SKRIPSI. Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Farmasi (S.Farm.) Program Studi Ilmu Farmasi

Transkripsi

1 UBUGA KUATITATIF STRUKTUR-AKTIVITAS SEYAWA VIKADIFRMIA DA TURUAYA SEBAGAI SEYAWA ATIMALARIA BERDASARKA PARAMETER TERETIS ASIL PERITUGA SEMIEMPIRIS Modified eglect of Diatomic verlap (MD) SKRIPSI Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Farmasi (S.Farm.) Program Studi Ilmu Farmasi leh : Dominika Anny Yanuarti IM : FAKULTAS FARMASI UIVERSITAS SAATA DARMA YGYAKARTA 2007 ii

2 iii UBUGA KUATITATIF STRUKTUR-AKTIVITAS SEYAWA VIKADIFRMIA DA TURUAYA SEBAGAI SEYAWA ATIMALARIA BERDASARKA PARAMETER TERETIS ASIL PERITUGA SEMIEMPIRIS Modified eglect of Diatomic verlap (MD) leh: Dominika Anny Yanuarti IM : Skripsi ini telah disetujui oleh Pembimbing Utama Tanggal (Drs. Iqmal Tahir, M.Si.) Pembimbing Pendamping Tanggal (Drs. Mulyono, Apt.) iii

3 iv Pengesahan Skripsi Berjudul UBUGA KUATITATIF STRUKTUR-AKTIVITAS SEYAWA VIKADIFRMIA DA TURUAYA SEBAGAI SEYAWA ATIMALARIA BERDASARKA PARAMETER TERETIS ASIL PERITUGA SEMIEMPIRIS Modified eglect of Diatomic verlap (MD) leh : Dominika Anny Yanuarti IM : Dipertahankan di hadapan Panitia Penguji Skripsi Fakultas Farmasi Universitas Sanata Dharma pada tanggal:. Mengetahui Fakultas Farmasi Universitas Sanata Dharma Dekan Pembimbing Utama : Rita Suhadi, M.Si., Apt. (Drs. Iqmal Tahir, M.Si.).. Pembimbing Pendamping : (Drs. Mulyono, Apt.). Panitia Penguji : 1. Drs. Iqmal Tahir, M.Si Drs. Mulyono, Apt Christine Patramurti, M.Si., Apt Dra. Agnes ora Iska arnita, M.Si, Apt... iv

4 v Kupersembahkan karya tulis ini kepada Allah Yang Maha Kuasa, yang berkenan mengulurkan tangan-ya dengan penuh rahmat padaku, Kedua orang tua, ketiga kakakku, orang-orang terbaik dalam hidupku ; Alm. Alloysius ormat dan M.Y. Sulastri Aku hanya berjalan, ya..aku berjalan dalam bimbingan-mu ya Allah. Aku berpengharapan, ya aku berpengharapan dalam Kuasa-Mu ya Tuhan. Biarlah apa yang telah kukerjakan menjadi persembahan hidupku pada-mu v

5 vi PRAKATA Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah Yang Maha Kuasa, karena berkat rahmat dan kasih-ya, penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul ubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas Senyawa Vinkadiformina dan Turunannya Sebagai Senyawa Antimalaria Berdasarkan Parameter Teoretis asil Perhitungan Semiempiris Modified eglect of Diatomic verlap (MD). Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Farmasi (S.Farm) di Fakultas Farmasi Universitas Sanata Dharma. Penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada pihak-pihak yang telah terlibat dalam penyusunan skripsi ini, antara lain : 1. Fakultas Farmasi Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan pendidikan dan pengajaran kepada penulis. 2. Bapak Drs. Iqmal Tahir, M.Si. selaku pembimbing utama yang telah memberikan bimbingan, kritik dan saran selama penyusunan skripsi ini. 3. Bapak Drs. Mulyono, Apt. selaku pembimbing pembantu yang berkenan memberikan bimbingan, pengarahan, kritik dan saran, serta diskusi-diskusi yang sangat memotivasi penulis. 4. Ibu Christine Patramurti, M.Si., Apt. selaku dosen penguji yang berkenan meluangkan waktu untuk menguji, memberikan kritik dan saran demi kesempurnaan skripsi ini. 5. Ibu Dra. Agnes ora Iska arnita, M.Si., Apt. selaku dosen penguji yang telah meluangkan waktu untuk menguji, memberikan kritik dan saran yang memotivasi penulis untuk menyempurnakan skripsi ini. vi

6 vii 6. Bapak Yuventius Marsidi dan Ibu Yuliana Sukinem, kedua orang tua yang telah memberikan doa restu dan dukungan moral bagi penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. 7. Alm. Alloyisius ormat dan M.Y. Sulastri yang telah berkenan menjadi bagian dalam proses kehidupan penulis dan secara tidak langsung menjadi bagian dalam proses penyusunan skripsi ini. 8. Agustinus Eko Yudiarto, Bertin Asti Maryani, dan Christa Artiningtyas, ketiga kakakku yang memberikan dukungan moral dan finansial selama penyusunan skripsi. 9. ugraha Adi artantyo dan Ariyanto, teman-teman seperjuangan yang bersama-sama mengalami jatuh bangun selama proses penyusunan skripsi. Menjalani skripsi bersama kalian adalah pengalaman yang sangat berharga. 10. Patric Gagah Sempati yang selalu meluangkan waktu untuk mendengar keluh kesahku selama menyusun skripsi. Terima kasih telah berada di sampingku saat aku membutuhkanmu. 11. Teman-teman kelas C angkatan 2003 yang memberikan dorongan dan semangat bagi penulis untuk menyelesaikan skripsi. Semoga kebersamaan dan persahabatan kita tidak akan lekang oleh waktu. 12. Teman-teman di Asrama Putri Canna, terutama Ranti, Diah, Tyas, Shinta, Ina, dan Wida yang selalu memberikan semangat bagi penulis selama proses penyusunan skripsi. 13. Teman-teman di Komunitas Lektor Gereja Santo Antonius Kotabaru yang mendukung penulis secara moral dan spiritual. Terima kasih atas perhatian vii

7 viii dan pengertian yang telah kalian berikan selama penulis menyelesaikan skripsi. 14. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. Terima kasih atas bantuan dan dukungan yang telah diberikan, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Dengan segala kerendahan hati, penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis membuka diri terhadap kritik dan saran yang bersifat membangun. Penulis berharap, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan. Penulis viii

8 ix Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah. Yogyakarta,. Penulis ix

9 x DAFTAR ISI ALAMA JUDUL... ii ALAMA PERSETUJUA PEMBIMBIG... iii ALAMA PEGESAA... iv ALAMA PERSEMBAA... v PRAKATA... vi PERYATAA KEASLIA KARYA... ix DAFTAR ISI... x DAFTAR TABEL... xiii DAFTAR GAMBAR... xiv DAFTAR LAMPIRA... xv DAFTAR SIGKATA DA ARTI LAMBAG... xvi ITISARI... xvii ABSTRACT... xviii BAB I PEGATAR... 1 A. Latar Belakang Permasalahan Keaslian penelitian Manfaat penelitian... 4 B. Tujuan Penelitian... 4 BAB II PEELAAA PUSTAKA... 6 A. Malaria... 6 B. Pengelompokan Senyawa Antimalaria... 9 x

