TULISAN UNTUK NEGERI

TULISAN UNTUK NEGERI

PENINGKATAN AFINITAS ENZIM RUBISCO (RIBULOSE-1,5-BISPHOSPHATE CARBOXYLASE/OXYGENASE) TERHADAP KARBON DIOKSIDA (CO2) UNTUK PENINGKATAN EFISIENSI FOTOSINTESIS DAN PRODUKTIVITAS PADI (Oryza sativa L.) TRANSGENIK C4 MELALUI STUDI MOLECULAR DYNAMICS

PENULIS ABI SOFYAN GHIFARI

DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS INDONESIA

TULISAN UNTUK NEGERI

ENHANCEMENT OF CARBON DIOXIDE (CO2) AFFINITY OF RUBISCO (RIBULOSE1,5-BISPHOSPHATE CARBOXYLASE/OXYGENASE) ENZYME FOR PHOTOSYNTHESIS EFFICIENCY AND PRODUCTIVITY IMPROVEMENT OF C4 TRANSGENIC RICE (Oryza sativa L.) THROUGH MOLECULAR DYNAMICS STUDY

AUTHOR ABI SOFYAN GHIFARI

DEPARTMENT OF CHEMISTRY FACULTY OF MATHEMATICS AND NATURAL SCIENCES UNIVERSITY OF INDONESIA

iii

LEMBAR PENGESAHAN

: Peningkatan Afinitas Enzim RuBisCO (Ribulose-1,5Bisphosphate Carboxylase/Oxygenase) Terhadap Karbon Dioksida (CO2) untuk Peningkatan Efisiensi Fotosintesis dan Produktivitas Padi (Oryza sativa L.) Transgenik C4 Melalui Studi Molecular Dynamics Judul Karya

Penulis  Nama Lengkap  NIM  Jurusan  Fakultas  Universitas  Alamat 

Email

Dosen Pembimbing  Nama Lengkap  NIP

: : : : : :

:

Abi Sofyan Ghifari 0906516833 Kimia Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Indonesia Jalan Pinang IV RT.005/02 No.21 Pondok Labu, Cilandak, Jakarta Selatan, DKI Jakarta 12450 [email protected]

: :

Prof. Dr. Usman Sumo Friend Tambunan 195304271979031001

Depok, 4 Juli 2012 Menyetujui Penulis

Dosen Pembimbing

Abi Sofyan Ghifari NIM. 0906516833

Prof. Dr. Usman Sumo Friend Tambunan NIP. 195304271979031001

Manajer Mahalum FMIPA UI

Drs. Erzi Rizal Azwar NIP.195202241977031001

Ketua Departemen Kimia FMIPA UI

Dr. Ridla Bakri, M.Phil NIP. 195509241986021001

iv

KATA PENGANTAR

Padi merupakan makanan pokok sebagian besar penduduk Indonesia dan hampir setengah penduduk dunia. Peningkatan jumlah penduduk yang signifikan, semakin sempitnya lahan pertanian, perubahan iklim, meningkatnya harga-harga komponen pertanian, hingga produktivitas padi yang rendah merupakan beberapa permasalahan yang dihadapi seluruh penduduk dunia untuk memenuhi kebutuhan padi. Salah satu permasalahan yang cukup banyak diperbincangkan dan diteliti oleh para ilmuwan adalah mengenai peningkatan produktivitas padi. Dengan ilmu pengetahuan dan teknologi yang telah dikembangkan saat ini, telah diciptakan tanaman padi hasil modifikasi genetik dengan produktivitas yang lebih tinggi dan tahan terhadap hama. Pada makalah berjudul “Peningkatan Afinitas Enzim RuBisCO (Ribulose-1,5-Bisphosphate Carboxylase/Oxygenase) Terhadap Karbon Dioksida (CO2) untuk Peningkatan Efisiensi Fotosintesis dan Produktivitas Padi (Oryza sativa L.) Transgenik C4 Melalui Studi Molecular Dynamics” ini penulis mencoba memberikan alternatif solusi untuk meningkatkan produktivitas padi. RuBisCO merupakan enzim kunci yang berperan penting dalam proses fiksasi karbon dari atmosfer pada proses fotosintesis. Pada tanaman padi konvensional, afinitas RuBisCO terhadap CO2 lebih rendah dibandingkan dengan afinitasnya terhadap O2 yang menyebabkan fotorespirasi sehingga efisiensi fotosintesisnya berkurang. Penelitian ini diharapkan dapat menjadi solusi agar efisiensi fotosintesis dan produktivitas padi transgenik C4 menjadi lebih tinggi. Penulis berterimakasih kepada seluruh pihak yang telah membantu dalam pembuatan karya ini. Penulis menyadari bahwa karya ini jauh dari sempurna. Oleh karena itu adanya saran maupun kritik sangat penulis butuhkan demi terciptanya karya yang lebih baik kelak. Semoga karya ini dapat bermanfaat bagi siapapun yang membacanya dan juga dapat berkontribusi bagi dunia riset di Indonesia.

Jakarta, 4 Juli 2012

Penulis

v DAFTAR ISI

Halaman Judul .................................................................................................................i Lembar Pengesahan ..................................................................................................... iii Kata Pengantar ..............................................................................................................iv Daftar Isi.......................................................................................................................... v Daftar Gambar ................................................................................................................vi Daftar Tabel ...................................................................................................................vi Abstrak ......................................................................................................................... vii Abstract ....................................................................................................................... viii

1.

PENDAHULUAN .................................................................................................. 1

1.1 1.2 1.3

2.

Latar Belakang .................................................................................................... 1 Perumusan Masalah ............................................................................................. 2 Tujuan dan Manfaat Penelitian ........................................................................... 2

TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................................... 3

2.1 Tanaman C3 dan C4 ............................................................................................ 3 2.2 Padi Transgenik C4 ............................................................................................. 3 2.3 Enzim RuBisCO (Ribulose-1,5-bisphosphate Carboxylase/Oxygenase)............ 4 2.4 Studi Bioinformatika ........................................................................................... 5 2.4.1 Peran dan Perkembangan Bioinformatika ....................................................... 5 2.4.2 Pangkalan Data/Database Bioinformatika ...................................................... 6 2.4.3 Sequence Alignment and Homology ................................................................ 6 2.4.4 Molecular Dynamics ....................................................................................... 6

3.

METODE PENELITIAN ...................................................................................... 7

3.1 Peralatan dan Bahan ............................................................................................ 7 3.1.1 Peralatan .......................................................................................................... 7 3.1.2 Bahan ............................................................................................................... 7 3.2 Prosedur Kerja ..................................................................................................... 8 3.2.1 Penentuan Sequence Alignment Enzim RuBisCO Oryza sativa L .................. 8 3.2.2 Modifikasi dan Penentuan Struktur 3D Enzim RuBisCO ............................... 8 3.2.3 Persiapan Simulasi Molecular Dynamics ........................................................ 8

vi

4.

HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................................. 9

4.1 4.2 4.3

5.

