Perpustakaan Digital ITB

Meningkatnya kebutuhan akan energi terbarukan dan kesadaran lingkungan mendorong pengembangan biopelumas sebagai alternatif pelumas berbasis minyak mineral. Pelumas konvensional umumnya berasal dari minyak bumi yang mengandung senyawa toksik dan tidak mudah terurai, serta sekitar 50–70% di antaranya dibuang sembarangan ke lingkungan. Biopelumas yang disintesis dari minyak nabati memiliki sifat biodegradable dan toksisitas rendah, sehingga lebih ramah lingkungan. Biopelumas dapat disintesis melalui reaksi satu tahap, yaitu esterifikasi antara asam lemak rantai sedang hingga panjang (C8–C18) dengan senyawa poliol seperti trimetilolpropana (TMP), neopentil glikol (NPG), atau pentaeritritol (PET), yang mana reaksi ini sebagai jalur lain dari dua tahap reaksi transesterifikasi. Dalam perkembangannya, sintesis biopelumas memanfaatkan lipase sebagai biokatalis yang ramah lingkungan. Enzim komersil seperti Novozim dan Lipozim telah terbukti memiliki kemampuan yang baik dalam mengkatalisis reaksi sintesis biopelumas. Namun, ketergantungan terhadap enzim komersil menjadi kendala dalam hal biaya dan kemandirian produksi. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi potensi enzim lipase isolat lokal hasil koleksi Kelompok Keilmuan Biokimia dan Rekayasa Biomolekul ITB sebagai katalis alternatif dalam sintesis biopelumas. Penapisan awal ini dilakukan secara in silico terhadap 5 enzim lipase isolat lokal, yaitu Lk2, Lk3, Lk4, Mnk, dan Ppd, menggunakan metode molecular docking yang diketahui efektif dan efisien dalam melakukan penyaringan potensi enzim lipase. Metode ini digunakan untuk mempelajari interaksi antara enzim lipase isolat lokal dengan substrat asam laurat serta alkohol. Parameter yang dianalisis meliputi jarak residu katalitik (Ser-His), jarak Ser-O ke karbonil substrat asam lemak, jarak residu katalitik ke substrat asam lemak dan alkohol yang membentuk ikatan hidrogen, afinitas pengikatan, serta ukuran kantung katalitik. Parameter ini merujuk pada karakteristik enzim lipase TLL (Thermomyces lanuginosus lipase) yang diperoleh dari hasil docking, sebagai enzim komersil yang terbukti berhasil mengkatalisis sintesis biopelumas. Selain itu, simulasi dinamika molekul dilakukan untuk menganalisis karakteristik enzim lipase isolat lokal pada lingkungan pelarut oraganik, yaitu aseton dan n heksana. Dengan parameter yang sama, karakteristik enzim dianalisis setelah dilakukan protein-ligan docking tehadap struktur 3D protein hasil simulasi. Hasil analisis ini kemudian dikonfirmasi dengan penentuan aktivitas transesterifikasi dan esterifikasi dari enzim lipase dalam pelarut organik secara eksperimen. Kelima enzim lipase isolat lokal diekspresikan dalam bakteri E. coli yang telah disisipi masing-masing gen pengkode enzim lipase tersebut, lalu dimurnikan sebagian dengan fraksinasi aseton, dan diuji aktivitasnya. Analisis Kromatografi Lapis Tipis (KLT) terhadap hasil sintesis biopelumas menggunakan substrat asam laurat dan 2,2-dimetil-1,3-propanadiol dengan enzim komersil TLL menunjukkan noda lain yang diduga adalah produk senyawa ester dari biopelumas. Sebagai pembanding, berdasarkan studi in silico, enzim Tll memberikan karakteristik, yaitu memiliki jarak antar residu katalitik Ser-His 2,7 Å; memiliki energi pengikatan dengan susbtrat asam laurat sebesar -4,1 kkal/mol dengan jarak ikatan hidrogen pada residu katalitik serin 2,6 Å dan histidin 2,9 Å serta jarak Ser-O ke karbonil asam laurat 3,7 Å; dan memiliki energi pengikatan dengan substrat poliol sebesar -3,5 untuk 2,2-dimetil-1,3-propanadiol dan pentaeritritol serta -3,8 untuk substrat trimetilolpropana dengan jarak ikatan hidrogen sekitar 3,1-3,2 Å terhadap residu Ser91. Hasil analisis secara in silico memberikan urutan parameter-parameter berdasarkan prioritasnya secara berturut-turut mulai dari jarak serangan nukleofil Ser-O ke C karbonil substrat asam lemak yaitu < 3,5 Å, diikuti dengan interaksi enzim-substrat yang meliputi jarak ikatan hidrogen antara enzim dengan substrat asam lemak dan alkohol dengan jarak 2,0-3,0 Å, lalu afinitas pengikatan enzim substrat dengan nilai energi pengikatan negatif, dan yang terakhir adalah jarak antara residu katalitik Ser-His dengan jarak 2,5 -2,7 Å. Diantara kelima enzim lipase isolat lokal, enzim Lk2, Lk3, Lk4, dan Mnk memiliki aktivitas transesterifikasi dan esterifikasi yang baik dengan aktivitas tertinggi dimiliki oleh enzim Lk2, yaitu sebesar 1,5234 U/mg untuk aktivitas transesterifikasi dan 1,0233 U/mg untuk aktivitas esterifikasi. Hal ini juga sejalan dengan hasil studi in silico yang memberikan prediksi bahwa enzim Lk2 berpotensi sebagai katalis untuk sintesis biopelumas. Di samping itu, pelarut organik dapat memberikan karakteristik yang berbeda pada enzim lipase isolat lokal. Dalam penelitian ini, jarak Ser-O pada lipase Mnk ke C karbonil asam lemak berubah sebesar 1,5 Å lebih dekat dalam pelarut n-heksana dibandingkan pelarut aseton yang dikonfirmasi dengan hasil eksperimen pada penelitian sebelumnya. Sehingga, meningkatkan potensinya sebagai katalis sintesis biopelumas.