Perpustakaan Digital ITB
Formate dehydrogenase (FDH) merupakan metaloenzim yang mengandung
molibdenum dan mampu mengkatalisis reduksi karbon dioksida (CO2) menjadi
format pada kondisi yang ringan, sehingga berpotensi sebagai biokatalis untuk
penangkapan dan pemanfaatan karbon. Penelitian ini menginvestigasi adsorpsi
CO2, format (HCOO?), karbon monoksida (CO), dan oksigen (O2) pada FDH
dalam keadaan tereduksi dan teroksidasi, serta mengeksplorasi mekanisme
reduksi CO2 menggunakan perhitungan QM/MM yang dikombinasikan dengan
analisis QTAIM, NEB-TS, dan IRC.
Enzim dalam keadaan tereduksi menunjukkan adsorpsi ligan yang lebih kuat
dibandingkan keadaan teroksidasi, dengan energi adsorpsi masing-masing sebesar
?18,17; ?10,45; ?30,75; dan ?25,82 kkal mol?1 untuk CO2, HCOO?, CO, dan O2,
sedangkan pada enzim teroksidasi diperoleh nilai ?8,94; ?6,72; ?20,05; dan
?15,91 kkal mol?1. Analisis QTAIM menunjukkan bahwa aktivasi CO2 diawali
oleh pembentukan ikatan kovalen sementara dengan residu Cys140, yang
kemudian distabilkan oleh interaksi kovalen parsial yang melibatkan gugus Mo–
SH serta jaringan ikatan hidrogen di dalam sisi aktif. Sebaliknya, CO
menunjukkan afinitas pengikatan paling kuat, yang mengindikasikan potensi
sebagai inhibitor kompetitif, sedangkan aktivasi O2 berpotensi menghasilkan
hidrogen peroksida.
Perhitungan lintasan reaksi menghasilkan energi aktivasi sebesar 5,48 kkal mol?1
dan energi reaksi sebesar ?9,93 kkal mol?1, yang menunjukkan bahwa jalur reaksi
tersebut bersifat menguntungkan secara termodinamika, meskipun struktur
keadaan transisi yang diusulkan masih memerlukan validasi lebih lanjut. Secara
keseluruhan, keadaan tereduksi FDH menyediakan lingkungan elektronik yang
lebih mendukung untuk adsorpsi ligan dan aktivasi CO2 dibandingkan keadaan
teroksidasi. Kombinasi analisis QM/MM, QTAIM, NEB-TS, dan IRC
memberikan pemahaman pada tingkat molekuler mengenai pengikatan ligan dan
mekanisme katalitik FDH, serta menjadi landasan teoretis bagi perancangan
katalis berbasis enzim secara rasional untuk konversi CO2 yang berkelanjutan.