Multiple Sequence Alignment .............................................................................. 9 Modifikasi Sekuens Asam Amino Enzim RuBisCO......................................... 10 Analisis Hasil Simulasi Molecular Dynamics ................................................... 11

KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................ 13

Daftar Pustaka ............................................................................................................... 14 Daftar Riwayat Hidup ................................................................................................... 16

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4

Peran RuBisCO pada siklus Calvin ...................................................... 5 Pemodelan struktur 3D SWISS Model RuBisCO FTKDKE ............. 10 Simulasi docking dan dynamics antara enzim dengan ligan .............. 11 Interaksi antara ligan (CO2 dan RBP) dengan enzim RuBisCO......... 12 Interaksi ligan RBP dengan enzim modifikasi FTKDKE .................. 12

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Tabel 3.2 Tabel 4.1 Tabel 4.2 Tabel 4.3

Online software yang digunakan beserta alamat situsnya ......................... 7 Online database yang digunakan beserta alamat situsnya ........................ 8 Hasil data multiple sequence alignment melalui situs NCBI-BLAST ...... 9 Modifikasi residu asam amino sisi aktif Asp203 dan Glu204 ................ 10 Data entropi interaksi enzim modifikasi dengan ligan ............................ 11

vii

Peningkatan Afinitas Enzim RuBisCO (Ribulose-1,5-Bisphosphate Carboxylase/Oxygenase) Terhadap Karbon Dioksida (CO2) untuk Peningkatan Efisiensi Fotosintesis dan Produktivitas Padi (Oryza sativa L.) Transgenik C4 Melalui Studi Molecular Dynamics Abi Sofyan Ghifari Universitas Indonesia

Abstrak: Padi (Oryza sativa L.) merupakan tanaman yang menghasilkan bahan makanan pokok yaitu beras yang dikonsumsi oleh hampir setengah dari enam milyar penduduk dunia. International Rice Research Institute (IRRI) memperkirakan saat ini produksi beras mencapai 590 juta ton per tahunnya dan diperkirakan meningkat hingga 40% di tahun 2020. Permasalahan yang dihadapi para petani dunia saat ini adalah peningkatan produksi beras dengan lahan pertanian yang kecil dan keterbatasan air serta komponen penunjang lainnya. Indonesia sebagai negara konsumen beras terbesar ketiga di dunia, setelah China dan India tentu mengalami permasalahan yang serupa. Salah satu solusi peningkatan produktivitas padi yang telah dikembangkan oleh para ilmuwan adalah dengan peningkatan efisiensi fotosintesis. Padi merupakan tanaman C3, dimana fiksasi karbon dioksida pada fotosintesis terjadi melalui pembentukan intermediet berkarbon tiga dengan bantuan enzim RuBisCO. Pada siang hari, RuBisCO ternyata tidak hanya berfungsi sebagai karboksilase untuk fiksasi CO2, tetapi juga oksigenase yang berfungsi untuk katabolisme karbohidrat yang membutuhkan oksigen serta menghasilkan CO2. Peristiwa ini disebut fotorespirasi yang membuang energi, mengurangi perolehan karbon dan mengurangi produktivitas padi hingga 40%. Berbeda dengan tanaman C3, tanaman C4 dapat mengonsentrasikan CO 2 pada kloroplas yang mengandung RuBisCO lewat mekanisme “pompa CO2” oleh enzim fosfoenolpiruvat karboksilase (PEPC). Enzim PEPC mengikat fosfoenolpiruvat dengan CO 2 pada atmosfer membentuk intermediet berkarbon empat, sehingga disebut tanaman C4. Tanaman C4 memiliki kelebihan karena lebih sedikit mengalami fotorespirasi di siang hari sehingga laju fotosintesis lebih cepat, dan produktivitasnya jauh lebih baik dibanding tanaman C3. Modifikasi genetik padi dengan pengenalan gen fotosintesis dari tanaman C4 seperti jagung dan tebu telah menghasilkan suatu padi transgenik C4. Jenis padi terbaru ini ternyata mengalami peningkatan efisiensi fotosintesis dan produksi beras hingga 35% dibanding padi konvensional. Peningkatan kapasitas fotosintesis padi lebih lanjut memerlukan pengetahuan mengenai jalur fotosintesis C3 dan C4 serta enzim-enzim target yang terlibat. Penelitian ini akan difokuskan pada modifikasi enzim target RuBisCO untuk meningkatkan efisiensi fotosintesis dan produktivitas padi melalui peningkatan afinitas RuBisCO terhadap CO2. Afinitas RuBisCO terhadap CO2 dapat ditingkatkan dengan memodifikasi sekuens asam amino pada enzim tersebut. Struktur dan sekuens RuBisCO dapat diperoleh dari Protein Data Bank (PDB) dan modifikasi asam amino dilakukan secara in silico. Desain modifikasi RuBisCO yang memiliki afinitas lebih tinggi terhadap CO2 dapat dilakukan melalui pendekatan molecular dynamics dan analisis perubahan energi pengikatan secara komputasional. Melalui studi ini diharapkan akan didapat suatu sekuens enzim RuBisCO yang telah dimodifikasi untuk meningkatkan afinitasnya terhadap CO2. Sekuens RuBisCO tersebut dapat digunakan untuk modifikasi genetik padi transgenik C4 untuk lebih meningkatkan efisiensi fotosintesis dan produktivitasnya. Hal ini diharapkan dapat menjadi solusi untuk meningkatkan produktivitas padi serta ketersediaan dan swasembada beras di Indonesia. Kata kunci: fotorespirasi, fotosintesis, modifikasi genetik, molecular dynamic, padi transgenik C4, peningkatan produktivitas, RuBisCO

viii

Enhancement of Carbon Dioxide (CO2) Affinity of RuBisCO (Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase) Enzyme for Photosynthesis Efficiency and Productivity Improvement of C4 Transgenic Rice (Oryza sativa L.) through Molecular Dynamics Study Abi Sofyan Ghifari University of Indonesia

Abstract: Rice (Oryza sativa L.) is a plant that produces the staple food of rice consumed by almost half of the world's six billion people. International Rice Research Institute (IRRI) estimates that the current rice production reached 590 million tons per year and expected to rise to 40% in 2020. The problems faced by farmers today is the increasing of world's rice production by small farms and limited water and other supporting components. Indonesia as the country's third largest rice consumer in the world, after China and India is certainly experiencing the similar problems. One of the solutions to increase productivity of rice has been developed by scientists is to increase the efficiency of photosynthesis. Rice is a C3 plant, where the fixation of carbon dioxide in photosynthesis occurs through the formation of a three-carbon intermediates with the help of the RuBisCO enzyme. During the day, RuBisCO was not only serves as a carboxylase for CO 2 fixation, but also a function oxygenases for the catabolism of carbohydrates that require oxygen and produce CO2. This event is called photorespiration that waste energy, reduce carbon acquisition and reduce the productivity of rice by 40%. In contrast to C3 plants, C4 plants to concentrate CO2 in chloroplasts that contain RuBisCO through the mechanism of "CO2 pump" by the phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) enzyme. PEPC enzyme binds phosphoenolpyruvate with CO2 in the atmosphere to form a four-carbon intermediates, so-called C4 plants. C4 plants have the advantage of being less prone to photorespiration in the rate of photosynthesis during the day so much faster, and productivity is much better than C3 plants. Genetically modified rice with the introduction of C4 photosynthetic genes of plants such as corn and sugar cane have produced a transgenic rice C4. The new rice varieties turned out to have increased the efficiency of photosynthesis and the production of rice by 35% compared to conventional rice. Increased photosynthetic capacity of rice requires more knowledge of the C3 and C4 photosynthetic pathway and enzyme targets involved. This study will focus on the modification of the target RuBisCO enzyme to increase the efficiency of photosynthesis and productivity of rice through increased affinity of RuBisCO for CO2. Affinity of RuBisCO for CO2 can be improved by modifying the amino acid sequence of the enzyme. Structure and RuBisCO sequences may be obtained from the Protein Data Bank (PDB) and amino acid modifications carried out in silico. RuBisCO design modifications which have a higher affinity for CO2 can be done through a molecular dynamics approach and computational analysis of changes in the binding energy. This study are expected to be obtained an RuBisCO enzyme sequences that have been modified to increase the affinity for CO2. RuBisCO sequences may be used to genetically modified transgenic rice C4 photosynthesis to further improve efficiency and productivity. This is expected to be the solution to increase availability and productivity of rice and rice self-sufficiency in Indonesia. Keywords: C4 transgenic rice, genetic modification, molecular dynamics, photorespiration, photosynthesis, productivity enhancement, RuBisCO

