Dinamika Struktur 3D Lipase pada Pelarut Berkadar Garam Tinggi

Abstract

Pada umumnya penggunaan enzim lipase dalam proses industri menggunakan suhu tinggi (sekitar 70oC) dengan tujuan untuk meningkatkan laju reaksi dan mengurangi terjadinya kontaminasi mikroba. Kondisi ini bertentangan dengan sifat beberapa enzim yang tidak stabil pada suhu tinggi. Sehingga peningkatan stabilitas termal enzim perlu dilakukan agar dapat bertahan lama jika digunakan dalam proses industri. Metode penambahan garam merupakan cara paling sederhana yang dapat dilakukan untuk meningkatkan stabilitas termal enzim. Pada penelitian ini, simulasi dinamika molekuler dilakukan untuk mengetahui pengaruh penambahan garam dan perbedaan suhu terhadap stabilitas enzim lipase dari mikroorganisme mesofilik Pseudomonas aeruginosa, mikroorganisme termofilik Geobacilus zalihae dan mikroorganisme halofilik Halomonas meridiana secara komputasi. Simulasi dinamika molekuler dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak AMBER (Assisted Model Building with Energy Refinement) pada temperatur 300 K, 400 K dan 500 K dengan konsentrasi NaCl 0.15 M, 1.5 M dan 3 M selama 50 ns. Parameter yang digunakan untuk membandingkan stabilitas enzim lipase dari mikroorganisme mesofilik, termofilik dan halofilik adalah dengan melihat nilai RMSD (Root Mean Square Deviation), SASA (Solvent Accessible Surface Area), RMSF (Root Mean Square Fluctuation), Energi van der Waals, Interaksi Elektrostatik dan Struktur Sekunder. Simulasi telah membuktikan bahwa penambahan garam berpengaruh signifikan pada kestabilan enzim lipase dari mikroorganisme mesofilik, termofilik dan halofilik terhadap perubahan suhu sesuai dengan hasil eksperimen laboratorium. Penambahan garam dengan konsentrasi 3 M pada lipase G. zalihae serta 1.5 M pada lipase P. aeruginosa dan lipase H. meridiana memberikan pengaruh yang paling baik terhadap stabilitas struktur lipase pada suhu tinggi. Nilai RMSD tanpa penambahan garam terlihat tidak stabil dan sangat tinggi, namun setelah ditambahkan garam, nilai RMSD menjadi stabil. Nilai RMSF pada ketiga jenis enzim juga menunjukkan hal yang sama dimana residu menjadi lebih kompak dengan penambahan garam. Berdasarkan nilai SASA didapatkan bahwa garam berkontribusi untuk menjaga area polar dan nonpolar enzim dari paparan molekul air. Penambahan garam memberikan perbaikan yang sangat signifikan, terlihat dari semakin negatifnya energi elektrostatik dan van der Waals. Pasangan jembatan garam Asp38-Arg274, Asp165-Lys328 dan Asp214- Arg7 masing-masing berperan dalam menjaga stabilitas struktur lipase P. aeruginosa, lipase G. zalihae dan lipase H. meridiana yang ditunjukkan oleh ikatan yang kuat setelah penambahan garam. Selain itu, stabilinya struktur enzim dikonfirmasi oleh lebih banyaknya komposisi α-helix dan β-sheet pada ketiga jenis enzim lipase selama simulasi dengan penambahan garam.