Simulasi Dinamika Molekul dan Model Matematika: Potensi yadG sebagai Reseptor Biosensor Amperometrik Deteksi TNT.

Abstract

Deteksi cepat dan selektif senyawa peledak seperti 2,4,6-Trinitrotoluena (TNT) sangat penting dalam bidang keamanan dan pemantauan lingkungan. Studi ini mengevaluasi potensi reseptor transporter Escherichia coli K-12, yaitu yadG, sebagai komponen reseptor dalam biosensor amperometrik berbasis protein untuk deteksi TNT. Simulasi dinamika molekul menunjukkan adanya interaksi kuat antara yadG dan TNT, dengan energi bebas ikatan (?G_total) sebesar –17,67 kkal/mol, yang mengindikasikan stabilitas tinggi dalam kondisi fisiologis. Dalam sistem biosensor, koefisien difusi TNT diperkirakan sebesar 6,47 × 10-10 m2/s. Kurva kalibrasi menunjukkan hubungan linear antara konsentrasi TNT dan sinyal arus listrik, dengan sensitivitas 0,00468 µA/µM, batas deteksi (LOD) sebesar 7,05 µM, dan batas kuantifikasi (LOQ) sebesar 21,37 µM. Parameter-parameter ini menunjukkan kemampuan sensor untuk mendeteksi TNT secara sensitif dan akurat di atas ambang batas yang relevan. Profil konsentrasi TNT juga menunjukkan transportasi yang efisien dan konsisten menuju permukaan elektroda. Temuan ini menyoroti potensi yadG sebagai elemen pengenal selektif dalam biosensor amperometrik untuk deteksi TNT secara real-time dengan performa analitik yang menjanjikan.

Kata kunci: biosensor amperometrik, laju difusi, simulasi dinamika molekul, TNT, yadG

Rapid and selective detection of explosive compounds such as 2,4,6 trinitrotoluene (TNT) is critical in security and environmental monitoring. This study evaluates the potential of the Escherichia coli K-12 transporter receptor yadG as a receptor component in a protein-based amperometric biosensor for TNT detection. Molecular dynamics simulations revealed a strong interaction between yadG and TNT, with a binding free energy (?Gtotal) of –17,67 kcal/mol, indicating high stability under physiological conditions. In the biosensor system, the diffusion coefficient of TNT was estimated at 6,47 × 10-10 m2/s. The calibration curve showed a linear relationship between TNT concentration and current signal, with a sensitivity of 0,00468 µA/µM, a limit of detection (LOD) of 7,05 µM, and a limit of quantification (LOQ) of 21,37 µM. These parameters demonstrate the sensor’s capability for sensitive and accurate TNT detection above relevant thresholds. The concentration profile of TNT indicated efficient and consistent transport toward the electrode surface. These findings highlight the potential of yadG as a selective recognition element in amperometric biosensors for real-time TNT detection with promising analytical performance.

Keywords: amperometric biosensor, diffusion rate, molecular dynamics, TNT, yadG