1

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1.

Latar Belakang

Padi (Oryza sativa L.) adalah tanaman penghasil beras yang merupakan bahan makanan pokok bagi hampir setengah dari enam milyar penduduk dunia (M.S.B. Ku, 2000; A.B. Abdullah, et al, 2007). Sekitar 90% padi dunia diproduksi dan dikonsumsi di benua Asia dan sekitar 80% padi dunia diproduksi dan dikonsumsi oleh enam negara di benua Asia, yaitu China, India, Indonesia, Bangladesh, Thailand, dan Jepang. Peningkatan jumlah penduduk Asia sekitar 1.8% setiap tahunnya menuntut peningkatan produksi beras hingga 3% setiap tahunnya (A.B. Abdullah, et al, 2007; FAO, 2011). Produksi beras saat ini menghadapi berbagai permasalahan dalam memenuhi kebutuhan penduduk dunia. Indonesia juga tidak luput dari permasalahan tersebut. Menurut data Organisasi Pangan dan Pertanian Dunia (Food and Agricultural Organization/FAO), Indonesia merupakan negara produsen dan konsumen padi terbesar ketiga di dunia setelah China dan India dengan total produksi sekitar 65.98 juta ton gabah kering (41.57 juta ton beras) pada tahun 2010 (FAO, 2011). Konsumsi beras per kapita penduduk Indonesia juga termasuk tinggi, yaitu sekitar 140 kg per kapita (Oryza.com, 2012). Pertumbuhan penduduk Indonesia tiap tahunnya diperkirakan sekitar 1,49% (Tempo.co, 2010). Hal ini dapat menjadi permasalahan bagi pemenuhan kebutuhan beras. Selain masalah tersebut, masalah lainnya antara lain berkurangnya lahan pertanian, eksploitasi tanah dan air yang berlebihan, kerentanan padi terhadap hama dan perubahan iklim, mahalnya komponen pertanian, hingga harga beras yang semakin jatuh (A.B. Abdullah, et al, 2007). Salah satu solusi dari masalah pemenuhan kebutuhan beras tersebut adalah peningkatan produktivitas padi. Padi konvensional termasuk tanaman C3. Tanaman C3 merupakan tanaman yang memfiksasi karbon atmosferik, yaitu karbon dioksida (CO2) menjadi intermediet berkarbon tiga pada proses fotosintesis. Enzim sentral yang berperan besar dalam proses ini adalah RuBisCO (ribulosa-1,5-bisfosfat karboksilase/oksigenase). Enzim ini berperan mengatalisis reaksi fiksasi CO2 (satu karbon) oleh ribulosa-1,5-bisfosfat (lima karbon) menjadi dua molekul 3fosfogliserat (tiga karbon) (M.S.B. Ku, 2000; A. Bandhyopadhyay, et al, 2007). Tetapi enzim ini ternyata memiliki afinitas yang tinggi terhadap oksigen atmosferik (O2) sehingga yang terjadi adalah reaksi oksidasi ribulosa-1,5-bisfosfat menjadi fosfoglikoat yang menghabiskan energi lewat proses fotorespirasi. Fotorespirasi ini dapat menurunkan efisiensi fiksasi karbon hingga 50% (I. Andersson & A. Backlund, 2008). Salah satu solusi telah dikembangkan oleh para ilmuwan, yaitu dengan mentransformasi gen tanaman C4 seperti jagung dan tebu ke dalam padi sehingga

2 dihasilkan padi transgenik C4. Padi hasil modifikasi genetik ini ternyata dapat meningkatkan efisiensi fotosintesis dan produktivitas hingga 35% dibandingkan padi konvensional (M.S.B. Ku, 2000). Tetapi fiksasi karbon secara langsung oleh RuBisCO pada padi transgenik ini masih tergolong rendah sehingga perlu dilakukan modifikasi lebih lanjut agar efisiensinya meningkat. Pada penelitian ini, modifikasi enzim RuBisCO dilakukan secara in silico yaitu melalui pemodelan komputer. Sekuens asam amino RuBisCO dapat diperoleh dari basis data (database) pada National Center for Biotechnology Information (NCBI) dan Protein Data Bank (PDB). Kandidat asam amino target mutasi kemudian dimodifikasi dan struktur tiga dimensinya diperoleh dengan mengolah sekuens hasil modifikasi menggunakan online software SWISS-Model. Kemudian software MOE (Molecular Operating Environment) digunakan untuk mengukur afinitas sekuens RuBisCO hasil modifikasi terhadap ligan karbon dioksida (CO2) melalui pendekatan molecular dynamics. Melalui peningkatan afinitas enzim RuBisCO terhadap CO2, diharapkan efisiensi fotosintesis dan produktivitas padi transgenik C4 juga meningkat untuk menjawab pemenuhan kebutuhan beras penduduk Indonesia.

1.2.

Perumusan Masalah

Beberapa permasalahan yang dirumuskan dan akan dijawab dalam karya ilmiah ini adalah sebagai berikut: 1. Apa perbedaan tanaman C3 dengan C4? 2. Bagaimana fungsi dan aktivitas enzim RuBisCO pada proses fotosintesis padi? 3. Bagaimana cara memodifikasi enzim RuBisCO untuk meningkatkan afinitasnya terhadap karbon dioksida (CO2)?

1.3.

Tujuan dan Manfaat Penulisan

Penulisan makalah ini antara lain bertujuan untuk: 1. Memodifikasi sekuens enzim RuBisCO agar afinitasnya terhadap CO2 meningkat secara in silico untuk meningkatkan efisiensi fotosintesis dan produktivitas padi transgenik C4 melalui modifikasi enzim RuBisCO. 2. Memperkenalkan ranah ilmu bioinformatika sebagai salah satu basis bioteknologi pertanian. Penulisan karya ilmiah ini diharapkan dapat bermanfaat sebagai informasi bagi kalangan akademisi, pemerintah, maupun masyarakat luas. Penulis juga berharap penelitian ini dapat berkontribusi bagi pengembangan ilmu pengetahuan di Indonesia terutama bidang bioteknologi dan bioinformatika.