10 xi C. Mekanisme Kerja Senyawa Antimalaria D. Vinkadiformina E. ubungan Kuantitatif Struktur dan Aktivitas F. Kimia Komputasi G. Analisis Statistik Keterangan Empiris BAB III METDE PEELITIA A. Jenis dan Rancangan Penelitian B. Variabel dan Definisi Variabel C. Bahan dan Alat Penelitian Bahan penelitian Alat penelitian D. Tata Cara Penelitian ptimasi geometri senyawa vinkadiformina dan turunannya dengan metode MD a. Penggambaran struktur senyawa b. Penomoran senyawa c. ptimasi geometri Perhitungan sifat kimia fisika molekul senyawa vinkadiformina dan turunannya E. Analisa Data dan asil Analisis regresi linear multivariat Analisis kriteria statistik model persamaan matematis xi

11 xii BAB IV ASIL DA PEMBAASA A. ptimasi Geometri Menggunakan Metode Semiempiris MD B. Perhitungan Sifat Kimia Fisika dengan Metode Semiempiris MD C. Analisis asil Analisis regresi linear multivariat Model persamaan terbaik D. Rancangan Senyawa ipotetik Turunan Vinkadiformina Berdasarkan Model Persamaan Terbaik E. Pemilihan dan Rekomendasi Senyawa Turunan Vinkadiformina Untuk Disintesis...62 BAB V KESIMPULA DA SARA A. Kesimpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRA BIGRAFI PEULIS xii

12 xiii DAFTAR TABEL I. Struktur senyawa vinkadiformina dan turunannya II. Data aktivitas (log 1/IC 50 ) senyawa vinkadiformina dan turunannya III. Deskriptor-deskriptor yang digunakan pada analisis KSA senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai antimalaria IV. Deskriptor-deskriptor pada model persamaan hasil regresi linear multivariat metode backward V. ilai F hitung /F tabel model persamaan hasil regresi linear multivariat metode backward VI. ilai R, adjusted R 2, dan SE model persamaan hasil regresi linear multivariat metode backward VII. ilai PRESS model persamaan hasil regresi linear multivariat metode backward VIII. Perbandingan nilai log 1/IC 50 prediksi model persamaan 2 dengan nilai log 1/IC 50 eksperimen IX. Model rancangan senyawa turunan vinkadiformina berdasarkan model persamaan terbaik...66 X. Data aktivitas antimalaria (log 1/IC 50 ) model rancangan senyawa turunan vinkadiformina...68 XI. ilai log P model rancangan senyawa turunan vinkadiformina, senyawa vinkadiformina dan turunannya hasil penelitian hasil penelitian Mustofa, dan klorokuin...69 xiii

13 xiv DAFTAR GAMBAR 1. Siklus perkembangan plasmodia malaria Struktur kuinakrin Cl Struktur klorokuin Struktur primakuin A) proguanil ; B) sikloguanil Struktur pirimetamin A) kuinin ; B) kuinidin A) sulfadoksin ; B) dapson Mekanisme aksi klorokuin pada tingkat molekular Struktur senyawa vinkadiformina Daerah sensitif senyawa vinkadiformina dan turunannya hasil penelitian Tahir dkk Struktur senyawa vinkadiformina dengan penomeran atom tidak mengikuti kaidah tatanama senyawa dan hanya digunakan untuk penelitian ini saja Senyawa vinkadiformina sebelum dioptimasi Senyawa vinkadiformina setelah dioptimasi Grafik ukuran prediksi model persamaan A) struktur indol ; B) cincin kuinolin Daerah sensitif senyawa turunan vinkadiformina...59 xiv

14 xv DAFTAR LAMPIRA 1. ilai-nilai parameter elektronik hasil perhitungan metode semiempiris MD ilai-nilai parameter sterik dan hidrofobisitas hasil perhitungan metode semiempiris MD ilai-nilai parameter elektronik, sterik, dan hidrofobisitas seri senyawa baru turunan vinkadiformina Model summary hasil perhitungan metode backward menggunakan SPSS 11.0 for Windows Tabel AVA Koefisien model persamaan xv

15 xvi DAFTAR SIGKATA DA ARTI LAMBAG 1. AD: asam deoksiribonukleat 2. AR: asam ribonukleat 3. AM1: Austin Model 1 4. CD: Complete eglect of Differential verlap 5. E M : ighest ccupied Molecular rbitals Energy 6. E LUM : Lowest Unoccupied Molecular rbitals Energy 7. KSA: ubungan Kuantitatif Struktur Aktivitas 8. ID: Intermediate eglect of Differential verlap 9. LFER: Linear Free Energy Relationship (hubungan energi bebas linear) 10. log1/ic 50 : - log konsentrasi yang dapat menghambat pertumbuhan plasmodia sebesar 50% 11. log P: koefisien partisi obat dalam fase air dan fase lipid 12. M: Massa 13. MID: Modified Intermediate eglect of Differential verlap 14. MD: Modified eglect of Diatomic verlap 15. MR: Refraktifitas Molar 16. m: jumlah deskriptor dalam persamaan 17. DD: eglect of Diatomic Differential verlap 18. n: jumlah data 19. PM3: Parameterized Model PRESS: Predicted Residual Sum of Squares 21. qc: muatan bersih atom C 22. q: muatan bersih atom 23. QSAR: Quantitative Structure Activity Relationship 24. R: koefisien korelasi 25. R 2 : koefisien determinasi 26. SA: Surface Area (luas permukaan) 27. SE: Standard Error 28. Sig: Signifikansi 29. V: Volume Molekular 30. ZID: Zerner Intermediate eglect of Differential verlap 31. ΔE: selisih antara E LUM dan E M 32. µ: Momen Dipol 33. : Polarisabilitas Molekular 34. 2D: dua dimensi 35. 3D: tiga dimensi xvi

16 xvii ITISARI Malaria merupakan salah satu penyakit utama yang menjadi penyebab kematian pada daerah beriklim tropis, salah satunya Indonesia. Peningkatan morbiditas dan mortalitas akibat malaria disebabkan oleh resistensi plasmodia (utamanya P. falciparum) terhadap antimalaria yang umum digunakan. Dibutuhkan antimalaria kelas baru yang dapat mengatasi permasalahan ini. Pengembangan desain senyawa antimalaria baru dapat dilakukan dengan metode analisis hubungan kuantitatif struktur-aktivitas. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui hubungan kuantitatif antara struktur dan aktivitas senyawa vinkadiformina dan turunannya berdasarkan log 1/IC 50. IC 50 merupakan konsentrasi yang dapat menghambat pertumbuhan plasmodia malaria sebanyak 50%. Penelitian ini menggunakan rancangan eksperimental kuasi. Sebagai variabel bebas digunakan 17 deskriptor teoretis (elektronik, sterik, dan hidrofobisitas). Sebagai variabel tergantung digunakan log 1/IC 50. Data deskriptor diperoleh dengan perhitungan semiempiris MD menggunakan program komputer yperchem Pro ver.6.0. Data diolah secara statistik menggunakan analisis regresi multivariat metode backward dengan program SPSS 11.0 for Windows. Analisis statistik menghasilkan 4 model persamaan dan ditunjukkan bahwa model 2 memenuhi kriteria statistik dan dapat dipilih sebagai model persamaan terbaik, dengan persamaan : log (1/IC 50 ) = 28, (22,7560qC 1 ) + (14,2669qC 2 ) + (33,7110qC 3 ) + (-27,2900q) + (-10,0545qC 7 ) + (-1,0678qC 8 ) + (79,9843qC 9 ) + ( 0,5394ΔE) + (-0,0067V) + (-0,5904 MR) + (0,7226 ) + (0,0285 M) + (0,8408 log P) Model persamaan tersebut dapat digunakan untuk memprediksikan aktivitas antimalaria senyawa-senyawa baru turunan vinkadiformina. Berdasarkan model persamaan terbaik diperoleh 15 senyawa baru turunan vinkadiformina yang memiliki aktivitas antimalaria. Kata kunci : KSA, turunan vinkadiformina, MD, regresi linier multivariat xvii

