## ANALISIS IN SILICO PROTEIN CLOCK (CIRCADIAN LOCOMOTOR OUTPUT CYCLES KAPUT) PADA Patagioenas fasciata monilis
Suprianto 1 , I Made Budiarsa 1
1 Program Studi Pendidikan Biologi Universitas Tadulako Jl. Soekarno-Hatta KM 9, Palu, Indonesia
e-mail: supriantoupick28@gmail.com, budiarsa_imade@yahoo.com

## Abstrak
CLOCK merupakan protein penting yang  berperan dalam adaptasi ekologi dan fisiologi organisme. Studi sebelumnya  menjelaskan  bahwa  CLOCK  memiliki  pengaruh  terhadap  perubahan  perilaku  hewan. Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menganalisis  protein  CLOCK  pada  burung Patagioenas  fasciata  monilis . Metode  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  adalah  metode  homologi.  Hasil  struktur  model  berdasarkan assessment menunjukkan  akurasi  model  yang  mendekati  struktur  sebenarnya.  Struktur  model  yang diperoleh  memiliki  berat  96200,04  Daltons,  tiga  daerah  struktur beta-sheet ,  lima  daerah  struktur alpha- helix , 1,47 % daerah outliers ,  dua residu C-Beta Deviations , nilai identity 94,43 %, 34 sudut buruk, nilai QMEAN  -1,69 dan nilai GMQE 0,31.
Kata Kunci : CLOCK, Patagioenas fasciata monilis , in silico, homologi

## Abstract
CLOCK is an important protein that plays a role in the ecological and physiological adaptation of organisms. Previous studies have shown that CLOCK has an effect on changes in animal behavior. This study aims to analyze the CLOCK protein in  Patagioenas fasciata monilis. The method used in this research is the homology method. The results of the model structure based on the assessment show the accuracy of the model  which  is  close  to  the  actual  structure.  The  model  structure  obtained  has  a  weight  of  96200.04 Daltons, three regions of the beta-sheet structure, five regions of the alpha-helix structure, 1.47% of the outliers area, two residues of C-Beta Deviations, 94.43% identity value, 34 bad angles, QMEAN value - 1.69 and GMQE value 0.31.
Keywords: CLOCK, Patagioenas fasciata monilis, in silico, homology

## PENDAHULUAN
Proses  fisiologi  dan  perilaku  pada hewan dipengaruhi oleh aktivitas endogen yang  disebut  sirkadian clock (Johnsen, et al ., 2007).  Sirkadian Clock membentuk osilator inti yang melibatkan satu set “Gen Clock ”  (Panda ,  et  al .,  2002)  seperti per1 , per2 , per3 , cry1 dan cry2 (Takashi, 2017). Gen clock berperan  sebagai  regulator negatif  dengan  menghambat  transkripsi melalui  pengikatan E-box pada  promotor per1 dan per2 (Okamura, 2003). Gen clock mengkodekan protein CLOCK yang terlibat dalam  sirkadian  clock  (Gekakis, et  al ., 1998) CLOCK merupakan komponen yang sangat berperan penting dalam
mekanisme sirkadian clock , bekerja sebagai  aktivator  transkripsi  (Hardin, 2000).  Protein  CLOCK  bersama    BMAL1 membentuk  kompleks  bHLH-PAS  yang mengatur  ritme  sirkadian Clock (Wang, et al ., 2013).
Protein  CLOCK  menjadi  daya  tarik peneliti,  karena  memiliki  fungsi  penting dalam  mempengaruhi  adaptasi  ekologi dan  fisiologi  hewan  (Beale, et  al .,  2016). Beberapa  penelitian  CLOCK  pada  burung menunjukkan  adanya  perbedaan,  seperti lima jenis burung dari kelompok Tachycineta memiliki panjang yang berbeda (Dor, et al ., 2011). Perilaku harian burung  sangat  dipengaruhi  oleh  fungsi
biologis  CLOCK  (Cassone  &  Westneat 2012), seperti Patagioenas fasciata monilis mempunyai  perilaku  yang  khas. Burung  ini  hanya  akan  meletakan  satu atau dua telur didalam sarangnya (Hogan, 2008). Burung Patagioenas fasciata
monilis sangat  penting  untuk  dilestarikan, karena
digunakan dalam upaya mengembalikan spesies yang punah (Nathaniel, 2014).
Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis protein CLOCK pada burung Patagioenas  fasciata  monilis secara in silico ,  kebutuhan  data  molekuler  saat  ini sangat dibutuhkan dalam keperluan banyak  hal  seperti  konservasi,  sehingga studi  kasus  dalam  penelitian  ini  akan sangat  membantu  dalam  menyediakan informasi  dasar  ditingkat  molekuler. In silico menjadi  pilihan  utama  penelitian karena  tidak  membutuhkan  dana  yang cukup besar (Amelia, 2010), tetapi mampu menyediakan  informasi  akurat  dalam mengolah sequence  database nukleotida dan  protein.  Penelitian  dengan  analisis in silico akan  memberikan  informasi  penting tentang struktur protein dalam menjelaskan  karakter  dan  fungsi  protein ditingkat molekuler.

## METODE
Sequence protein CLOCK pada Patagioenas  fasciata  monilis dengan  kode akses  OPJ71137.1,  diunduh  dalam  bentuk fasta dan diperoleh dari situs NCBI ( National Center  Biotechnology  Information )  dengan template 4f3l.1.B (PDB-ID) yang didapatkan dari  hasil  identifikasi template di  Swiss Model. Penelitian ini menggunakan beberapa software yang mendukung proses penelitian diantaranya adalah NCBI (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/) Protein Data Bank (http://www.pdb.org/pdb/home/home.do, server),  Program Swiss  Model  expacy (http://swissmodel.expasy.org/)  dan  Bioedit versi 7.2.5.
Tahap  penelitian  meliputi  penentuan protein target menggunakan software NCBI dan  PDB,  menganalisis  komposisi  asam amino sequence protein  target,  identifikasi template serta  prediksi  struktur  3D  protein target  menggunakan  Swiss  Model  dengan
pendekatan  homologi.  Prediksi  struktur  3D protein dengan pendekatan homologi menjadi  pilihan  utama  dalam  membangun struktur  model  (Arnold, et  al .,  2006)  untuk mendeskripsikan karakter molekuler protein.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Penentuan  sequence  protein  CLOCK pada  Patagioenas  fasciata  monilis  dan Identifikasi template
Sequence protein  CLOCK  pada Patagioenas  fasciata  monilis diperoleh  dari database NCBI. Pemilihan sequence protein ditentukan  berdasarkan  pemeriksaan  kode akses  protein.  Protein  dengan  kode  akses tertentu  yang  belum  terdaftar  didalam  PDB bertujuan  untuk  menghindari  similaritas penelitian  sebelumnya  (Suprianto, et  al ., 2020).  Berdasarkan  penelusuran sequence protein  target  menunjukkan  bahwa  protein CLOCK  dengan  kode  akses  OPJ71137.1 menjadi protein yang akan dikaji lebih lanjut mengenai  komposisi  asam  amino  dan struktur tiga dimensi proteinnya, dikarenakan protein tersebut belum terdaftar didalam database PDB. Template sangat diperlukan  dalam  memprediksi  struktur  tiga dimensi  protein,  tanpa template struktur protein  tidak  akan  terbangun.  Identifikasi template dilakukan  menggunakan  Swiss Model  melalui search  for  template dengan memasukkan data sequence protein CLOCK yang memiliki kode akses OPJ71137.1  kedalam workspace di Swiss Model.  Pemilihan template dengan identity diatas  50  %  menjadi  pilihan  utama  dalam memprediksi  struktur  tiga  dimensi  protein dikarenakan  jika identity antara  target dengan template hanya  berkisar  30-50  %, maka struktur yang diprediksi masih sangat jauh dari struktur sebenarnya.