3

BAB 2. TELAAH PUSTAKA

2.1.

Tanaman C3 dan C4

Kebanyakan tanaman konvensional yang kita kenal seperti padi dan gandum merupakan tanaman dengan tipe fotosintesis C3, atau disebut sebagai tanaman C3. Istilah C3 merujuk pada fakta bahwa pada proses fotosintesisnya, padi memfiksasi molekul karbon dioksida dari atmosfer dan menjadikannya senyawa antara (intermediet) berkarbon tiga. Intermediet ini kemudian digunakan tanaman tersebut untuk membentuk molekul gula seperti glukosa maupun polimernya seperti amilum dan selulosa. Proses ini berlangsung di dalam kloroplas pada sel mesofil daun dan diregulasi oleh enzim sentral D-ribulosa-1,5bisfosfat karboksilase/oksigenase (D-ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/ oxygenase, RuBisCO) (J.R. Ehleringer & T.E. Cerling, 2002). Konsentrasi CO2 yang tinggi (lebih dari 200 ppm) pada sel mesofil menyebabkan enzim RuBisCO lebih menyukai untuk mengatalisis reaksi karboksilasi antara CO2 dengan ribulosa-1,5-bisfosfat menghasilkan dua molekul fosfogliserat yang berkarbon tiga. Fosfogliserat digunakan oleh tumbuhan untuk menyintesis makromolekul seperti amilum dan selulosa. Namun pada saat konsentrasi oksigen (O2) lebih besar dibandingkan konsentrasi CO2 pada kloroplas, RuBisCO akan cenderung mengatalisis reaksi oksigenasi yang mengoksidasi ribulosa-1,5-bisfosfat menjadi fosfoglikoat dan fosfogliserat. Apabila hal ini terjadi saat siang hari, maka proses ini disebut fotorespirasi. Proses ini membuang energi dan dapat mengurangi fiksasi karbon dan produktivitas tanaman C3 hingga 40% (M.S.B. Ku, 2000; C.M. Hogan, 2011). Berbeda dengan tanaman C3, tanaman C4 memfiksasi CO2 dari atmosfer menjadi malat atau aspartat yang berkarbon empat (C.P. Osborne & D.J. Beerling, 2006). Struktur daun pada tanaman C4 berbeda dengan C3 yang disebut sebagai anatomi daun Kranz yang dapat menghindari fotorespirasi (M.S.B. Ku, 2000). Tahap pertama jalur ini adalah konversi piruvat menjadi fosfoenolpiruvat yang membutuhkan fosfat anorganik dan ATP. PEP yang dihasilkan kemudian digunakan untuk memfiksasi CO2 yang dikatalisis oleh PEPC membentuk oksaloasetat yang secara spontan diubah menjadi malat. PEPC memiliki Km terhadap CO2 yang lebih rendah dibandingkan RuBisCO sehingga mempunyai afinitas yang lebih tinggi. PEPC cukup selektif untuk mengikat CO2 dan O2 merupakan substrat yang sangat buruk terhadap enzim ini (H.D. Marshall, 2002).

2.2.

Padi Transgenik C4

Padi (Oryza sativa L.) sejatinya merupakan tanaman C3 dimana fiksasi CO2 atmosfer diregulasi oleh enzim sentral RuBisCO yang memiliki afinitas lebih

4

rendah terhadap CO2 dibanding dengan O2 (J.M. Hibberd et al, 2008). Hal ini menyebabkan efisiensi fotosintesis dan produktivitas padi menjadi rendah akibat proses fotorespirasi apabila RuBisCO mengikat O2. Berbeda dengan padi sebagai tanaman C3, jagung (Zea mays L.) dan tebu (Saccharum officinarum L.) yang merupakan tanaman C4 memiliki efisiensi fotosintesis hingga 50% lebih besar (M.S.B. Ku, 2000; J.M. Hibberd et al, 2008). Salah satu solusi yang telah ditemukan oleh para ilmuwan untuk meningkatkan efisiensi fotosintesis dan produktivitas padi adalah menginsersi gen fotosintesis tanaman C4 seperti jagung ke dalam padi (Z. Bianjiang & J. Demao, 2009). Gen yang ditransformasikan adalah gen-gen enzim yang terlibat pada fotosintesis tanaman C4, seperti fosfoenolpiruvat karboksilase (PEPC), fosfopiruvat dikinase (PPDK), dan enzim NADP-malat (NADP-ME). Produksi strain padi terbaru hasil modifikasi genetik ini pertama kali dilakukan oleh tim riset dari National Institute of Agrobiological Resources, Japan dan Nagoya University pada tahun 1999. Strain padi transgenik hasil transformasi yang dimediasi bakteri Agrobacterium ini memiliki peningkatan produktivitas hingga 35% dibanding padi konvensional (M.S.B. Ku, 2000; Z. Bianjiang & J. Demao, 2009). Untuk terus meningkatkan efisiensi fotosintesis dan produktivitas padi, peningkatan fiksasi CO2 juga harus dilakukan salah satunya adalah dengan modifikasi enzim sentral RuBisCO padi.

2.3.

Enzim RuBisCO (Ribulose-1,5-bisphosphate Carboxylase/Oxygenase)

Ribulosa-1,5-bisfosfat karboksilase/oksigenase (RuBisCO, EC 4.1.1.39) merupakan enzim sentral pada siklus fotosintesis Calvin-Benson-Bassham (Gambar 2.1) yang berperan dalam proses fiksasi karbon dari biosfer. RuBisCO terdapat hampir di seluruh organisme autotrof baik bakteri autotrof, sianobakteria, archaea, hingga tumbuhan tingkat tinggi dan merupakan jenis protein dengan jumlah terbesar di bumi (I. Andersson & A. Backlund, 2008). Sesuai dengan namanya, RuBisCO berperan dalam mengatalisis dua jenis reaksi, karboksilasi dan oksigenasi. Pada reaksi karboksilasi, RuBisCO menggabungkan molekul CO2 pada atmosfer dengan ribulosa-1,5-bisfosfat (RBP) menghasilkan dua molekul fosfogliserat. Sementara itu, reaksi oksigenasi melibatkan O2 yang merupakan substrat kompetitor dari CO2 yang juga berikatan dengan RBP. Reaksi ini disebut fotorespirasi yang menghasilkan fosfoglikolat dan fosfogliserat serta mengurangi efisiensi fotosintesis (C. Burisch et al, 2007; H. Farazdhagi, 2011). Padi (Oryza sativa L.) memiliki RuBisCO tipe I heksadekamerik atau memiliki 16 subunit dengan massa molekul sekitar 550 kDa, yaitu 8 subunit besar (55 kDa) dan 8 subunit (15 kDa). Reaksi karboksilasi/oksigenasi terjadi pada subunit besar RuBisCO dengan sisi aktif pada residu Lys201 (H. Matsumura et al,

5

2012). Peningkatan afinitas RuBisCO terhadap CO2 perlu dilakukan untuk meningkatkan efisiensi fotosintesis dan produktivitas padi. Salah satu cara adalah dengan memodifikasi sekuens asam amino pada RuBisCO sehingga afinitasnya terhadap CO2 lebih besar dibanding dengan O2.

