Analisis Kestabilan Termal Enzim Lipase Bacillus subtilis Menggunakan Simulasi Dinamika Molekul

1.Abstract

Mekanisme untuk menjelaskan stabilitas protein masih menjadi masalah utama yang belum dipahami sepenuhnya. Salah satu masalah tersebut adalah memahami kestabilan termal dari enzim Lipase Basillus Subtillis. EnzimLipase Basillus Subtillis adalah enzim yang bekerja untuk menghidrolisis lemak dan sangat banyak digunakan dalam dunia industri. Dalam dunia industri enzim Lipase yang dibutuhkan adalah yang tahan pada suhu tinggi, sehingga ketika diaplikasikan dalam mesin bersuhu tinggi tidak adak inaktif. Untuk itu perlu ditingkatkan kestabilan termal enzim Lipase agar dapat dimanfaatkan dalam bidang industri. Kestabilan termal enzim Lipase ini dapat ditingkatkan dengan menggunakan teknik simulasi dinamika molekul. Penelitian ini bertujuan mempelajari dinamika molekul serta kestabilan termal enzim Lipase Basillus Subtillis dalam rentang simulasi hingga 50 ns dengan variasi suhu berdasarkan beberapa parameter. Proses simulasi terdiri dari tahap preparasi, minimisasi, pemanasan, ekuilibrasi, dan produksi. File koordinat awal enzim enzim Basillus Subtillis dengan kode protein 1ISP dapat diunduh dari Protein Data Bank (PDB). Pengaruh termal yang diberikan adalah suhu sebesar 400K , 450K dan 500K dengan waktu 50 ns. Sehingga dapat dianalisis residu penstabil dari enzim tersebut dengan menganalisa proses unfolding dan perubahan dari parameter-parameternya.

2.Keywords
Simulasi dinamika molekul, Enzim Basillus subtillis, Stabiitas Termal
3.Objective

Untuk mempelajari sifat stabilitas termal Lipase Basillus Subtillis melalui pendekatan Simulasi Dinamika Molekuler (SDM). Penelitian difokuskan pada kajian sifat stabilitas termal enzim sehingga didapatkan informasi residu-residu yang bertanggung jawab terhadap sifat tersebut. Untuk kemudian dilakukan perancangan mutan Lipase Basillus Subtillis yang lebih termostabil dibandingkan Lipase basillus subtillis yang belum dimutasi .

4.Methodology

Preparasi Sistem Simulasi

Struktur kristal lipase A Bacillus Subtilis (kode PDB: 1ISP; Kawasaki, K., et al 2001) yang digunakan pada simulasi didapat dari bank data Protein Data Bank (PDB) (http://www.pdb.org/pdb/home/home.do). Penentuan struktur kristal 1ISP dilakukan dengan metode difraksi sinar-X dan memiliki resolusi 1,30 �. Residu asam amino penyusun LipA adalah 181 residu. File PSF (Protein Structure File) adalah file berisikan informasi molekul secara spesifik yang dibutuhkan untuk menerapkan medan gaya tertentu ke dalam sistem molekul. Untuk membuat file ini NAMD menyediakan program psfgen.
Untuk lebih menyerupai lingkungan selular, protein dilarutkan dan dimasukkan kedalam air. Protein itu dilarutkan dalam bentuk kotak dengan ukuran 60 � x 60 � x 60 � yang berisi molekul air. Molekul air yang dipilih sebagai pelarut eksplisit (solvasi) pada sistem simulasi adalah model molekul air TIP3P dengan metode periodic boundary condition (PBC) (Jorgenseng et al, 1983). Sistem ini dinetralkan dengan menambahkan ion (NaCl) pada konsentrasi fisiologis menggunakan VMD solvate dan autoionize plugin (19).
Dalam simulasi ini dibutuhkan file parameter medan gaya. Sebuah medan gaya adalah ekspresi matematis dari gaya potensial yang diperoleh dalam sistem. Sebuah file parameter medan gaya CHARMM berisi konstanta numerik yang diperlukan untuk mengevaluasi gaya dan energi, mengingat PSF sebuah file struktur dan atom coordinates. Parameter CHARMM dapat di-download dari website: http : //www.charmm.org/. Untuk menjalankan simulasi dinamika molekuler dibutuhkan script. Script simulasi adalah program untuk menjalankan simulasi NAMD seperti yang diinginkan. NAMD menjalankan file konfigurasi dengan menggunakan bahasa scripting Tcl.

Simulasi Dinamika Molekul

Simulasi ini dilakukan dengan empat tahapan menggunakan program NAMD dengan masukan awal file konfigurasi. File ini sebagai pengontrol sistem yang berisi parameter dalam menjalankan simulasi. File topologi yang digunakan adalah par_all27_prot_na_lipid.inp. Tahap pertama adalah minimisasi. Minimisasi bertujuan untuk meminimalkan energi pada molekul. Masukan awal adalah file struktur dan file psf hasil dari preparasi molekul. Kedua, pemanasan, masukan awal adalah hasil dari minimisasi. Pada awal simulasi sistem bersuhu 0 K, suhu akhir akan divariasikan menjadi 400,450 dan 500 K . Ketiga, ekuilibrasi, suhu sistem dijaga konstan dengan protokol Langevin. Kemudian tahap terakhir adalah production run. Pada tahap inilah simulasi dinamika molekul dijalankan. Molekul dibiarkan bebas bergerak dengan cara suhu sistem tidak dikontrol lagi. Tahap ini dilakukan selama 50ns. Simulasi suhu 300 K juga dilakukan namun hanya selama 2 ns. Hal ini diperlukan untuk validasi data, sehingga dapat dipastikan variasi suhu selanjutnya dapat dilanjutkan.
Keluaran dari tahap akhir simulasi dinamika molekul adalah file dcd. File ini divisualisasikan pada program VMD. Data yang diperoleh tersebut menghasilkan grafik yang dibutuhkan untuk analisis kestabilan termal protein struktur sekunder, jari-jari girasi, RMSD, dan jembatan garam

5.Team

Della da Amel

6.Computation plan (required processor core hours, data storage, software, etc)

Menggunakan software Namd 2.9 dengan data storage 800 GB dan processor core hours 8 core

7.Source of funding
Sendiri
8.Target/outputs
Untuk peneitian Tesis
9.Date of usage
19/02/2015 - 31/10/2015
10.Gpu usage
use gpu
11.Supporting files
prop_1423728119.pdf
12.Created at
12/02/2015
13.Approval status
approved