Besarnya
nilai identity
mengambarkan  tingkat  kemiripan  antara protein target dan template (Benkert, et al ., 2011) . Hasil identifikasi menunjukkan bahwa template dengan  PDB-ID  4f31.1.B  adalah template yang digunakan dalam membangun struktur model, karena memiliki nilai identity tertinggi  sebesar  94,43  %  dari 50 template yang teridentifikasi. Nilai identity yang  diperoleh  dari  identifikasi template
akan sangat membantu dalam memperoleh akurasi model yang sebenarnya.
Komposisi protein CLOCK pada

## Patagioenas fasciata monilis
Karakteristik suatu protein ditentukan oleh  frekuensi  asam  amino  dan jenis  asam amino  (Sunita,  2001).  Komposisi  protein meliputi  sekumpulan  asam  amino  yang saling  berikatan,  setiap  komponen  asam amino penyusun protein memiliki perbedaan pada  rantai  sampingnya  (Gugus  R).  Hasil penelitian  menunjukkan  bahwa  komposisi protein  CLOCK  pada Patagioenas  fasciata monilis memiliki  berat  sebesar  96200,04 Daltons  dan  terdiri  dari  852  asam  amino, diantaranya adalah 42 aa Ala (4,93%), 9 aa Cys (1,06%), 34 aa Asp (3,99%), 44 aa Glu (5,16%),  35  aa  Phe  (4,11%),  37  aa  Gly (4,34%),  34  aa  His  (3,99%),  35  aa  Ile (4,11%),  37  aa  Lys  (4,34%),  71  aa  Leu (8,33%),  24  aa  Met  (2,82%),  37  aa  Asn (4,34%),  46  aa  Pro  (5,40%),  107  aa  Gln (12,56%),  35  aa  Arg  (4,11),  90  aa  Ser (10,56%),  66  aa  Thr  (7,75%),  45  aa  Val (5,28),  5  aa  Trp  (0,59%)  dan  19  aa  Tyr (2,23%).
Hasil analisis menunjukkan terdapat dua  asam  amino  yang  memiliki  persentase jumlah  paling  besar  yaitu  asam  amino glutamin dan serin. Besarnya nilai persentase  komposisi  kedua  asam  amino tersebut berhubungan dengan fungsi protein CLOCK.  Aktivitas  gen clock melibatkan protein CLOCK yang terdapat dalam sistem saraf  pusat  dan  perifer  sebagai  salah  satu faktor  transkripsi  sikardian clock (Takashi, 2017).  Asam  amino  glutamin  dan  serin sangat  mempengaruhi  kerja  dari  sistem saraf,  glutamin  adalah  asam  amino  non esensial  yang  berlimpah  dan  salah  satu asam  amino  yang  bisa  secara  langsung melewati  sawar  darah  dalam  saraf  pusat (Arifin, 2009). Serin merupakan asam amino polar yang berperan penting didalam sistem saraf (Iriyanto, 2017) memiliki sifat hidrofilik yang  berperan  penting  dalam  menentukan struktur protein selama proses folding (Harti dan Soebiyanto, 2017).