Gambar 2.1. Peran RuBisCO pada siklus Calvin. Sumber:http://webpub.allegheny.edu/dept/bio/bio220/Milt_lectures/Photosynthesis/Calvincycle.jpg (3 Juli 2012)

2.4.

Studi Bioinformatika

2.4.1 Peran dan Perkembangan Bioinformatika Bioinformatika didefinisikan sebagai ilmu yang mempelajari aplikasi teknologi informasi (ilmu komputer, matematika, algoritma, dan statistika) untuk mengolah dan mengelola data-data serta informasi biologis yang telah disimpan pada suatu pangkalan data/database (T. Arndt, 2007). Bioinformatika merupakan bidang ilmu interdisipliner yang berperan besar dalam berbagai analisis karakter dan dinamika molekuler pada sistem biologis melalui simulasi komputer (M. Cannataro et al, 2010). Bioinformatika modern berhubungan erat dengan metode pengumpulan, penyimpanan, dan analisis data biologis dan medis termasuk landasan komputasional dan pemodelan data untuk simulasi perilaku sistem hidup. Salah satu kontribusi bioinformatika yang berkaitan dengan bidang bioteknologi dan biologi molekuler adalah peningkatan produktivitas tanaman melalui penciptaan tanaman transgenik atau tanaman hasil modifikasi genetik.

6

2.4.2 Pangkalan Data/Database Bioinformatika

Database yang penting pada riset bioinformatika ialah database protein dan beberapa di antaranya dapat diakses melalui internet. Database struktur primer atau sekuens asam amino pada protein tertentu dapat diakses melalui NCBI pada http://www.ncbi.nlm.nih.gov/protein. Database mengenai struktur tiga dimensi dari beragam protein dapat diperoleh melalui Protein Data Bank (PDB) dari Research Collaboratory for Structural Bioinformatics (RCSB) pada http://www.pdb.org atau http://www.rcsb.org/pdb/home/home.do (E.J. Whitfield et al, 2006; C.L. Pierri et al, 2010). Pengetahuan mengenai struktur protein ini penting untuk mengetahui fungsi dan aktivitas dari protein, terutama protein nonstruktural seperti enzim yang terlibat dalam berbagai reaksi biokimia.

2.4.3 Sequence Alignment and Homology Sequence alignment merupakan metode pensejajaran dua atau lebih sekuens asam amino atau nukleotida yang memiliki hubungan atau persamaan. Panjang sekuens yang akan disejajarkan bisa saja berbeda (T. Arndt, 2008). Pensejajaran tersebut dilakukan untuk mencari kesamaan/homologi sekuens (sequence homology) dan daerah yang dipertahankan (conserved region) dari sekuens-sekuens tersebut. Conserved region dapat digunakan untuk menganalisis dan memprediksi fungsi dan aktivitas serta hubungan evolusioner protein tersebut berdasarkan kesamaan/homologi dengan protein yang telah diteliti (C. Pierri et al, 2010). Sequence alignment dapat dibagi menjadi dua jenis utama, yaitu pairwise sequence alignment yang melibatkan dua sekuens dan multiple sequence alignment (MSA) yang melibatkan tiga atau lebih sekuens serupa (EMBL-EBI, 2012). Multiple sequence alignment (MSA) memiliki kompeksitas yang lebih tinggi dan lebih banyak digunakan pada riset bioinformatika karena terdapat banyak protein dengan fungsi dan aktivitas serupa yang memiliki sekuens berbeda (I. Elias, 2006).

2.4.4 Molecular Dynamics Simulasi dinamika molekul adalah salah satu aplikasi teknik komputasi yang digunakan untuk mempelajari makromolekul biologis sampai ke tingkat atom. Penggunaan aplikasi tersebut bertujuan untuk memahami perilaku dinamis dari protein pada skala waktu yang berbeda, pergerakan internal yang cepat hingga lambat maupun perubahan proses konformasi lipat protein. Hal tersebut dapat memungkinkan untuk mempelajari efek dari molekul pelarut pada struktur dan stabilitas protein (Alonso et al., 2006). Metode simulasi dinamika molekul

7

tersebut dikembangkan untuk mempelajari stabilitas protein, perubahan konformasi, pelipatan protein, pengangkutan ion pada sistem biologi, evaluasi struktur hasil kristalografi sinar-X maupun NMR hingga perancangan obat (drug design), sehingga metode ini berperan sebagai ‘jembatan’ antara eksperimen dengan teori (Nurbaiti, 2009).

BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN Metodologi penelitian yang digunakan dalam penulisan makalah ini adalah studi secara in silico atau komputasional serta studi literatur/pustaka. 3.1.

Peralatan dan Bahan

3.1.1. Peralatan Penelitian ini dilakukan secara in silico atau melalui proses komputerisasi menggunakan personal computer (PC) dan juga laptop. Sistem operasi yang digunakan adalah Microsoft Windows 7 Home Premium. Perangkat browser yang digunakan adalah Mozilla Firefox 3.5.6. Offline software yang digunakan untuk simulasi molecular dynamics adalah MOE (Molecular Operating Environment) versi 2008.10. Penelitian ini juga menggunakan beberapa perangkat lunak (software) baik online di antaranya adalah. Tabel 3.1. Online software yang digunakan beserta alamat situsnya. Softwares Situs ACDLabs (http://www.acdlabs.com/resources/freeware/chemsketch/) ChemSketch 12.0 ClustalW2 (http://www.ebi.ac.uk/Tools/clustalw2/index.html) EMBL-EBI BLAST (http://www.ebi.ac.uk/Tools/blast2/index.html) NCBI BLAST (http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi) PyMOL (http://www.pymol.org/) SWISS Model (http://swissmodel.expasy.org) 3.1.2. Bahan Sementara itu bahan-bahan yang digunakan adalah data sekuens dan struktur tiga dimensi enzim RuBisCO Oryza sativa L. yang dapat diperoleh dari online database berikut.

8

Tabel 3.2. Online database yang digunakan beserta alamat situsnya. Databases Situs NCBI (http://www.ncbi.nlm.nih.gov ) Protein Data Bank at RCSB (http://www.rcsb.org/pdb/home/home.do)

3.2.

Prosedur Kerja

3.2.1. Penentuan Sequence Alignment Enzim RuBisCO Oryza sativa L. Hal yang paling awal dilakukan adalah pencarian data sekuens RuBisCO Oryza sativa L. pada situs National Center for Biotechnology Information (NCBI) (http://www.ncbi.nih.gov). Pencarian sekuens ini bertujuan untuk mengetahui sekuens baru yang telah terdaftar di situs NCBI. Kemudian sekuens-sekuens tersebut diunduh dan disimpan dengan Notepad dalam format FASTA. Selanjutnya dilakukan alignment atau pensejajaran terhadap sekuens tersebut menggunakan ClustalW2 atau BLAST. Sekuens RuBisCO Oryza sativa L. yang memiliki skor tertinggi pada sequence alignment akan digunakan.