17 xviii ABSTRACT Malaria is one of the primary disease that causes deathness in many tropical countries, such as Indonesia. The increasing of morbidity and mortality by malaria is caused by the resistency of plasmodium (primarily P. falciparum) to antimalarial that commonly used. Antimalarial from a new class is needed. Design of antimalarial from new class could be made by using quantitative structureactivity relationship analysis. This research is aimed to know the quantitative relationship between structure and activity of vincadifformine and its derivatives based on log 1/IC 50. IC 50 is concentration that can inhibit 50% of the malarial plasmodia s growth. This research use a quasi experimental design. Seventeen descriptors were used as dependent variabel (electronic, steric, and hydrophobicity). Log 1/IC 50 is used as independent variabel. Descriptor data is obtained by semiempirical MD calculation using yperchem Pro ver.6.0 computer programme. Data was analysed statisticaly by multivariate linear regression backward method by using SPSS 11.0 for Windows. Statistic analysis gave 4 equation models and the second model showned to fulfil the statistic criteria. The second model could be selected as the best equation model. log (1/IC 50 ) = ( qC 1 ) + ( qC 2 ) + ( qC 3 ) + ( q) + ( qC 7 ) + ( qC 8 ) + ( qC 9 ) + ( ΔE) + ( V) + ( MR) + ( ) + ( M) + ( log P) This model can be used to predict the activity of new vincadifformine s derivatives. There are 15 vincadifformine s derivatives which could give antimalarial activity based on the best equation model. Keyword : QSAR, vincadifformine s derivatives, MD, multivariate linier regression xviii

18 BAB I PEGATAR A. Latar Belakang Penelitian Malaria merupakan penyakit utama yang menjadi penyebab kematian pada daerah beriklim tropis. Di Indonesia beban terbesar dari penyakit malaria ada di provinsi-provinsi bagian timur yaitu Papua, Maluku, dan Gorontalo yang merupakan daerah endemik penyakit malaria. Menurut Survei Kesehatan Rumah Tangga tahun 2001, diperkirakan angka kematian spesifik akibat malaria di Indonesia adalah 11 per untuk laki-laki dan 8 per untuk perempuan (Anonim, 2004). Penyebab utama meningkatnya morbiditas dan mortalitas akibat malaria adalah peningkatan resistensi parasit malaria terhadap antimalaria yang umum digunakan, misalnya klorokuin. Kondisi terparah dengan tingkat resistensi yang tinggi terhadap klorokuin terjadi pada malaria yang disebabkan oleh Plasmodium falciparum (Rosenthal, 2003). Peningkatan resistensi parasit terhadap antimalaria memunculkan kebutuhan akan antimalaria dari kelas baru. Vinkadiformina adalah suatu senyawa yang dikenal memiliki aktivitas hipotensif (Duke, 1992), namun Mustofa (2001) telah berhasil menguji aktivitasnya sebagai antimalaria. Mustofa telah mensintesis 16 senyawa vinkadiformina dan turunannya dan menguji aktivitas antimalaria senyawa-senyawa tersebut terhadap P. falciparum yang tergolong resisten terhadap klorokuin yaitu FcM29-Kamerun dan P. falciparum yang sensitif terhadap klorokuin yaitu sel igerian (Tahir dkk, 2005). asil sintesis dan 1

19 2 pengujian aktivitas antimalaria vinkadiformina, membuka jalan bagi pengembangan dan desain senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai antimalaria baru. Pengembangan dan desain senyawa antimalaria baru dapat dilakukan dengan berbagai metode, salah satunya dengan analisis ubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas (KSA). Metode ini dapat mengurangi faktor trial and error dalam sintesis obat baru. Analisis KSA vinkadiformina sebagai antimalaria pernah dilakukan oleh Tahir dkk (2005). Dalam penelitiannya, Tahir dkk menganalisis KSA 16 senyawa vinkadiformina dan turunannya yang telah diuji aktivitasnya terhadap P. falciparum yang sensitif terhadap klorokuin (sel igerian), oleh Mustofa. Dengan metode semiempiris Austin Model 1 (AM1), Tahir dkk berhasil memperoleh model persamaan terbaik yang dapat menggambarkan hubungan kuantitatif struktur senyawa vinkadiformina dan turunannya dengan aktivitasnya sebagai antimalaria. Model persamaan yang diperoleh oleh Tahir dkk memperlihatkan bahwa parameter teoretis berupa parameter elektronik dan sterik memberikan pengaruh yang besar terhadap aktivitas antimalaria (log 1/IC 50 ). Dalam penelitian ini akan dilakukan analisis KSA 16 senyawa vinkadiformina dan turunannya hasil sintesis Mustofa dengan menggunakan metode semiempiris yang berbeda dengan metode yang digunakan oleh Tahir dkk, yaitu metode semiempiris Modified eglect of Diatomic verlap (MD). Pemilihan metode semiempiris MD didasarkan pada kecepatan metode ini dalam menghitung parameter teoretis, bila dibandingkan dengan metode

20 3 semiempiris yang lain seperti AM1 dan Parameterized Model 3 (PM3). Dalam perancangan senyawa baru, dimungkinkan desain senyawa dalam jumlah yang banyak. leh karena itu, penggunaan metode yang cepat dalam perhitungan menjadi hal yang perlu dipertimbangkan. Metode semiempiris MD merupakan metode yang dapat melakukan perhitungan yang cepat dan kasar. amun demikian, belum tentu perhitungan yang cepat dan kasar tersebut tidak dapat menghasilkan model persamaan terbaik yang mampu menggambarkan hubungan kuantitatif struktur-aktivitas senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai senyawa antimalaria. Belum tentu pula, rancangan senyawa berdasarkan model persamaan terbaik dari perhitungan metode semiempiris MD menghasilkan aktivitas antimalaria yang lebih rendah daripada rancangan senyawa yang didasarkan pada model persamaan terbaik hasil perhitungan metode semiempiris AM1 atau PM3. Dalam penelitian ini diharapkan perhitungan dengan menggunakan metode semiempiris MD dapat memberikan model persamaan terbaik yang menggambarkan hubungan kuantitatif struktur senyawa vinkadiformina dan turunannya melalui parameter teoretis yang meliputi parameter elektronik, sterik, dan hidrofobisitas, terhadap aktivitasnya sebagai antimalaria. Aktivitas antimalaria didasarkan pada log 1/IC 50. IC 50 merupakan konsentrasi yang dapat menghambat 50% pertumbuhan P. falciparum.