Struktur  tiga  dimensi  protein  CLOCK pada Patagioenas fasciata monilis
Struktur protein telah menjadi teknik rutin  untuk  menghasilkan  model  3D  protein ketika  struktur  eksperimental  tidak  tersedia (Biasani, et  al .,  2014). Hasil  penelitian menunjukkan bahwa struktur protein CLOCK  pada Patagioenas  fasciata  monilis memiliki tiga daerah struktur beta-sheet dan lima daerah struktur alpha-helix (Gambar 1). Perbedaan  struktur beta-sheet dan alpa- helix dalam struktur protein dipengaruhi oleh rantai  samping  asam  amino  penyusunnya. Alpha-helix merupakan  sebuah  struktur yang  berbentuk  helikal  atau  biasa  disebut spiral.  Setiap  kelompok  karboksil  dan kelompok amina saling terkait dengan ikatan hidrogen  yang menyebabkan  pembentukan spiral.  Struktur beta  sheet berbeda  dengan struktur alpha-helix .  Pada beta sheet rantai polipeptida  terlipat  secara  terbalik  pada setiap sisinya sehingga membentuk struktur seperti lembaran (Hafizh, 2016).
Gambar 1. Struktur Alpha-Helix (A) dan
Beta Sheet (B)
Struktur  protein  yang  terbangun memiliki  beberapa  wilayah outliers .  Daerah outliers menjadi  dasar  untuk  mengetahui kualitas  struktur  protein.  Kualitas  struktur protein yang terbangun dapat dikategorikan baik apabila residu outliers hasil pemodelan homologi  pada  Swiss  Model  kurang  dari 0,2%  (Yeni  &  Tjahjono,  2017).  Hasil penelitian  menunjukkan  adanya  lima  asam amino berada didaerah outliers , persentase jumlah asam amino didaerah outliers hanya berkisar  1,47  %  dan  menggambarkan
bahwa  struktur  yang  diprediksi  memiliki kualitas  model  yang  baik.  Kelima  asam amino  yang  berada  didaerah outliers diantaranya aa Asn  B227,  aa Ala B229,  aa Asn  B223,  aa  Arg  B239  dan  aa  His  B230 (Gambar 2).
Model yang diperoleh menggambarkan  adanya  dua  jenis  asam amino  tergolong  dalam C-Beta  Deviations diantaranya aa Asp B290 dan aa Glu B143
(Gambar
3).
C-Beta Deviations
menunjukkan adanya sejumlah asam amino yang  tidak  tepat  sehingga  menyebabkan struktur  yang  diprediksi  tidak  seutuhnya menunjukkan  model  yang  sesungguhnya, akan tetapi  struktur  yang  didapatkan masih termaksud kedalam kategori stabil berdasarkan  persentase  nilai  template  dan model,  sesuai  dengan  tampilan result workspace protein  target  di  swiss  model (Suprianto, et al ., 2020).
Gambar 2. Jenis Asam Amino diwilayah Outliers
B290 ASP B143 GLU
Gambar 3. C-Beta Deviation
Hasil penilaian struktur model menjelaskan  terdapat  sekitar  3929  sudut yang terbangun dan 34 diantaranya termaksud  kategori  sudut  buruk  ( Bad Angles ).  Beberapa  asam  amino  yang membentuk  sudut  buruk  dapat  dilihat  pada Tabel 1.
Nilai Quality  Model  Energy  Analysis (QMEAN)    dan Global  Model  Quality Estimation (GMQE) digunakan untuk
menggambarkan  kualitas  struktur  protein yang telah diprediksi. Nilai QMEAN menggabungkan  beberapa  fungsi  penilaian untuk memperkirakan kualitas model (Wijaya  dan  Hasanah,  2016).  Nilai  GMQE menandakan  kecocokan  antara  residu struktur target dan template atau mencerminkan  ekspektasi  akurasi  model. Hasil  penilaian  nilai  QMEAN  dan  GMQE dapat dilihat pada Tabel 2. Hasil assessment menunjukkan  bahwa  struktur  tiga  dimensi protein  yang  diperoleh  dari  penelitian memiliki  bentuk  struktur  yang  baik,  karena nilai  QMEAN  dan  GMQE  yang  diperoleh masih berada pada batas normal (Tabel 2).