3.2.2. Modifikasi dan Penentuan Struktur 3D Enzim RuBisCO Sekuens RuBisCO Oryza sativa L. yang memiliki skor tertinggi pada sequence alignment tersebut kemudian dimodifikasi sekuens asam amino yang berpotensi memiliki pengaruh terhadap afinitasnya dengan substrat CO2. Kemudian dari modifikasi tersebut dibentuk struktur tiga dimensinya melalui pemodelan menggunakan SWISS Model (http://swissmodel.expasy.org). Struktur yang diperoleh kemudian disimpan dalam format .pdb.

3.2.3. Persiapan Simulasi Molecular Dynamics Pada persiapan molecular dynamics, optimasi geometri dan minimisasi energi struktur tiga dimensi pada kompleks enzim RuBisCO dan ligan perlu dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak MOE 2008.10. Optimasi geometri muatan parsial kompleks enzim-ligan dilakukan dengan metode parameter yang menggunakan current forcefield. Selanjutnya dilakukan tahap minimisasi energi dengan force field MMFF94x. Simulasi molecular dynamics mengikutsertakan efek pelarut terhadap interaksi enzim-ligan. Dalam perangkat MOE, solvasi dinamis ditentukan dalam potential setup yang menggunakan solvasi born dengan gradien RMS 0.

9

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1.

Multiple Sequence Alignment

Multiple Sequence Alignment (MSA) dilakukan dengan menggunakan perangkat BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) pada NCBI yang dapat diakses secara online melalui http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi. Berdasarkan pensejajaran menggunakan perangkat tersebut, diperoleh sekuens RuBisCO Oryza sativa yang mencapai homology 100% yaitu RuBisCO dengan kode akses AAB02583.1 (Tabel 4.1). Sekuens RuBisCO ini yang akan dimodifikasi dan dievaluasi interaksinya dengan CO2 pada simulasi molecular dynamics. Sekuens asam aminonya dalam format FASTA dapat dilihat di bawah ini (warna merah menunjukkan residu sisi aktif RuBisCO) (H. Matsumura et al, 2012). MSPQTETKASVGFKAGVKDYKLTYYTPEYETKDTDILAAFRVTPQPGVPPEEAGAAVAAESSTGTW TTVWTDGLTSLDRYKGRCYHIEPVVGEDNQYIAYVAYPLDLFEEGSVTNMFTSIVGNVFGFKALRA LRLEDLRIPPTYSKTFQGPPHGIQVERDKLNKYGRPLLGCTIKPKLGLSAKNYGRACYECLAGGLD FTKDDENVNSQPFMRWRGRFVFCAEAIYKSQAETGEIKGHYLNATAGTCEEMIKRAVFARELGVPI VMHDYLTGGFTANTSLAHYCRDNGLLLHIHRAMHAVIDRQKNHGMHFRVLAKALRMSGGDHIHAGT VVGKLEGIFFFFFFFFFFFLRKELYVCVIIQNKHVVQGVAVHACRISSSLWYTYPSKRSKTYETNT QEEES

Tabel 4.1. Hasil data multiple sequence alignment melalui situs NCBI-BLAST.

10

4.2.

Modifikasi Sekuens Asam Amino Enzim RuBisCO

Modifikasi sekuens asam amino pada RuBisCO target dilakukan pada residu sisi katalitik enzim yang bersifat asam, yaitu Asp203 dan Glu204. Pemilihan target modifikasi tersebut didasari atas asumsi bahwa CO2 merupakan oksida asam sehingga interaksinya dengan residu asam seperti Asp203 dan Glu204 menjadi lemah. Untuk meningkatkan afinitas RuBisCO terhadap CO2 perlu dilakukan modifikasi terhadap residu Asp203 dan Glu204 yang bersifat asam menjadi basa. Sekuens asam amino yang bersifat asam tersebut dapat dimodifikasi menjadi asam amino yang bersifat basa sehingga diharapkan afinitasnya terhadap CO2 meningkat. Asam amino yang bersifat basa antara lain lisin (Lys/K), arginin (Arg/R), dan histidin (His/H). Modifikasi yang dilakukan pada penelitian ini adalah sebagai berikut. Tabel 4.2. Modifikasi residu asam amino sisi aktif Asp203 dan Glu204. Sekuens Awal FTKDDE

Lys/K Arg/R His/H

Asp/D tetap

Glu/E tetap

FTKDDK FTKDDR FTKDDH

FTKDKE FTKDRE FTKDHE

Sehingga melalui modifikasi asam amino tunggal tersebut diperoleh enam sekuens enzim RuBisCO yang akan diuji afinitasnya terhadap CO2. Sebelum pengujian menggunakan simulasi molecular dynamics, struktur tiga dimensi dari enzim hasil modifikasi tersebut perlu ditentukan. Penentuan struktur 3D dari enzim modifikasi dapat dilakukan melalui online software SWISS Model (http://swissmodel.expasy.org). Salah satu hasil pemodelan struktur RuBisCO modifikasi melalui SWISS Model dapat dilihat pada Gambar 4.1.

Gambar 4.1. Pemodelan struktur 3D SWISS Model RuBisCO FTKDKE.

11

4.3.

Analisis Hasil Simulasi Molecular Dynamics

Simulasi docking dan dynamics dilakukan menggunakan software MOE (Molecular Operating Environment). Simulasi interaksi antara enzim dengan ligan menggunakan MOE dapat dilihat pada Gambar 4.2. Melalui simulasi ini didapatkan data entropi interaksi antara enzim (RuBisCO) hasil modifikasi dengan ligan (CO2 dan D-ribulosa-1,5-bisfosfat/RBP). Data entropi dapat dilihat pada Tabel 4.3. Interaksi terkuat dapat diinterpretasikan dengan semakin positifnya entropi yang menyatakan spontanitas reaksi.

Gambar 4.2. Simulasi docking dan dynamics antara enzim dengan ligan. Tabel 4.3. Data entropi interaksi enzim modifikasi dengan ligan. Enzim Entropi reaksi, S (kJ/mol) Enzim awal (FTKDDE) -11.5289 FTKDDH -11.0226 FTKDDK -10.8785 FTKDDR -9.4937 FTKDHE -11.1435 FTKDKE -6.4723 FTKDRE -7.6443 Melalui data tersebut dapat dilihat bahwa entropi seluruh enzim hasil modifikasi lebih positif dibandingkan enzim awal. Hal ini menginterpretasikan bahwa seluruh enzim hasil modifikasi memiliki interaksi yang lebih baik dengan ligan, sesuai dengan hipotesis awal. Interaksi enzim modifikasi terbaik diperlihatkan oleh enzim FTKDKE, dimana residu Asp/D203 diubah menjadi Lys/K dengan entropi interaksi sebesar -6.4723 kJ/mol. Enzim hasil modifikasi ini berpotensi untuk menjadi pengganti enzim RuBisCO pada padi transgenik C4 untuk meningkatkan afinitasnya terhadap CO2.

12

Ligan (CO2 dan RBP) berinteraksi dengan enzim pada sisi aktif (residu Lys201, Asp203, dan Glu204) yang mengandung kofaktor Mg2+. Ilustrasi interaksi antara enzim RuBisCO dengan ligan dapat dilihat pada Gambar 4.3. Sementara itu interaksi antara ligan dengan enzim hasil modifikasi FTKDKE dari simulasi molecular docking dan dynamics dapat dilihat pada Gambar 4.4.

