Ekspresi, Puifikasi, dan Karakterisasi Enzim Trehalose Synthase dari Arthrobacter alpinus (AaTreS) untuk Produksi Trehalosa

Abstract

Trehalosa merupakan disakarida non-reduksi yang banyak dimanfaatkan dalam industri pangan, farmasi, dan kosmetik karena memiliki stabilitas termal dan kimia yang tinggi serta kemampuan melindungi biomolekul. Produksi trehalosa secara enzimatik melalui jalur trehalose synthase (TreS) menjadi alternatif yang menjanjikan karena prosesnya lebih spesifik, sederhana, dan berlangsung pada kondisi reaksi yang relatif ringan. Penelitian ini bertujuan untuk mengekspresikan, memurnikan, serta mengarakterisasi enzim TreS dari Arthrobacter alpinus (AaTreS) secara biokimia dan kinetika guna mengevaluasi potensinya sebagai biokatalis dalam produksi trehalosa. Gen treS dari A. alpinus diekspresikan secara heterolog dalam Escherichia coli BL21 StarTM (DE3), kemudian enzim rekombinan yang dihasilkan dimurnikan menggunakan kromatografi afinitas logam terimobilisasi. Hasil optimasi ekspresi menunjukkan bahwa kondisi induksi pada suhu rendah menghasilkan enzim AaTreS dalam fraksi larut dengan tingkat ekspresi yang lebih baik. Enzim hasil purifikasi terdeteksi sebagai protein berukuran sekitar 67 kDa berdasarkan analisis SDS-PAGE dan Western blot. Karakterisasi biokimia menunjukkan bahwa AaTreS memiliki aktivitas optimum pada suhu 30 °C dan pH 6,5. Enzim ini juga menunjukkan stabilitas yang lebih baik pada suhu 20 °C dengan waktu paruh sekitar 11 jam dibandingkan dengan suhu 30 °C. Pengujian pengaruh ion logam menunjukkan bahwa AaTreS tidak memerlukan ion logam sebagai kofaktor utama, dengan aktivitas relatif yang tetap tinggi pada perlakuan EDTA dan sedikit peningkatan aktivitas pada perlakuan Ca2+ Analisis kinetika menunjukkan bahwa aktivitas AaTreS terhadap maltosa mengikuti model Michaelis – Menten dengan nilai afinitas sedang terhadap substrat. Uji biokonversi berbasis waktu menunjukkan bahwa AaTreS mampu mengkatalisis konversi maltosa menjadi trehalosa, dengan efisiensi konversi yang lebih tinggi pada konsentrasi substrat rendah. Profil biokonversi yang diperoleh mencerminkan karakter reaksi TreS yang reversibel dan sejalan dengan karakteristik kinetika enzim. Secara keseluruhan, hasil penelitian ini menunjukkan bahwa TreS dari A. alpinus memiliki karakteristik ekspresi, aktivitas, dan stabilitas yang mendukung potensinya sebagai biokatalis dalam produksi trehalosa pada kondisi reaksi ringan dan hemat energi.