Tabel 1. Sudut Buruk Struktur Protein
CLOCK pada Patagioenas fasciata monilis No Sudut Buruk (Bad Angles) 1 aa Pro B294 – aa Pro B295 2 aa Thr B139 – aa Pro B140 3 aa Val B225 – aa Pro B226 4 aa Gln B238 – aa Arg B239 5 aa Ala B293 – aa Pro B294 6 aa Asp B119 7 aa Asp B290 8 aa Gln B207 – aa Pro B208 9 aa  Ile B158 – aa Pro B159 10 aa Asn B189 11 aa Phe B157 12 aa Asp B203 13 aa Ala B229 – aa His B230 14 aa His B163 15 aa Phe B219 16 aa His B144 17 aa His B230 18 aa His B241 19 aa His B280 20 aa His B373 21 aa Asp B178 22 aa His B325 23 aa His B291 24 aa His B314 25 aa His B84 26 aa Glu B271 – aa Pro B272 27 aa His B327 28 aa His B354 29 aa Ser B172 30 aa Ser B135 31 aa Asp B128 32 aa Glu B234 – aa Gly B235 33 aa Asp B203 – aa Pro B204 34 aa Ser B94 – aa Glu B95

## Tabel 2. Penilaian Struktur
No                  Assessment                                          Nilai
1. Quality Model Energy Analisys (QMEAN)           -1,69
2. Global Model Quality Estimation (GMQE)            0,31

## SIMPULAN
Hasil analisis penelitian menunjukkan bahwa  protein  CLOCK  pada Patagioenas fasciata  monilis dengan  kode  akses OPJ71137.1 (NCBI-ID) dan template 4f31.1.B  (PDB-ID)  memiliki  struktur  tiga dimensi  protein  yang  nilai  identitasnya mencapai  94,43  %.  Hasil  struktur  model menggambarkan  terdapat  20  jenis  asam amino  dengan  berat  sebesar  96200,04 Daltons, memiliki tiga daerah struktur beta- sheet , lima daerah struktur alpha-helix , 1,47 %  daerah outliers ,    dua  residu C-Beta Deviations , 34 sudut buruk, nilai QMEAN  - 1,69  dan  nilai  GMQE  0,31.  Hasil  akhir penelitian  dapat  digunakan  sebagai  dasar untuk  mempelajari  perilaku Patagioenas fasciata monilis ditingkat molekuler.

## DAFTAR PUSTAKA
Amelia. (2010). Penapisan In Silico beberapa Senyawa  Bahan  Alam  Terhadap Aktivitas  Protease  HIV-1.  Skripsi
Sarjana Farmasi . Universitas
Indonesia: Depok.
Arifin,  A.  (2009). Glutamine .  Majalah Kedokteran Nusantara. 42(1).
Arnold, K., Bordoli, L., Kopp, J., & Schwede
T., (2006). The SWISS-MODEL Workspace: A Web-Based Environment  For  Protein  Structure
Homology  Modeling. Bioinformatics . 22(2): 195-201.
Beale,  A.D.,  Whitmore,  D.  &  Moran,  D.
(2016).  Life  in  A  Dark  Biosphere:  A Review  of  Circadian  Physiology  in Arrythmic Enviroments. J Comp Physiol B . 186(8).
Benkert,  P.,  Biasini,  M.,  &  Schwede,  T. (2011). Toward The Estimation of The Absolute  Quality  of  Individual  Protein Structure  Models. Bioinformatics .  27: 343-350.
Biasini,  M.,  Bienert,  S.,  Waterhouse,  A., Arnold,  K..,  Studer  G.,  Schmidt,  T., Kiefer,  F.,,  Cassarino,  T.G.,  Bertoni, M.,  Bordoli,  L.,  and  Schwede,  T.
(2014).  SWISS-MODEL:  Modelling
Protein Tertiary and Quaternary Structure Msing Evolutionary Information. Nucleic  Acids  Research .
1-7.
Cassone, V.M. & Westneat, D.F. (2012). The bird  of  time:  cognition  and  the  avian biological clock. Front Mol Neurosci . 5:
32.