21 4 1. Permasalahan Dari latar belakang di atas muncul permasalahan sebagai berikut: 1. Bagaimana hubungan kuantitatif antara struktur dan aktivitas senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai senyawa antimalaria berdasarkan parameter teoretis hasil perhitungan semiempiris MD? 2. Bagaimana struktur senyawa hipotetik turunan vinkadiformina yang memiliki aktivitas antimalaria berdasarkan model persamaan terbaik? 2. Keaslian penelitian Telah dilakukan penelitian mengenai hubungan kuantitatif strukturaktivitas senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai antimalaria oleh Tahir dkk (2005). Dalam penelitian tersebut digunakan 16 senyawa vinkadiformina dan turunannya beserta data log 1/IC 50 hasil penelitian Mustofa (2001). Tahir dkk (2005) menggunakan metode semiempiris AM1 dalam menghitung parameter teoretis struktur senyawa vinkadiformina dan turunannya hingga ditemukan model persamaan terbaik yang menggambarkan KSA senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai antimalaria. Penelitian ini menggunakan 16 senyawa yang digunakan Tahir dkk, namun metode yang digunakan berbeda yaitu metode semiempiris MD. 3. Manfaat penelitian a. Manfaat teoretis Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai hubungan antara struktur dan aktivitas senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai senyawa antimalaria

22 5 b. Manfaat praktis Penelitian ini diharapkan dapat menjadi acuan dalam sintesis senyawa baru turunan vinkadiformina dan pengujian aktivitas antimalaria senyawa tersebut baik secara in vitro maupun in vivo. B. Tujuan Penelitian 1. Penelitian ini bertujuan untuk menggambarkan hubungan kuantitatif antara struktur dan aktivitas senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai senyawa antimalaria berdasarkan parameter teoretis hasil perhitungan semiempiris MD. 2. Penelitian ini juga bertujuan untuk menggambarkan struktur hipotetik senyawa turunan vinkadiformina yang memiliki aktivitas antimalaria berdasarkan model persamaan terbaik.

23 BAB II PEELAAA PUSTAKA A. Malaria Malaria merupakan suatu penyakit plasmodia yang disebabkan oleh protozoa, yaitu Plasmodium sp., yang masuk ke dalam tubuh tuan rumah (host) melalui gigitan nyamuk Anopheles betina (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Pada manusia, spesies yang menyebabkan infeksi adalah P. falciparum, P.vivax, P. malariae, dan P. ovale. Malaria tersian, yang diakibatkan oleh P. vivax adalah bentuk penyakit malaria yang paling umum. Bentuk malaria tersian yang paling berat, disebut tersian ganas, disebabkan oleh P. falciparum. Serangan oleh spesies-spesies ini lebih jarang dibandingkan dengan P. vivax. Malaria quartan, dengan tingkat keganasan menengah, disebabkan oleh serangan P. malariae. Malaria macam ini lebih jarang terjadi daripada tersian ganas. P. ovale mengakibatkan bentuk penyakit malaria yang jarang, yang disebut malaria tersian ovale. Malaria macam ini dalam banyak hal mirip dengan malaria tersian atau malaria P. vivax (Kier dan Roche, 1996). Siklus perkembangan plasmodia malaria dalam nyamuk Anopheles dan tubuh manusia serta tempat kerja obat antimalaria dapat dilihat pada gambar 1. Saat nyamuk Anopheles betina menggigit manusia, nyamuk mengeluarkan sporozoit ke dalam pembuluh darah kapiler. Sporozoit kemudian dibawa oleh darah ke dalam hati untuk bermultiplikasi dan membentuk schizont jaringan. Ini adalah tahap pre-eritrositik atau jaringan primer. Setelah 5-16 hari, schizont pecah 6

24 7 sambil melepaskan ribuan merozoit yang menginfeksi sel darah merah untuk membentuk schizont dan memulai tahap eritrositik (DiPalma, 1990 ; eal, 1997). Pada infeksi yang disebabkan oleh P. vivax dan P. ovale (bukan P. falciparum), beberapa schizont dalam hati membentuk schizont jaringan sekunder dan berada dalam keadaan dorman (disebut hipnozoit). Jaringan sekunder akan pecah beberapa bulan kemudian, sehingga menyebabkan kambuhnya penyakit (eal, 1997). Pada tahap terbentuknya schizont, pasien tidak mengalami gejala. Keadaan ini bertahan hingga schizont pecah, dan melepaskan kembali merozoit beserta pirogen ke dalam darah. Secara klinis, tahap ini ditandai dengan gejala demam, kemudian menggigil. Gejala demam terjadi karena adanya pirogen yang dilepaskan ke dalam darah, sedangkan gejala menggigil terjadi karena tubuh berusaha menurunkan suhu tubuh yang tinggi. Beberapa merozoit yang kembali dilepaskan, akan menginfeksi sel darah merah untuk membentuk schizont, sedangkan beberapa merozoit yang lain akan mengalami perkembangan seksual menjadi gametosit jantan dan gametosit betina (DiPalma, 1990). Bentuk gametosit yang terhisap oleh nyamuk Anopheles betina, mengalami pertumbuhan menjadi zigot dalam lambung nyamuk. Zigot berkembang membentuk oosit (strukturnya bulat dan berada di dinding luar lambung). osit kemudian berkembang menjadi sporozoit dan dilepaskan ke dalam rongga perut nyamuk, lalu berpindah ke kelenjar ludah. Dari kelenjar ludah, sporozoit siap dipindahkan dan menginfeksi manusia yang digigit oleh nyamuk Anopheles betina (siklus berjalan kembali) (Williams dan Lemke, 2002).

25 8 masuk melalui gigitan nyamuk osit pecah osit tumbuh pada dinding lambung osit okinet fertilisasi zigot Sporozoit pada kelenjar ludah Gametosid betina Eksflagelasi Sporozoit Mature Gametosid betina Schizont jaringan primer Schizont jaringan sekunder/laten (P.vivax dan P.ovale) Schizont dikembangkan dalam sel hati Immature Gametosid betina Immature Gametosid jantan Merozoit masuk ke sel darah merah Merozoit masuk ke sel darah merah sel pecah awal Tropozoit Gametosid jantan Mature Gametosid jantan Mature Schizont akhir Tropozoit Immature Schizont Siklus seksual pada nyamuk Siklus aseksual pada manusia Gambar 1. Siklus perkembangan plasmodia malaria (Siswandono dan Soekardjo, 1995)