Gambar 4.3. Interaksi antara ligan (CO2 dan RBP) dengan enzim RuBisCO. Sumber: http://palaeos.com/eukarya/glossary/images/Rubisco.gif (3 Juli 2012)

Gambar 4.4. Interaksi ligan RBP dengan enzim modifikasi FTKDKE.

13

BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN

Modifikasi enzim RuBisCO dengan penggantian sekuens residu asam amino tunggal berpotensi menghasilkan RuBisCO yang memiliki interaksi dan afinitas yang lebih baik dengan ligan (CO2 dan RBP) dibanding enzim awal. Hipotesis awal yang menyatakan bahwa modifikasi residu asam amino pada sisi aktif yang bersifat asam (Asp203 dan Glu204) menjadi asam amino basa akan menghasilkan enzim dengan afinitas yang lebih baik terhadap ligan terbukti. Pembuktian hipotesis tersebut diperlihatkan dari hasil entropi interaksi antara enzim hasil modifikasi dengan ligan melalui simulasi molecular docking dan dynamics yang lebih positif dibandingkan enzim awal. Hal ini memperlihatkan bahwa enzim modifikasi memiliki spontanitas reaksi yang lebih tinggi dan interaksi/afinitas yang lebih baik dengan ligan. Di antara enzim-enzim hasil modifikasi tersebut yang memiliki interaksi terbaik dengan ligan adalah FTKDKE. Enzim RuBisCO FTKDKE merupakan hasil modifikasi residu aktif Asp/D203 yang bersifat asam menjadi Lys/K yang bersifat basa dengan nilai entropi interaksi sebesar -6.4723 kJ/mol. Enzim RuBisCO FTKDKE berpotensi untuk mengganti RuBisCO konvensional pada padi transgenik C4 untuk meningkatkan afinitasnya terhadap CO2 atmosferik. Modifikasi ini bertujuan untuk efisiensi meningkatkan fotosintesis dan produktivitas padi transgenik C4. Hal ini dapat dijadikan solusi alternatif untuk menjawab berbagai permasalahan pemenuhan kebutuhan beras di Indonesia. Penelitian ini diharapkan dapat menjadi tahapan studi awal dalam menemukan varietas padi yang memiliki produktivitas yang tinggi. Bagaimanapun penelitian ini membutuhkan studi lebih lanjut terutama modifikasi RuBisCO padi secara in silico. Studi bioinformatika ini masih tergolong jarang dilakukan di Indonesia dan dibutuhkan pengembangan lebih lanjut lagi, juga potensinya untuk diwujudkan melalui wet experiment.

14

DAFTAR PUSTAKA

Abdullah, A.B., S. Ito, & K. Adhana. 2007. Estimate of Rice Consumption in Asian Countries and the World Towards 2050. Tottori University. Alonso, H., Bliznyuk, A.A., Gready, J.E. (2006). Combining docking and molecular dynamic simulations in drug design. Wiley InterScience. doi: 10.1002/med.20067. Arndt, T. 2007. Visual software tools for bioinformatics. Journal of Visual Languages and Computing 19 (2008) 291–301. Andersson, I., & A. Backlund. 2008. Structure and Function of Rubisco. Plant Physiology and Biochemistry 46 (2008) 275-291. Bianjiang, Z., J. Demao. 2009. Constructing C4 rice - the challenge of new green revolution. African Journal of Food Science Vol. 3(13). pp. 434-438, December, 2009. ISSN 1996-0794. Bandhyopadhyay, A., K. Datta, J. Zhang, W. Yang, S. Raychauduri, M. Miyao, & S.K. Datta. 2007. Enhanced Photosynthesis Rate in Genetically Engineered Indica Rice Expressing PEPC Gene Cloned from Maize. Plant Science 172 (2007) 1204–1209. Burisch, C., G.F. Wildner, J. Schlitter. 2007. Bioinformatic tools uncover the Cterminal strand of Rubisco’s large subunit as hot-spot for specificityenhancing mutations. FEBS Letters 581 (2007) 741–748. Cannataro, M., et al. (2010). Special section: Biomedical and bioinformatics challenges to computer science. Future Generation Computer Systems 26 (2010) 421-423. Duan, Y.H., Yin X.M., Zhang Y.L., & Shen, Q.R. 2007. Mechanisms of Enhanced Rice Growth and Nitrogen Uptake by Nitrate. Pedosphere 17(6): 697-705, 2007 ISSN 1002-0160/CN 32-1315/P. Ehleringer, J.R., T.E. Cerling. 2002. C3 and C4 Photosynthesis. The Earth system: biological and ecological dimensions of global environmental change, Volume 2, pp 186–190. Elias, I. (2006). Settling the intractabilty of multiple alignment. Journal of Computational Biology 13 (7) : 1323-1339. DOI : 10.1089/cmb.2006.13. 1323. PMID 17037961. European Molecular Biology Laboratory – European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI). (2012). Bioinformatics Tools for Multiple Sequence Analysis. http://www.ebi.ac.uk/Tools/msa. diakses pada tanggal 24 Juni 2012 pukul 14.21 WIB. Food and Agriculture Organization (FAO). 2011. Rice Market Monitor January 2011. http://www.fao.org/economic/est/publications/rice-publications/rice market-monitor-rmm/en/. Diakses pada tanggal16 Juni 2012 pukul 21.53 WIB.

15 Hibberd, J.M., J.E. Sheehy, J.A. Langdale. 2008. Using C4 photosynthesis to increase the yield of rice—rationale and feasibility. Current Opinion in Plant Biology 11 (2008):228–231. Hogan, C.M. 2011. Respiration: Encyclopedia of Earth. Eds: Mark McGinley & C.J. Cleaveland. Washington DC: National Council for Science and the Environment. Kennelly, P.J., V.W. Rodwell. (2006). Bioinformatics and computational biology, pada Harper’s Illustrated Biochemistry 27th ed (Editor: R.K. Murray, D.K. Granner & V.W. Rodwell; 2006). McGraw-Hill Companies, Inc. Ku, M.S.B. 2000. Scientists Achieve Major Breakthrough in Rice; Data to be Shared with Worldwide Research Community. ISB News Report http://www.biotech-info.net/metabolically.htm. Diakses pada tanggal16 Juni 2012 pukul 21.53 WIB. Marshall, H.D. 2002. C4 Photosynthesis: Discovery and Resolution. Photosynthesis Research 73 (1-3): 251-256. DOI: 10.1023/A: 102471718 805. PMID 16245128. Matsumura, H., et al. 2012. Crystal Structure of Rice Rubisco and Implications for Activation Induced by Positive Effectors NADPH and 6Phosphogluconate. Journal of Molecular Biology (2012) Article in Press. DOI:10.1016/j.jmb.2012. 05.014. Nurbaiti, Santi.(2009). Stabilitas termal dan pergerakan dinamis klenow-like DNA polimerase I ITB-1 berdasarkan simulasi dinamika molekul. Disertasi Program Studi Kimia-Institut Teknologi Bandung. Osborne, C.P., D.J. Beerling. 2006. Nature’s Green Evolution: The Remarkable Evolutionary Rise of C4 Plants. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 361 (1465): 173-194. DOI: 10.1098/rtsb.2005. 1737. PMC 1626541. PMID 16553316. Oryza.com Daily News. 2012. Indonesian Government's Plan to Reduce Rice Consumption Meets Resistance. http://www.oryza.com/RiceNews/14142.html. Diakses pada tanggal16 Juni 2012 pukul 21.53 WIB. Pierri, C.L., G. Parisi, V. Porcelli. (2010). Computational approaches for protein function prediction: A combined strategy from multiple sequence alignment to molecular docking-based virtual screening. Biochimica et Biophysica Acta 1804 (2010) 1695–1712. Tempo.co. 2010. Pertumbuhan Penduduk Indonesia Mengkhawatirkan. http://www.m.tempo.co/2010/10/19/285658/. Diakses pada tanggal16 Juni 2012 pukul 21.56 WIB. Whitfield, E.J., M. Pruess, R. Apweiler. (2006). Bioinformatics database infrastructure for biotechnology research. Journal of Biotechnology 124 (2006) 629–639.

