Simulasi Termostabilitas Struktur Glukosa Oksidase Aspergillus niger IPBCC.08.610 In-Silico

Abstract

Pemanfaatan sel biofuel glukosa berbasis enzimatik menjadi salah satu sumber energi alternatif berkelanjutan sekaligus mendorong terciptanya green chemistry. Hal ini dikarenakan peran enzim sebagai katalis yang ramah lingkungan untuk mengonversi ketersediaan glukosa dari berbagai biomassa. Glukosa oksidase dari Aspergillus niger IPBCC.08.610 (GOD_IPBCC) merupakan oksidoenzim dari Indonesia yang memiliki potensi untuk diaplikasikan sebagai bioanoda dalam sel biofuel dengan secara efisien menghasilkan elektron hasil reaksi oksidasi dari β-Dglukosa. Agar dapat diterapkan kedepannya, perlunya pemahaman dari aspek hubungan struktur dan fungsi GOD_IPBCC yang dilakukan secara in-silico sebelum melakukan eksperimen rekayasa protein di laboratorium. Dengan mempelajari struktur tiga dimensi GOD_IPBCC melalui simulasi dinamika molekul, maka informasi ditingkat molekular dapat diperoleh untuk menentukan titik kestabilannya, sebagai tahapan penting untuk mendesain enzim rasional. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan struktur terbaik GOD_IPBCC hasil pemodelan komparatif dan residu penentu termostabilitas struktur. Metode penelitian terbagi menjadi dua tahap: (1) Konstruksi model GOD_IPBCC berdasarkan similaritas penjajaran asam amino tertinggi terhadap struktur GOD yang terdeposit di bank data protein (kode protein 1CF3 dan 5NIT) sebagai templat dan simulasi referensi 300K selama 50 ns dari struktur terbaik; dan (2) melakukan simulasi kestabilan termal GOD_IPBCC untuk tiap kenaikan temperatur 350K, 400K, dan 500K dengan waktu simulasi yang sama. Hasil evaluasi kualitas struktur primer, sekunder, dan tersier menunjukkan bahwa model GOD_IPBCC yang dikonstruksi dari 1CF3 (GOD_IPBCC_1CF3) dipilih sebagai struktur terbaik, memiliki dua daerah fungsional dan tiga residu katalitik yang mirip dengan struktur eksperimennya. Lebih jauh, secara keseluruhan struktur enzim ini tidak mengalami perubahan konformasi yang signifikan hingga akhir waktu simulasi, memberikan penjelasan bahwa struktur GOD_IPBCC_1CF3 bersifat stabil pada suhu lingkungan. Simulasi kestabilan termal dari struktur terbaik mengungkap sejumlah residu penstabil selama simulasi, sebagaimana dibuktikan dengan rendahnya fluktuasi pada setiap varian suhu (bahkan 500 K). Bagian dari residu tersebut membentuk koneksi jembatan garam untuk mempertahankan konformer heliks di daerah pengikatan subtrat dan memengaruhi arsitektur residu katalitiknya. Ikatan hidrogen antara E48 dengan gula ribosa selalu dipertahankan akan sifat termalnya dan berperan penting dalam mengurangi fleksibilitas koenzim di situs aktif.