26 9 B. Pengelompokan Senyawa Antimalaria Berdasarkan perkembangan dan siklus kehidupan plasmodia yang dipengaruhi dan indikasi klinis antimalaria tersebut, maka antimalaria dapat dikelompokkan sebagai berikut : 1. antimalaria untuk pencegahan kausal Antimalaria kelompok ini menghancurkan bentuk jaringan primer plasmodia dan merozoit di hati, mulai dari tahap infeksi eritrositik, kemudian mencegah invasi eritrosit dan penyebaran infeksi ke nyamuk Anopheles. Contoh antimalaria kelompok ini adalah klorguanid, pirimetamin, dan primakuin (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Klorguanid atau nama lainnya adalah proguanil, merupakan prototipe dari kelompok ini. Klorguanid telah digunakan secara luas untuk pencegahan kausal malaria yang disebabkan oleh P. falciparum. Antimalaria ini mengalami masalah resistensi, namun tetap memberikan proteksi jika dikombinasikan dengan obat lain. Meskipun primakuin juga memiliki aktivitas terhadap P. falciparum, antimalaria ini memiliki potensi toksik yang tinggi dan digunakan untuk aplikasi klinis yang lain (Tracy dan Webster, 2001). 2. antimalaria untuk mencegah kekambuhan Antimalaria ini bekerja pada bentuk schizont di jaringan laten, jaringan sekunder atau hipnozoit dari P. vivax dan P. ovale di sel hati. Contoh antimalaria kelompok ini adalah primakuin dan pirimetamin (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Kelompok antimalaria ini digunakan untuk pencegahan terminal dan untuk penyembuhan radikal dari infeksi malaria kambuhan. Primakuin adalah antimalaria prototipe yang digunakan untuk mencegah kekambuhan, yaitu

27 10 menyembuhkan infeksi eritrositik dari jaringan sekunder plasmodia (Tracy dan Webster, 2001). 3. antimalaria untuk pencegahan klinis dan penyembuhan supresif Menurut Korolkovas dan Burckhalter (1976), antimalaria dapat memberikan efek sebagai supresi atau pencegahan klinis, yaitu pencegahan dari gejala klinis dengan bekerja pada bentuk aseksual plasmodia dalam darah. Kerja ini dapat bersifat sementara atau permanen. Antimalaria kelompok ini bekerja terhadap merozoit pada fase eritrositik aseksual dari plasmodia malaria dan mengganggu schizogoni eritrositik ke bawah, sehingga serangan klinis tidak terjadi. Antimalaria ini juga digunakan dalam terapi penyembuhan supresif untuk eliminasi plasmodia secara lengkap. Kecuali primakuin, hampir semua antimalaria yang digunakan secara klinis dikembangkan aktivitasnya terhadap fase aseksual plasmodia. Berdasarkan masa kerjanya kelompok antimalaria ini dibagi menjadi dua, yaitu : a. schizontosida yang bekerja secara cepat Contoh : amodiakuin, artemisinin, klorokuin, kuinin, kuinidin, meflokuin, dan atovaquon b. schizontosida yang bekerja secara lambat Contoh : pirimetamin, klorguanid, sikloguanil pamoat, sulfonamida, dan sulfon (Siswandono dan Soekardjo, 1995; Tracy dan Webster, 2001)

28 11 4. gametositosida Antimalaria kelompok ini menghancurkan bentuk eritrositik seksual (gametosit) dari plasmodia malaria sehingga mencegah penyebaran plasmodia ke nyamuk Anopheles (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Klorokuin dan kuinin memiliki aktivitas gametosidal terhadap P. vivax, P. ovale, dan P. malariae, primakuin aktif terhadap gametosit dari P. falciparum (Siswandono dan Soekardjo, 1995; Tracy dan Webster, 2001). 5. sporozoitosida Antimalaria kelompok ini mampu membunuh sporozoit segera setelah masuk dalam darah sesudah gigitan nyamuk. Waktu antimalaria ini untuk bekerja sangat singkat oleh karena sporozoit secara cepat masuk ke sel hati sehingga banyak antimalaria kurang efektif terhadap bentuk sporozoit tersebut. Contoh antimalaria kelompok ini adalah klorguanid, pirimetamin, dan primakuin (Siswandono dan Soekardjo, 1995). 6. sporontosida Antimalaria kelompok ini bekerja pada tubuh nyamuk malaria yang menginfeksi tuan rumah yaitu dengan mencegah pembentukan oosit dan sporozoit. Contoh : pirimetamin, klorguanid, dan primakuin (Siswandono dan Soekardjo, 1995).

29 12 Berdasarkan struktur kimianya, antimalaria dibagi menjadi 8 kelompok, yaitu turunan 9-aminoakridin, 4-aminokuinolin, 8-aminokuinolin, biguanida, diaminopiridin, kuinolinometanol, sulfonamida, dan sulfon. 1. Turunan 9-aminoakridin Contoh turunan 9-aminoakridin adalah kuinakrin-cl yang bekerja sebagai schizontosida eritrositik, sekarang jarang digunakan sebagai antimalaria karena tersedia obat yang lebih aktif dengan toksisitas lebih rendah (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Kuinakrin bersifat tumorigenik dan mutagenik dan juga telah digunakan sebagai obat sklerosis. Kuinakrin merupakan suatu pewarna akridin, sehingga senyawa ini dapat menyebabkan diskolorisasi kuning pada kulit dan urin (Block, 2004). 2 C C 2 2 C C Cl C 3 3 C 2 C C 3 Cl Gambar 2. Struktur kuinakrin Cl 2. 4-aminokuinolin Turunan 4-aminokuinolin mempunyai aktivitas antimalaria yang lebih tinggi dibanding kuinin atau 9-aminoakridin. Toksisitasnya relatif rendah (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Secara umum, klorokuin dan 4-aminokuinolin yang lain, tidak efektif terhadap plasmodia eksoeritrosit. Klorokuin tidak dapat mencegah kekambuhan pada malaria yang disebabkan oleh P. vivax dan P. ovale (Block, 2004).

30 13 Dari turunan 4-aminokuinolin, klorokuin menunjukkan aktivitas yang optimal (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Klorokuin memiliki struktur yang mirip turunan 8-aminokuinolin yang sudah tidak digunakan lagi, yaitu pamakuin dan pentakuin. Klorokuin memiliki rantai samping yang sama seperti kuinakrin, tetapi berbeda pada cincin kuinolin dan residu metoksi yang tidak dimiliki oleh kuinakrin. Gugus amin tersier pada cincin kuinolin sangat penting berperan dalam aktivitasnya sebagai antimalaria (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Atom klorin pada posisi 7 dari cincin kuinolin juga memiliki pengaruh yang sangat besar terhadap aktivitas antimalaria yang ditimbulkan, baik pada manusia maupun avian (Tracy dan Webster, 2001). C 3 2 C C 3 2 C C C 3 C 2 C 2 C 2 Cl Gambar 3. Struktur klorokuin 3. 8-aminokuinolin Turunan 8-aminokuinolin aktif terhadap bentuk eksoeritrositik plasmodia malaria yang disebabkan oleh P. vivax dan P. malariae. Mempunyai aktivitas gametositosida, tetapi tidak aktif terhadap bentuk plasmodia eritrositik. Turunan ini menimbulkan toksisitas lebih besar dibanding turunan 4- aminokuinolin (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Primakuin adalah turunan 8- aminokiunolin yang masih digunakan untuk pengobatan malaria. Antimalaria ini

