Perpustakaan Digital ITB

Lipase (E.C. 3.1.1.3) adalah salah satu enzim hidrolase yang memiliki aplikasi beragam dalam berbagai proses industri, khususnya yang melibatkan degradasi lipid dan reaksi-reaksi esterifikasi. Untuk mendapatkan lipase yang sesuai dengan kebutuhan industri, studi struktur dan fungsi untuk menentukan interaksi kunci yang berperan dalam aktivitas dan stabilitas lipase perlu dilakukan sebagai dasar dalam proses rekayasa lipase. Salah satu cara untuk menentukan interaksi kunci lipase adalah dengan mempelajari gerakan dinamis segmen lid yang diketahui memiliki peran krusial pada aktivitas lipase. Segmen lid berperan dalam pembukaan maupun penutupan pada proses pengikatan substrat. Sangat menarik untuk mengetahui tingkatan pergerakan buka maupun tutup dari segmen lid lipase saat tidak adanya substrat, sehingga dapat diketahui apakah keadaan akhir pada keadaan tersebut sama dengan keadaan saat substrat ada di dalam sistem. Studi mengenai hal tersebut membutuhkan investigasi level atomik yang tidak dapat secara langsung dipelajari menggunakan studi eksperimen karena pergerakan yang sangat cepat dari lid. Simulasi dinamika molekul adalah salah satu pendekatan yang lazim digunakan untuk menginvestigasi pergerakan atomik protein. Pada penelitian ini, metode targeted molecular dynamics (TMD) digunakan untuk mempelajari pergerakan dinamis dari segmen lid. TMD merupakan teknik simulasi dinamika molekul yang melibatkan gaya eksternal untuk mempercepat pergerakan molekul menuju keadaan tertentu sesuai dengan targetnya. Struktur kristal yang berasal dari Bacillus stearothermophilus P1 (PDBID: 1JI3) dan Staphylococcus hycus (PDBID: 2HIH) masing-masing digunakan sebagai struktur target lid terbuka dan tertutup. Lipase Bacillus stearothermophilus P1 (BSP) terdiri dari 388 residu asam amino dan teridentifikasi memiliki tiga heliks segmen lid. Lid I, II, dan III dari lipase ini masing-masing terletak pada residu 289, 176-194, dan 221-235. TMD dilakukan menggunakan pelarut air eksplisit (TIP3P) pada suhu optimum katalitik, yaitu 328 K. Gaya harmonis eksternal sebesar 0,075 kkal(mol.Å) digunakan untuk mempercepat pergerakan dinamis segmen lid BSP. Hasil studi ini menunjukkan bahwa segmen lid tidak dapat mencapai target struktur pada proses penutupan maupun pembukaan. Hasil simulasi menunjukkan bahwa lid BSP tidak dapat membentuk konformasi tertutup penuh pada simulasi pembukaan lid. Hal ini disebabkan karena kolektivitas interaksi non ikatan untuk mempertahankan konformasi tertutup dari lid. Interaksi non ikatan yang memainkan peranan penting sebagian besar disebabkan oleh interaksi hidrofobik dan elektrostatik. Phe16, Ph176, Phe180, dan Phe181 merupakan beberapa residu yang dapat membentuk kluster hidrofobik pada bagian dalam lid. Sementara itu, Asp175 dan Arg179 adalah residu yang membentuk interaksi elektrostatik di permukaan lid. Analisis secara atomik pada trajektori simulasi penutupan yang menunjukkan bahwa halangan sterik yang disebabkan Phe180 dan Phe181 serta jembatan garam antara Arg241 dan Asp175 merupakan sebab utama yang menghambat segmen lid agar dapat mencapai keadaan tertutup yang sama dengan molekul target. Masalah yang sama tetap muncul meskipun pergerakan penutupan maupun pembukaan telah dilakukan berulang. Mutasi pada residu-residu tersebut dapat menghilangkan halangan sterik dan membuat protein dapat mencapai keadaan yang identik dengan target. Hasil ini menyarankan bahwa Phe176, Phe180, Phe181, Asp175, Arg179, dan Arg241 dari BSP merupakan residu yang berperan penting dalam pergerakan dinamis lid termasuk proses perlindungan sisi pengikatan dari lipase dengan menghambat pergerakan segmen lid.