Perpustakaan Digital ITB

Lipase yang berasal dari bakteri paling sering digunakan (lebih dari 50%) sebagai katalis di industri. Hal ini disebabkan karena lipase bakteri memiliki kestabilan lebih baik dan mempunyai aktivitas katalitik yang lebih luas. Penggunaan lipase sebagai biokatalis di industri membutuhkan lipase yang bersifat toleran pelarut karena sebagian besar proses sintesis skala industri melibatkan penggunaan pelarut organik. Di samping itu, lipase yang mempunyai karakter toleran pelarut organik umumnya berkorelasi positif dengan sifat termostabilitas. Dua karakter tersebut merupakan hal penting dalam penggunaan lipase sebagai biokatalis di industri. Oleh sebab itu, penemuan lipase baru dengan karakter termostabil dan toleran pelarut organik sangat penting untuk diteliti dan dikembangkan lebih lanjut. Pemenuhan lipase sebagai katalis membutuhkan lipase amobil karena sifatnya yang stabil, mudah dipisahkan dari campuran reaksi, dan dapat digunakan berulang kali. Akan tetapi amobilisasi dapat menyebabkan penurunan aktivitas enzim sehingga perlu dilakukan pemilihan metode amobilisasi yang tepat yang dapat meningkatkan aktivitas dan kestabilan enzim. Secara garis besar penelitian ini bertujuan memperoleh lipase termostabil isolat lokal yang tahan pelarut organik, memperoleh data karakterisasi lipase secara mendalam baik melalui eksperimen dan analisis komputasi, memperoleh lipase yang amobil pada matriks NiSiO3 NSs serta kemampuan biokatalisisnya dalam reaksi transesterifikasi. Lk2 dan Lk3 merupakan lipase termostabil rekombinan yang diekspresi tinggi pada inang Escherichia coli. Metode lisis sel menggunakan ultrasonikasi tidak mampu memperoleh enzim yang terlarut. Oleh sebab itu, digunakan metode termolisis dengan penambahan SDS untuk memperoleh lipase terlarut. Dalam penelitian ini telah dilakukan optimasi lisis sel dengan menggunakan bufer PBS pH 8 dengan penambahan variasi konsentrasi SDS dan variasi suhu lisis.Aktivitas lipase terlarut dianalisis sehingga diperoleh enzim terlarut dan aktif. Kondisi termolisis optimum diperoleh pada suhu lisis 50 °C dan konsentrasi SDS 0,1 %. Pada kondisi optimum tersebut diperoleh ekstrak kasar Lk2 dan Lk3 terlarut dan memiliki aktivitas lipolitik. Karakterisasi lengkap lipase perlu dilakukan untuk mendapatkan informasi tentang aktivitas lipase serta pemanfaatannya sebagai biokatalis. Karakterisasi lipase Lk2 dan Lk3 dilakukan berdasarkan aktivitas transesterifikasinya dengan menggunakan variasi substrat metil ester (C12-18) dan para nitro fenol (pNP). Karakterisasi yang dilakukan meliputi pengaruh variasi substrat, suhu, pelarut, serta ion logam dan EDTA serta penentuan kinetika enzim. Analisis komputasi dilakukan untuk mengonfirmasi data-data eksperimen.Lk2 memiliki preferensi substrat metil oleat (C18:1), sedangkan preferensi substrat Lk3 adalah metil linoleat (C18:2). Preferensi ini telah terkonfirmasi dengan studi docking, di mana diperoleh bahwa pada substrat optimumnya lipase memiliki afinitas lebih tinggi dan jarak ikatan hidrogen antara sisi aktif dan substrat yang lebih pendek. Aktivitas transesterifikasi Lk2 lebih tinggi daripada Lk3. Hal ini dapat dijelaskan menggunakan analisis docking berdasarkan nilai afinitas. Lk2 memiliki afinitas lebih besar dibandingkan Lk3. Perhitungan kinetika enzim juga menunjukkan bahwa nilai efisiensi katalitik Lk2 5,7 kali lipat daripada Lk3 pada substrat metil oleat. Kedua lipase aktif pada pelarut organik nonpolar yaitu n-heksana. Berdasarkan analisa simulasi molekul diperoleh bahwa interaksi enzim-pelarut dalam n-heksana lebih lemah dibandingkan dengan aseton atau asetonitril. Lk3 lebih termostabil dibandingkan dengan Lk3. Berdasarkan analisa komputasi diperoleh bahwa Lk3 mempunyai jumlah klaster hidrofobik dan jumlah ikatan hidrogen lebih banyak daripada Lk2. Klaster hidrofobik, ikatan hidrogen, dan jembatan garam menggambarkan stabilitas struktur protein dan berhubungan dengan karakter termostabilitas. Aktivitas kedua enzim diaktifkan dengan adanya ion Fe3+, namun dihambat dengan adanya ion Ca2+. Analisis histidin loop di sekitar triad katalitik pada Lk2 dan Lk3 menunjukkan terjadinya distorsi pada residu-residu asam amino yang mengikat ion Ca2+. Hal ini mengakibatkan pergeseran pada konformasi triad katalitik dan terjadi penurunan aktivitas lipase. Deaktivasi Lk2 dan Lk3 oleh ion Ca2+ bertentangan dengan lipase pada keluarga I.1, yang dikenal sebagai enzim yang bergantung pada Ca2+. Hasil ini menyarankan bahwa Lk2 dan Lk3 adalah anggota baru pada keluarga lipase I.1. Amobilisasi Lk2 dan Lk3 dilakukan menggunakan matriks NiSiO3 NS. Matriks NiSiO3 NSs yang dihasilkan berbentuk bola dengan diameter rata-rata 270 nm. Lipase amobil memiliki preferensi substrat yang berbeda dengan lipase bebasnya. Aktivitas optimum lipase amobil teramati pada substrat C16. Pada rentang suhu 40 - 60 °C, lipase amobil memiliki aktivitas lebih tinggi dibandingkan lipase bebas. Kedua lipase amobil stabil digunakan hingga 5 kali perulangan dan 70% aktivitas awal masih dipertahankan pada ulangan ke-10. Kondisi optimal sintesis biodesel adalah sebagai berikut: berat enzim optimal yaitu 0,5 g (12,5% berat katalis/volume reaksi), rasio mol minyak:metanol yaitu 1:12 pada Lk2 dan 1:18 pada Lk3, pH optimal 10, rasio berat air:minyak yaitu 4%. Persentase konversi biodiesel tertinggi masing-masing sebesar 49,8% untuk Lk2 dan 62,7% untuk Lk3 diperoleh selama 6 jam reaksi. Keberhasilan dalam memperoleh metode amobilisasi yang sesuai serta penggunaan lipase dalam sintesis senyawa organik menunjukkan bahwa kedua enzim dapat dikembangkan lebih lanjut sebagai biokatalis industri.