Mengapa protein ‘buatan laboratorium’ memiliki stabilitas suhu yang luar biasa tinggi – ScienceDaily

Mengapa protein ‘buatan laboratorium’ memiliki stabilitas suhu yang luar biasa tinggi – ScienceDaily

[ad_1]

Ahli bioteknologi telah menemukan mengapa protein yang dirancang dari awal cenderung lebih toleran terhadap suhu tinggi daripada protein yang ditemukan di alam.

Protein alami dengan ‘termostabilitas’ tinggi dihargai karena berbagai aplikasinya, mulai dari pembuatan kue dan kertas hingga produksi kimia. Upaya untuk meningkatkan termostabilitas protein – dan untuk menemukan prinsip di balik ini – adalah salah satu topik terhangat dalam bioteknologi.

Penemuan terbaru, dijelaskan di Prosiding National Academy of Sciences pada tanggal 23 November 2020, membuka kemungkinan protein buatan laboratorium dengan penerapan industri yang lebih baik.

Para peneliti di bidang desain protein yang relatif muda telah mencoba menghasilkan jenis protein baru untuk berbagai aplikasi medis, farmasi, dan industri. Hingga saat ini, insinyur protein telah berfokus pada manipulasi protein alami yang ada. Namun, protein alami ini sulit untuk diubah tanpa juga merusak fungsi umum protein – seperti menambahkan roda kelima ke dalam mobil.

Untuk menghindari hal ini, beberapa insinyur protein telah mulai membangun protein baru sepenuhnya dari awal, atau yang disebut desain protein de novo.

Namun, pencarian ini memiliki masalah tersendiri. Misalnya, membangun protein dari awal jauh lebih sulit secara komputasi, dan membutuhkan pemahaman lengkap tentang prinsip-prinsip pelipatan protein – berbagai tingkat tentang bagaimana protein secara harfiah melipat dirinya sendiri ke dalam struktur tertentu.

Dalam biologi, struktur menentukan fungsi, seperti bagaimana sebuah kunci bisa masuk ke dalam lubang kunci atau roda gigi ke dalam sproket. Bentuk entitas biologis inilah yang memungkinkannya melakukan tugasnya dalam suatu organisme. Dan setelah diproduksi oleh sel, protein akan jatuh ke dalam bentuknya, hanya sebagai hasil hukum fisika.

Tetapi prinsip-prinsip yang mengatur interaksi hukum-hukum fisika ini selama proses pelipatan sangat rumit – karena itulah kesulitan komputasi. Mereka juga sebagian besar masih belum diketahui. Inilah sebabnya mengapa banyak upaya dalam rekayasa protein dalam beberapa tahun terakhir difokuskan pada upaya untuk menemukan prinsip-prinsip desain protein yang muncul dari hukum fisika.

Dan salah satu misteri yang dihadapi para perancang protein adalah tingginya termostabilitas dari protein ‘buatan laboratorium’ ini.

“Untuk beberapa alasan, protein de novo telah berulang kali menunjukkan peningkatan toleransi dalam menghadapi suhu yang cukup tinggi dibandingkan dengan protein alami,” kata Nobuyasu Koga, profesor di Institute for Molecular Science, dan penulis studi tersebut. “Di mana orang lain akan ‘mengubah sifat’, protein buatan laboratorium masih bekerja dengan baik di atas 100 ºC.”

Prinsip desain yang telah ditemukan sejauh ini menekankan pentingnya struktur tulang punggung protein – rantai atom nitrogen, karbon, oksigen, dan hidrogen.

Di sisi lain, prinsip-prinsip ini juga menyatakan bahwa pengemasan ketat dari lemak, hidrofobik (tahan air) inti protein alami – atau lebih tepatnya interaksi molekuler yang memungkinkan mereka untuk duduk bersama pas seperti potongan teka-teki gambar. – adalah gaya dominan yang mendorong pelipatan protein. Sama seperti minyak dan air yang tidak bercampur, bagian protein yang lebih berlemak ketika dikelilingi oleh air secara alami akan menyatu dengan sendirinya tanpa perlu ‘dorongan’ eksternal.

“Memang, menurut prinsip desain kami, inti protein direkayasa secara khusus untuk dikemas seketat dan serapat mungkin berlemak,” kata Nobuyasu Koga. “Jadi pertanyaannya adalah: Mana yang lebih penting untuk termostabilitas tinggi, struktur tulang punggung, atau pengemasan inti yang gemuk dan rapat?”

Jadi para peneliti mengambil protein de novo yang telah mereka rancang yang menunjukkan stabilitas termal tertinggi, dan mulai menyesuaikannya dengan sepuluh asam amino yang terlibat dengan pengemasan inti hidrofobik. Saat mereka melakukan ini, mereka masih melihat kemampuan melipat dan sedikit penurunan dalam stabilitas termal secara keseluruhan, menunjukkan bahwa justru struktur tulang punggung, bukan pengemasan inti hidrofobik, yang paling berkontribusi pada termostabilitas tinggi. “Mengejutkan bahwa protein dapat melipat dengan stabilitas termal yang tinggi, bahkan kemasan inti yang longgar,” kata Naohiro Kobayashi, rekan penulis dan peneliti senior di RIKEN.

“Pengemasan inti ketat hidrofobik bahkan mungkin tidak terlalu penting untuk protein yang dirancang,” tambah Rie Koga, rekan penulis dan peneliti di Pusat Penelitian Eksplorasi tentang Sistem Kehidupan dan Kehidupan (ExCELLS). “Kami dapat membuat protein yang sangat stabil bahkan jika kemasan inti tidak begitu dioptimalkan.”

Langkah selanjutnya bagi para peneliti adalah mengembangkan lebih lanjut prinsip-prinsip rasional untuk desain protein, terutama sehubungan dengan sejauh mana substruktur tulang punggung, terutama loop di dalamnya, dapat diubah tanpa membahayakan kemampuan lipat dan termostabilitas tinggi.

Untuk Informasi Lebih lanjut silahkan Kunjungi : Lagu Togel

Author Image
adminProzen