16 DAFTAR RIWAYAT HIDUP Penulis Utama

Nama Tempat Tanggal Lahir Jenis Kelamin Kewarganegaraan Status Agama Alamat

: : : : : : :

Alamat email

: [email protected]

Riwayat Pendidikan Formal: 2009 – sekarang 2006 – 2009 2003 – 2006 1997 – 2003

Abi Sofyan Ghifari Jakarta, 2 Desember 1991 Laki-laki Indonesia Belum Menikah Islam Jl.Pinang IV RT.005/02 No.21, Pondok Labu Cilandak, Jakarta Selatan 12450

Departemen Kimia Universitas Indonesia SMA Negeri 6 Jakarta SMP Negeri 37 Jakarta SD Negeri Pondok Labu 02

Prestasi Akademik : 2012

Medali Emas Bidang Kimia Olimpiade Nasional Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Perguruan Tinggi (ON MIPA-PT) 2012

2012

Juara Harapan II Mahasiswa Berprestasi FMIPA UI 2012

2011

Juara II Esai Ilmiah Sub Tema Sains-Teknologi-Kesehatan UI Untuk Bangsa 2011

2011

Juara III Konferensi Ilmuwan Muda Indonesia (KIMI) Sub Tema Energi MIPA Untuk Negeri (MUN) 2011

2011

Knowledge Track Indonesian Delegates World Leadership Conference Towards Rio +20 Summit 2011 Singapore

2011

Mahasiswa Berprestasi dengan Indeks Prestasi Tertinggi Kedua Departemen Kimia FMIPA UI

2011

Finalis Olimpiade Nasional Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Perguruan Tinggi (ON MIPA-PT) 2011

2010

Mahasiswa Berprestasi dengan Indeks Prestasi Tertinggi Kedua Departemen Kimia FMIPA UI

17 2010

Juara 1 Bidang Kimia Olimpiade Science Carnival (OSC) 2010 FMIPA UI

2010

Juara 1 Nasional Bidang Kimia Olimpiade Sains Nasional Perguruan Tinggi Seluruh Indonesia (OSN-PTI) 2010

2010

Juara 1 Bidang Kimia Olimpiade Sains Nasional Perguruan Tinggi Seluruh Indonesia (OSN-PTI) 2010 Tingkat Provinsi DKI Jakarta

2010

Finalis Program Kreativitas Mahasiswa Gagasan Tertulis (PKM-GT) Olimpiade Ilmiah Mahasiswa Universitas Indonesia (OIM UI) 2010

Prestasi Non-Akademik : 2011

Juara 3 Lomba Quote Inspiratif Karya Salemba Empat Universitas Indonesia (KSE UI) 2011

2010

Juara 1 Lomba Slogan Kampanye Anti-Rokok Majalah UI Update 2010

Karya-karya Ilmiah yang Pernah Dibuat :

Ghifari, Abi Sofyan; Dedy Mahardika; Rizky Ade Kurnia Putri. 2012. Kolom BPCB (Banana Peel Cationic Biosorbent): Pemanfaatan Limbah Kulit Pisang (Musa sapientum L.) sebagai Biosorben Logam Berat. Program Kreativitas Mahasiswa Gagasan Tertulis (PKM-GT) FMIPA UI 2012. Ghifari, Abi Sofyan. 2012. Kolom Biosorben Sekam Padi Terintegrasi: Alternatif Solusi Pengolahan Limbah Industri Menggunakan Limbah Sekam Padi (Oryza sativa L.) sebagai Biosorben Logam Berat. Karya Ilmiah Mahasiswa Berprestasi FMIPA UI 2012. Ghifari, Abi Sofyan. 2011. Biosorpsi Logam Berat di Lingkungan Akuatik Menggunakan Limbah Sekam Padi (Oryza sativa L.) sebagai Biosorben. UI Untuk Bangsa Sub Tema Sains-Teknologi-Kesehatan 2011. Ghifari, Abi Sofyan. 2011. Pemanfaatan Energi Surya di Indonesia Sebagai Energi Alternatif Menggunakan Sel Surya Nanokerucut Berbasis ZnO-CdTe. Konferensi Ilmuwan Muda Indonesia Sub Tema Energi MIPA Untuk Negeri 2011. Ghifari, Abi Sofyan. 2010. Konversi Carb Gas Menjadi Etanol Dan Propuna Menggunakan Nanokatalis Trimetalik Berbasis Logam Ru:Mn:Ni/TiO2. Olimpiade Sains Nasional Perguruan Tinggi Seluruh Indonesia (OSN-PTI) Tingkat Nasional 2010.

18

Ghifari, Abi Sofyan. 2010. Produksi Metanol dari Biomassa Berbasis Selulosa sebagai Zat Aditif Ramah Lingkungan untuk Bahan Bakar Alternatif Metanol – Gasolin. Olimpiade Sains Nasional Perguruan Tinggi Seluruh Indonesia (OSNPTI) Tingkat Provonsi DKI Jakarta 2010. Ghifari, Abi Sofyan; Andhika Supono; Muhammad Azzumar. 2010. Penggunaan Senyawa Poliamidina Sebagai Adsorben Co2 pada Filter Knalpot Kendaraan Bermotor. Lomba Program Kreativitas Mahasiswa FMIPA UI 2011. Rachmawati, Dwi Endah; Novia Arinda Pradisty; Abi Sofyan Ghifari. 2010. Sintesis Polilaktida Dari Limbah Kulit Nenas Sebagai Bioplastik Untuk Mengatasi Masalah Lingkungan. Olimpiade Ilmiah Mahasiswa Universitas Indonesia (OIM UI) 2010. Ghifari, Abi Sofyan. 2009. Karbon Aktif dari Limbah Tempurung Kelapa sebagai Adsorben Surfaktan di Lingkungan Hidrologis. Lomba Karya Tulis Mahasiswa (LKTM) FMIPA UI 2009.

Demikian daftar riwayat hidup ini saya buat dengan sebenar-benarnya dan dapat dipertanggungjawabkan.

Hormat Saya,

Abi Sofyan Ghifari