31 14 tidak digunakan sebagai profilaksis. Spektrum aktivitasnya paling sempit bila dibandingkan dengan antimalaria yang lain (Block, 2004). Pada struktur turunan 8-aminokuinolin, rantai samping yang terdiri dari 4 atom C dan amin aromatik yang merupakan amin sekunder memberikan aktivitas antimalaria yang optimal. Gugus 6-metoksi mempunyai aktivitas optimal meskipun batas keamanannya rendah, dan kemungkinan dapat diganti dengan atom hidrogen atau gugus hidroksi (Siswandono dan Soekardjo, 1995). 3 C C 2 C C 2 2 C C 3 Gambar 4. Struktur primakuin 4. Biguanida Turunan biguanida merupakan schizontosida eksoeritrositik dan eritrositik terhadap P. falciparum dan P. vivax. Toksisitasnya relatif ringan (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Turunan biguanida mempunyai mekanisme kerja yang sama dengan pirimidin. Turunan ini tidak aktif, dan baru menjadi aktif setelah tersiklisasi pada saat metabolisme menjadi suatu turunan dihidro-s-triazin yang mirip dengan pirimetamin dan bagian pteridin senyawa asam folat. Transformasi hayati ini digambarkan dengan proguanil. Proguanil akan dimetabolisme menjadi sikloguanil dan metabolit inilah yang aktif sebagai antimalaria. Sikloguanil sendiri tersedia dalam bentuk garam pamoat. Senyawa turunan biguanida, termasuk sikloguanil merupakan schizontosida kuat terhadap

32 15 bentuk eksoeritrositik dan eritrositik P. falciparum dan P. vivax. Resistensi terhadap senyawa ini sering terjadi (Kier dan Roche, 1996). A B 2 C 3 Cl C C C 3 C 3 C 3 Cl Gambar 5. A) proguanil ; B) sikloguanil 5. Diaminopirimidin Antimalaria yang merupakan turunan dari diaminopirimidin adalah pirimetamin dan trimetoprim. Pirimetamin digunakan sebagai pencegahan malaria (Korolkovas dan Burckhalter, 1976). Pirimetamin merupakan schizontosida darah lepas lambat yang memiliki efek in vivo yang mirip dengan proguanil. Pirimetamin memiliki potensi antimalaria yang lebih besar karena langsung bekerja pada plasmodia, dan waktu paruhnya lebih lama daripada sikloguanil, bentuk aktif proguanil. Berbeda dengan proguanil, pirimetamin tidak menunjukkan efektivitas yang berarti terhadap bentuk hepatik dari P. falciparum. Pada dosis terapetis, pirimetamin tidak dapat melakukan eradikasi terhadap jaringan sekunder P. vivax atau gametosit dari spesies plasmodia malaria (Tracy dan Webster, 2001). 2 2 C C 3 2 Cl Gambar 6. Struktur pirimetamin

33 16 6. Turunan kuinolinometanol Turunan kuinolinometanol terdapat pada tanaman Chinchona Sp., terutama pada bagian kulit kayu atau korteks. Korteks kina yang diperdagangkan mengandung alkaloid kuinin 5%, kuinidin 0,1%, sinkonin 0,3%, dan sinkonidin 0,4% (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Bagian kuinolinometanol menjadi penting dalam obat-obat sintetik. Turunan kuinolinometanol bekerja pada merozoit eritrositik. Senyawa-senyawa ini tidak menyembuhkan secara tuntas, tetapi mengurangi gejala. Kuinin digunakan pada pengobatan malaria yang plasmodiumnya telah resisten terhadap zat-zat lain, misalnya klorokuin (Kier dan Roche, 1996). Stereoisomer kuinin yaitu kuinidin, memiliki potensi yang lebih besar sebagai antimalaria, tetapi kuinidin juga lebih toksik. Kuinin bersifat mematikan terhadap semua bentuk schizont plasmodium dan gametosit P. vivax dan P. malariae tetapi tidak untuk gametosit P. falciparum. Sekarang, spektrum aktivitas kuinin terlalu sempit untuk penggunaan pencegahan malaria (Block, 2004). Kuinin memiliki cincin kuinolin yang dihubungkan dengan cincin kuinuklidin melalui jembatan alkohol. Cincin kuinolin mengandung gugus metoksi, sedangkan cincin kuinuklidin mengikat gugus vinil. Kuinidin memiliki struktur yang serupa dengan kuinin. Perbedaannya dengan kuinin terletak pada konfigurasi sterik gugus alkohol (Tracy dan Webster, 2001).

34 17 2 C C C 2 C C C 3 C 3 C A B Gambar 7. A) kuinin ; B) kuinidin 7. Turunan sulfonamida dan sulfon Turunan ini jarang digunakan dalam bentuk tunggal sebagai antimalaria, biasanya dikombinasi dengan pirimetamin dan digunakan untuk pengobatan infeksi P. falciparum yang sudah kebal terhadap klorokuin. Contoh turunan sulfonamida yang dapat digunakan sebagai antimalaria adalah sulfadoksin, sulfametoksipiridazin, sulfametopirazin, sulfisoksazol. Contoh sulfon yang digunakan sebagai antimalaria adalah asedapson dan dapson (Siswandono dan Soekardjo, 1995). A B 2 S 2 S 2 3 C C 3 Gambar 8. A) sulfadoksin ; B) dapson

35 18 C. Mekanisme Kerja Senyawa Antimalaria Beberapa mekanisme aksi antimalaria telah diusulkan. Dahulu postulat Schonhofer merupakan mekanisme aksi malaria yang telah diterima secara luas. Schonhofer mengatakan bahwa aktivitas antimalaria membutuhkan struktur kuinolin yang mudah dioksidasi menjadi bentuk kuinoid. ipotesis ini sekarang tidak digunakan lagi sejalan dengan penelitian bahwa 5,6-kuinon ternyata tidak terbukti sebagai bentuk aktif antimalaria aminokuinolin (Korolkovas dan Burckhalter, 1976). Antimalaria memiliki berbagai mekanisme aksi. Pada tingkat molekular, antimalaria beraksi dengan menghambat enzim yang terlibat dalam biosintesis prekursor asam deoksiribonuklease (AD) atau membentuk kompleks molekular dengan AD, sehingga memblok sintesis AD dan asam ribonuklease (AR) plasmodia dengan menghambat polimerasi AD dan AR (Korolkovas dan Burckhalter, 1976). Turunan 9-aminoakridin, 4-aminokuinolin, dan kuinolinometanol menunjukkan efek schizontisid yang cepat dengan dua mekanisme. Mekanisme kerja ketiga turunan ini melibatkan lisosom (vakuola makanan) plasmodia yang terdapat dalam sel darah merah (Block, 2004). Bentuk aseksual plasmodia malaria dapat tumbuh dalam sel darah merah dengan mencerna hemoglobin dalam vakuola makanan yang bersuasana asam. emoglobin merupakan nukleoprotein bagi plasmodia. Proses pencernaan hemoglobin menghasilkan radikal bebas dan heme (ferriprotoporphyrin IX) sebagai produk yang sangat reaktif. Dalam proses nukleasi terjadi penambahan histidin dan mungkin beberapa lipid. eme

