebaliknya.
Berdasarkan referensi di atas, maka pada penelitian ini kami mencoba mengkultur Chlorella sp. yang diberi perlakuan dengan intensitas cahaya yang berbeda untuk mengetahui pengaruhnya terhadap kandungan karotenoid pada Chlorella sp. Parameter kualiatas air, seperti salinitas dan pH di diseragamkan sebelum proses kultur. Chlorella sp. dibudidayakan pada medium Walne cair dan diamati pertumbuhan populasinya setiap hari. Setelah panen algae dilakukan ekstraksi dilanjutkan dengan pengamatan kandungan karotenoid. Dari pengamatan tersebut akan didapat data kandungan karotenoid Chlorella sp.yang kemudian dapat dianalisis dan disimpulkan hasilnya.
Diperoleh dengan
Gambar 3.1. Kerangka konseptual penelitian Kultur Chlorella
Meningkatkan level mRNA carotenoid hydroxylase (CH) dan phytoene synthase (PSY). Karotenoid cahaya suhu pH Nutrisi Alami Sintetis karotenogenesis Alga Sayuran Buah Sumber Chlorella Rodhophyta Chlorophyta Dunaliela N
NaCl Intensitas Cahaya
Intensitas Cahaya
Phytoene meningkat
Produksi Karotenoid meningkat Bermanfaat bagi Kesehatan Antikanker Antioksidan Meningkatkan kecepatan fotosintesis ATP Proses metabolisme