Dor, R., Cooper, C.B., Lovette, I.J., Massoni, V., Bulit F., Liljesthrom M., Liljesthrom, D.W.,  (2011).  Clock  gene  variation  in Tachycineta  swallows. Ecology  and Evolution . 10(5) : 110-120.
Gekakis,  N.,  David,  S.,  Hubert,  B.N.,  Fred, C.D.,  Lisa,  D.W.,  Wilsbacer,  D.P.K., Joseph,  S.T.,  &  Charles,  J.W.  (1998). Role  of  The  CLOCK  Protein  in  The Mammalian  Cicardian  Mechanism. Research Articles . 280(5369): 9-1564. Hafizh, A. (2016). Visualisasi Struktur Tersier Protein  Berbasis  Web  Menggunakan Ribbon  Drawing .  Skripsi  Sarjana Komputer.  Institut  Pertanian  Bogor. Bogor.
Hardin, P.E. (2000). From Bilogical Clock to Biological  Rhythms. Genome  Biology . 1(4): 1023.1 –1023.5.
Harti,  A.S.  &  Soebiyanto.  (2017). Biokimia Kesehatan . Jakarta: Trans Info Media. Hogan,  C.M.  (2008). Toyon  (Heteromeles arbutifolia) .  Global  Twitcher,  ed.  N. Stromberg: German.
Iriyanto, K. (2017). Biologi Molekuler . Edisi 1. Bandung: Alfabeta.
Johnsen,  A.,  Fidler,  A.E.,  Kuhn,  S.,  Carter,
K.L., Hoffman, A., Barr, I.R., Biard, C.,
Charmantier, A., Eens, M., Korsten, P., Siitari, H., Tomiuk, J., & Kempenaers,
B. (2007). Avian Clock Gene Polymorphism: Evidence for A
Latitudinal Cline in Allele Frequencies. Molecular Ecology . 16: 4867 –4880. Nathaniel    Rich  (2014). The    Mammoth Cometh .  New  York  Times  Magazine:
USA.
Okamura, H. (2003). Intergration of Mammalian  cicardian  clock  signal  : from  Molecul  of  Behavior. Journal  of Endocrinol . 177: 3-6.
Panda,  S.,  Hogenesch,  J.B.,  &  Kay,  S.A. (2002).  Circadian  Rhythms  from  Flies to Human . Nature . 417: 329-335. Sunita  A.  (2001). Prinsip  Dasar  Ilmu  Gizi . Jakarta: Gramedia Pustaka Utama. Suprianto, Budiarsa, M., & Dhafir, F. (2020). 3D Structure of VP1 Structural Protein on  Enterovirus  A71  Using  Swiss-
Model. BIOEDUSCIENCE: Jurnal Pendidikan Biologi Dan Sains, 4(1), 37- 47. https://doi.org/10.29405/j.bes/4137- 474353 Takashi, J.S. (2017). Transcriptional Architecture of The Mammalian Circadian Clock. Nat Rev Genet . 18(3):
164 –179.
Wang,  Z.,  Wu,  Y.,  &  Xu,  X.D.  (2013).
Intermolecular  Recognition  Revealed
By  The  Complex  Structure  of  Human CLOCK-BMAL1  Basic  helix-loop-helix
Domain  with  E-Books  DNA. Cell Research . 23: 213-224.
Wijaya  H.  &  F.  Hasana.  (2016).  Prediksi struktur  tiga  dimensi  protein  allergen pangan  dengan  metode  homologi menggunakan program SWISS MODEL. Biopropal  Industri .  7(2):  83-
94. Yeni  &  Tjahjono,  D.H.  (2017).  Homology Modeling Epitop Isocitrate Dehydrogenase  Tipe  1  (R132h)  2 menggunakan Modeller, I-Tasser Dan (Ps) Untuk Vaksin Glioma. Farmasains . 4(1).