36 19 kemudian berpolimerisasi menjadi pigmen malaria yang inaktif dan tidak larut. Pigmen ini dinamakan hemozoin. Turunan 9-aminoakridin, 4-aminokuinolin, dan kuinolinometanol merupakan schizontosida darah yang bertindak sebagai basa lemah yang terkonsentrasi dalam vakuola makanan plasmodia yang bersuasana asam (Tracy dan Webster, 2001). Senyawa-senyawa ini kemudian mengalami protonasi, meningkatkan p intravakuolar, dan terjebak di dalam vakuola makanan karena pori-pori membran vakuola juga bermuatan positif. Kondisi ini mempertahankan keberadaan senyawa-senyawa turunan 9-aminoakridin, 4- aminokuinolin, dan kuinolinometanol dalam hemoglobin penderita (Block, 2004). Dengan keberadaan senyawa-senyawa tersebut dalam hemoglobin penderita, maka aktivitas peroksidatif heme akan terhambat dan polimerisasi nonenzimatik heme menjadi hemozoin terganggu (Tracy dan Webster, 2001). eme yang masih reaktif akan merusak membran plasmodia dan/ atau sel darah merah secara oksidatif, sehingga membran mengalami lisis (Block, 2004). Mekanisme kerja kedua dari senyawa turunan 9-aminoakridin, 4- aminokuinolin, dan kuinolinometanol melibatkan sistem cincin datar yang dimiliki oleh senyawa-senyawa tersebut. Cincin datar yang dimiliki oleh turunan 4-aminokuinolin dan kuinolinometanol adalah cincin kuinolin, sedangkan cincin datar yang dimiliki oleh turunan 9-aminoakridin adalah cincin akridin. Sistem cincin datar memungkinkan senyawa-senyawa tersebut dapat berinterkalasi di antara pasangan basa dobel heliks AD. Perhitungan orbital molekul menunjukkan bahwa senyawa-senyawa tersebut, terutama dalam bentuk terprotonasi selama berada dalam vakuola makanan, memiliki nilai energi LUM

37 20 (Lowest Unoccupied Molecular rbital) rendah (antara 0 dan -0,5β), sedang pasangan basa guanin dan sitosin mempunyai nilai energi M (ighest ccupied Molecular rbital) tinggi (+0,487β). Kondisi ini memungkinkan terjadinya kompleks transfer muatan antara cincin datar senyawa-senyawa tersebut dengan pasangan basa guanin dan sitosin, sehingga terbentuk kompleks obat-ad. Kompleks obat-ad diperkuat dengan adanya ikatan rantai samping senyawa-senyawa tersebut dengan gugus fosfat pada salah satu helaian dobel heliks AD. Rantai samping kuinolinometanol yang berikatan dengan gugus fosfat adalah cincin kuinuklidin, sedangkan rantai samping 9-aminoakridin dan 4- aminokuinolin yang berikatan dengan gugus fosfat adalah atom nitrogen terprotonasi. Selain ikatan rantai samping dengan gugus fosfat, kompleks obat- AD juga diperkuat dengan adanya ikatan hidrogen dengan molekul basa purin yaitu adenin (DiPalma, 1990). Dengan terbentuknya kompleks obat-ad, maka transkripsi dan translasi AD menjadi AR akan terhambat. al ini akan berpengaruh terhadap sintesis AD dan AR (DiPalma, 1990). Interkalasi dan ikatan ionik yang terjadi antara klorokuin (senyawa turunan 4-aminokuinolin) dengan AD diperlihatkan pada gambar 13. Turunan 8-aminokuinolin yaitu primakuin bekerja dengan mengganggu mitokondria plasmodia (Block, 2004). Primakuin mengganggu transpor elektron, sehingga menyebabkan perusakan oksidatif pada sistem enzim mitokondrial. Proses ini mengakibatkan mitokondria plasmodia menggembung dan mengalami vakuolisasi. Dalam hal ini mitokondria penderita tidak terganggu. Primakuin juga menyerang bentuk seksual plasmodia dan membuat bentuk seksual ini tidak

38 21 mengalami pematangan (DiPalma, 1990). Primakuin dapat diubah menjadi elektrofil yang bekerja sebagai mediator oksidasi-reduksi (Tracy dan Webster, 2001). al ini menyebabkan perusakan oksidatif pada elektron asam nukleat dalam gametosit. Dengan demikian primakuin dapat digunakan untuk mencegah penyebaran malaria (DiPalma, 1990). Selain bekerja dengan mengganggu transpor elektron, primakuin juga bekerja dengan berinterkalasi di antara pasangan basa AD plasmodia, sama seperti turunan 9-aminoakridin, 4-aminokuinolin, dan kuinolinometanol (Korolkovas dan Burckhalter, 1976). A = adenine T = thymine G = guanine C = cytosine P = phosphate R = deoxyribose Gambar 9. Mekanisme aksi klorokuin pada tingkat molekular (Korolkovas dan Burckhalter,1976) Turunan biguanida dan diaminopirimidin, mempunyai aktivitas antimalaria karena menghambat secara selektif enzim dihidrofolat reduktase yang mengkatalisis perubahan asam dihidrofolat menjadi asam tetrahidrofolat pada

39 22 plasmodia. Penghambatan ini mempengaruhi biosintesis plasmodia terutama pembentukan basa purin, pirimidin, dan AD. Meskipun turunan ini tidak bekerja secara selektif terhadap enzim plasmodia, tetapi dapat mengikat enzim dihidrofolat reduktase lebih kuat dibanding isoenzim pada penderita. Efek pemblokan ini tidak berbahaya bagi penderita karena asam folinat yang diperlukan dipasok dari luar melalui makanan (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Turunan sulfonamida dan sulfon dapat menghambat secara selektif enzim dihidropteroat sintetase, yang mengkatalisis kondensasi ester pirofosfat dari 2-amino-4-okso-6-hidroksimetildihidropteridin dengan asam p-aminobenzoat dengan asam dihidropteroat. ambatan ini menyebabkan kematian plasmodia (Siswandono dan Soekardjo, 1995). D. Vinkadiformina Gambar 10. Struktur senyawa vinkadiformina Vinkadiformina adalah salah satu indol alkaloid yang terkandung dalam tanaman Aspidosperma pyrifolium dan A. megalocarpon yang merupakan tanaman tradisional Amerika dan digunakan sebagai antimalaria (Mustofa, 2001). Vinkadiformina bersifat hipotensif, kronotropik negatif, spasmolitik,

40 23 hipoglikemik, dan simpatolitik (Anonim, 1996). Kuehne dkk (1978) dalam jurnal mengenai studi biomimetik sintesis alkaloid memaparkan bahwa vinkadiformina dapat disintesis dari tetrahydro-β-carboline melalui secodine intermediate. Penelitian terhadap senyawa indol alkaloid dari tanaman bergenus Aspidosperma pernah dilakukan oleh Mitaine-ffer dkk (2002). Dalam penelitian tersebut Mitaine-ffer dkk mengkombinasikan senyawa indol alkaloid berkerangka dasar aspidospermane (dari A. pyrifolium dan A. Megalocarpon) dengan klorokuin, kemudian menguji aktivitas antimalarianya terhadap P. falciparum yang sensitif klorokuin dan P. falciparum yang resisten klorokuin. Dari penelitian tersebut diperoleh hasil yang menyatakan bahwa terdapat sinergisme dari kedua senyawa yang dikombinasikan, sehingga dihasilkan efek antimalaria yang merupakan kumulasi dari aktivitas antimalaria senyawa yang dikombinasi. Pada tahun 2001, Mustofa telah berhasil mensintesis 16 senyawa turunan vinkadiformina. Mustofa kemudian menguji aktivitas biologis yang lain dari vinkadiformina, yaitu sebagai antimalaria. Senyawa-senyawa tersebut diuji aktivitas antimalarianya terhadap P. falciparum yang tergolong resisten terhadap klorokuin yaitu FcM29-Kamerun dan P. falciparum yang sensitif terhadap klorokuin yaitu sel igerian (Tahir dkk, 2005). Enambelas senyawa turunan vinkadiformina hasil sintesis Mustofa beserta data aktivitas antimalaria (log 1/IC 50 ) terhadap P. falciparum yang sensitif terhadap klorokuin yaitu sel igerian, digunakan oleh Tahir dkk (2005) dalam menentukan hubungan kuantitatif antara struktur dan aktivitasnya sebagai

41 24 antimalaria. Data struktur dan aktivitas senyawa turunan vinkadiformina hasil sintesis dan uji oleh Mustofa dapat dilihat pada tabel 1. Parameter teoretis berupa parameter elektronik dan sterik dari keenambelas struktur senyawa merupakan variabel bebas yang berpengaruh terhadap variabel tergantung yang berupa log 1/IC 50. IC 50 merupakan konsentrasi yang dapat menghambat pertumbuhan plasmodia malaria sebanyak 50%. Dengan menggunakan metode AM1, Tahir dkk (2005) menemukan 10 model persamaan matematis KSA terpilih yang kemudian diolah secara statistik hingga ditemukan model persamaan terbaik yang dapat menggambarkan hubungan kuantitatif struktur dan aktivitas senyawa turunan vinkadiformina sebagai antimalaria. Model persamaan terbaik yang dihasilkan dari penelitian Tahir dkk menyatakan bahwa deskriptor-deskriptor yang mempengaruhi aktivitas antimalaria vinkadiformina dan turunannya adalah muatan bersih, momen dipol, E LUM, E M, polarisabilitas molekular, dan luas permukaan. Daerah sensitif yang diduga memberi sumbangan pengaruh terhadap kuantitas aktivitas antimalaria, berdasarkan penelitian Tahir dkk digambarkan di bawah ini. Gambar 11. daerah sensitif senyawa vinkadiformina dan turunannya hasil penelitian Tahir dkk E. ubungan Kuantitatif Struktur dan Aktivitas Penggunaan pendekatan mencoba-coba dalam usaha menemukan obat baru kurang menguntungkan, sebab itu kegiatan yang boros ini segera

42 25 ditinggalkan dalam bidang rancangan obat dan diusahakan penggunaan pendekatan yang rasional. Informasi tentang turunan struktur molekul senyawa yang dapat mengubah hasil uji eksperimental, menguraikan tentang hubungan antara struktur dan aktivitas biologis (Sardjoko, 1993). ubungan struktur dan sifat adalah pendefinisian empiris kualitatif dan kuantitatif antara sruktur molekul dengan sifat yang teramati. ubungan struktur dan sifat yang dikaji belakangan ini selalu merupakan hubungan matematika secara kuantitatif. Jika sifat digambarkan sebagai aktivitas biologis-misalnya aktivitas obat-maka dikenal sebagai hubungan kuantitatif struktur dan aktivitas (KSA atau QSAR = Quantitative Structure Activity Relationship) (Pranowo, 2004). Tujuan KSA adalah untuk memprediksikan hubungan antara deskripsi kuantitatif dari sifat-sifat fisika senyawa dan respon sistem biologis. Respon dapat berupa perhitungan K i inhibitor dalam pengujian enzim, p ED 50 dari agonis reseptor, atau hanya pembuktian apakah suatu senyawa aktif atau inaktif secara biologis (Davis, 1994). Tujuan lain dari KSA adalah untuk menentukan struktur senyawa yang dapat menghasilkan ikatan optimum dengan reseptor, dan untuk mendesain satu seri senyawa untuk memaksimalkan informasi berkaitan dengan struktur untuk aktivitas dari sejumlah kecil senyawa uji (Block, 2004). Diharapkan hasil KSA akan memberikan pengertian mengenai sifat molekular yang sangat mempengaruhi aktivitas, dan membuka jalan bagi optimisasi aktivitas biologis dalam satu seri senyawa (Davis, 1994). Studi KSA dapat menggunakan beberapa model, tetapi model yang paling sering digunakan ada tiga, yaitu model ansch, model Free dan Wilson

43 26 (model de novo), dan model yang didasarkan pada mekanika kuantum (Sardjoko, 1993). Pada metode ansch dikemukakan suatu konsep bahwa hubungan struktur kimia dengan aktivitas biologis (log 1/C) suatu senyawa dapat dinyatakan secara kuantitatif melalui parameter-parameter sifat fisika kimia dari substituen yaitu parameter hidrofob (π), elektronik (σ) dan sterik (E s ). Model pendekatan ini disebut pula model hubungan energi bebas linier (Linear Free Energy Relationship = LFER), yang dinyatakan melalui persamaan regresi linier berikut: Log 1/C = a π + b σ + c E s + d (1) (Siswandono dan Soekardjo, 1995) Respon biologis umumnya berupa resiprok (log 1/C). al ini dikarenakan dengan menggunakan resiprok akan diperoleh hubungan yang valid. Dengan menggunakan resiprok untuk respon biologis akan diperoleh kemiringan garis regresi (slope) yang positif (Block, 2004). F. Kimia Komputasi Metode kimia komputasi sangat membantu dalam penelitian hubungan kuantitatif struktur dan aktivitas. Dengan aplikasi komputasi, perhitungan sifat kimia dan fisika suatu senyawa dapat dilakukan dengan mudah. 1. yperchem Program yperchem merupakan program kimia aplikasi 32 bit yang dikembangkan oleh ypercube Inc. yperchem merupakan program yang mudah digunakan, fleksibel, dan berkualitas. Dengan menggunakan visualisasi dan animasi tiga dimensi hasil perhitungan kimia kuantum, mekanika dan dinamika

44 27 molekular, menjadikan yperchem lebih mudah digunakan daripada program kimia kuantum yang lain (Pranowo, 2004). Dengan yperchem dapat dilakukan eksplorasi model energi permukaan potensial secara klasik atau kuantum dengan single point, optimasi geometri atau perhitungan dalam mencari keadaan transisi. Perhitungan single point dapat digunakan untuk menentukan energi molekul dari struktur yang telah ditentukan (tanpa proses optimasi). Perhitungan optimasi geometri menggunakan algoritma minimisasi energi untuk mendapatkan struktur yang paling stabil (Pranowo, 2004). yperchem merupakan program yang secara teliti dapat digunakan untuk mengetahui struktur, stabilitas, dan sifat molekul dengan menggunakan perhitungan mekanika molekular maupun mekanika kuantum. Dalam yperchem terdapat metode sederhana untuk menghasilkan struktur molekul 3D. Terdapat 10 jenis metode semiempiris yang dapat digunakan untuk mengoptimasi geometri suatu senyawa agar diperoleh struktur yang paling stabil. Perhitungan semiempiris dapat dilakukan pada atom hidrogen sampai xenon, termasuk logam transisi. Kesepuluh metode semiempiris yang terdapat dalam program yperchem adalah Extended uckel (oleh offman), Complete eglect of Differential verlap (CD) dan Intermediate eglect of Differential verlap (ID) (oleh People dkk), Modified Intermediate eglect of Differential verlap (MID3), MD, MD/d, dan AM1 (oleh Dewar dkk), PM3 (oleh Stewart), Zerner Intermediate eglect of Differential verlap (ZID/1) dan ZID/s (oleh Zerner dkk). Selain metode semiempiris, terdapat pula metode ab initio yang dilengkapi