SKRIPSI STUDI IN SILICO GENDARUSIN A, B, C, D DAN E UNTUK PREDIKSI AKTIVITAS TERHADAP ENZIM CYP17A1 SEBAGAI AFRODISIAKA

Transkripsi

1 STUDI IN SILICO GENDARUSIN A, B, C, D DAN E UNTUK PREDIKSI AKTIVITAS TERHADAP ENZIM CYP17A1 SEBAGAI AFRODISIAKA TAUFAN NUGROHO FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS AIRLANGGA DEPARTEMEN FARMAKOGNOSI DAN FITOKIMIA SURABAYA 2014

2 STUDI IN SILICO GENDARUSIN A, B, C, D DAN E UNTUK PREDIKSI AKTIVITAS TERHADAP ENZIM CYP17A1 SEBAGAI AFRODISIAKA TAUFAN NUGROHO FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS AIRLANGGA DEPARTEMEN FARMAKOGNOSI DAN FITOKIMIA SURABAYA 2014

3 LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH Demi perkembangan ilmu pengetahuan, saya menyetujui skripsi / karya ilmiah saya, dengan judul : STUDI IN SILICO GENDARUS IN A, B, C, D DAN E UNTUK PREDIKSI AKTIVITAS TERHADAP ENZIM CYP17A1 SEBAGAI AFRODISIAKA untuk dipublikasikan atau ditampilkan di internet atau media lain yaitu Digital Library Perpustakaan Universitas Airlangga untuk kepentingan akademik sebatas sesuai dengan Undang Undang Hak Cipta. Demikian pernyataan persetujuan publikasi karya ilmiah ini saya buat dengan sebenarnya. Surabaya, 15 September 2014 Taufan Nugroho NIM :

4 SURAT PERNYATAAN Saya yang bertanda tangan dibawah ini Nama : Taufan Nugroho NIM : Fakultas : Farmasi menyatakan dengan sesungguhnya bahwa hasil tugas akhir yang s aya tulis dengan judul : STUDI IN SILICO GENDARUS IN A, B, C, D DAN E UNTUK PREDIKSI AKTIVITAS TERHADAP ENZIM CYP17A1 SEBAGAI AFRODISIAKA adalah benar benar merupakan hasil karya saya sendiri. Apabila di kemudian hari diketahui bahwa skripsi ini merupakan hasil plagiatism, maka saya bersedia menerima sangsi berupa pembatalan kelulusan dan atau pencabutan gelar yang saya peroleh. Demikian surat pernyataan ini saya buat untuk digunakan sebagaimana mestinya. Surabaya, 15 September 2014 Taufan Nugroho NIM :

5 Lembar Pengesahan STUDI IN SILICO GENDARUS IN A, B, C, D DAN E UNTUK PREDIKSI AKTIVITAS TERHADAP ENZIM CYP17A1 SEBAGAI AFRODISIAKA Dibuat Untuk Memenuhi Syarat Mencapai Gelar Sarjana Farmasi Pada Fakultas Farmasi Universita Airlangga 2014 Oleh: TAUFAN NUGROHO NIM Skripsi ini telah disetujui Tanggal 17 September 2014 oleh : Pembimbing Utama, Pembimbing Serta, Prof. Dr. Bambang P.EW.MS.,Apt Prof. Dr. Siswandono, MS., Apt, NIP NIP

6 KATA PENGANTAR Segala puji syukur saya panjatkan kehadirat Allah SWT, atas segala rahmat dan karunia-nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan sebaik-baiknya. Dengan selesainya skripsi yang berjudul STUDI IN SILICO GENDARUSIN A, B, C, D DAN E UNTUK PREDIKSI AKTIVITAS TERHADAP ENZIM CYP17A1 SEBAGAI AFRODISIAKA sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Farmasi di Fakultas Farmasi Universitas Airlangga Surabaya ini, perkenankan saya untuk mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Prof. Dr. Bambang P.EW.MS.,Apt. selaku pembimbing utama atas segala bimbingan, pengajaran, dukungan, dan saran sehingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik. 2. Prof. Dr. Siswandono, MS., Apt selaku pembimbing serta atas waktu, bimbingan, pengajaran, dukungan dan saran kepada saya dalam menyusun dan menyelesaikan skripsi ini. 3. Dr. Idha Kusumawati, M.Si dan Neny Purwitasari, S.Farm., M.Sc selaku dosen penguji atas setiap saran, masukan dan bimbingan yang bermanfaat dalam memperbaiki skripsi ini. 4. Prof. Dr. H. Purwanto, Apt. selaku dosen wali atas perhatian, bimbingan, dukungan dan semangat yang diberikan selama saya menempuh pendidikan di Fakultas Farmasi Universitas Airlangga. 5. Rektor Universitas Airlangga, Prof. Dr. H. Fasich, Apt. dan Dekan Fakultas Farmasi Universitas Airlangga, Dr. Hj. Umi Athijah, Apt, M.S, yang telah memberikan segala fasilitas selama menjalani vii

7 pendidikan maupun melakukan penelitian di Fakultas Farmasi Universitas Airlangga. 6. Kepala dan staf Departemen Farmakognosi dan Fitokimia, Departemen Kima Analisis Fakultas Farmasi Universitas Airlangga Surabaya yang telah memberi kesempatan untuk menggunakan sarana selama penelitian. 7. Semua dosen dan staf pengajar di Fakultas Farmasi Universitas Airlangga yang telah mendidik dan mengajarkan ilmu pengetahuan selama saya menempuh pendidikan sarjana di Universitas Airlangga Universitas Airlangga. 8. Keluarga besar, orang tua, kakak dan adik saya atas semua dukungan, semangat, kasih sayang dan doa yang selalu diberikan kepada saya. 9. Seluruh tim skripsi gendarusa 2014, Ahmad Syaifuddin, Wafi Mubarok dan Ega Widya Prayogo terima kasih atas dukungan dan semangat yang diberikan selama ini. 10. Teman-teman kelas A 2010, terima kasih atas semangat, doa dan dukungan yang selalu diberikan. 11. Teman-teman kontrakan kertajaya 9B no 11 Surabaya, terima kasih atas semangat, dan dukungan yang selalu diberikan. Saya berharap skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi setiap Farmasis, Tenaga medis, mahasiswa dan berbagai pihak yang memiliki minat di bidang Farmakognosi dan fitokimia. Surabaya, 15 September 2014 viii Penulis

8 RINGKASAN STUDI IN SILICO GENDARUS IN A, B, C, D DAN E UNTUK PREDIKSI AKTIVITAS TERHADAP ENZIM CYP17A1 SEBAGAI AFRODISIAKA TAUFAN NUGROHO Dari hasil penelitian diketahui bahwa dalam fraksi n-butanol gandarusa terdapat 12 komponen flavonoid dengan komponen mayor 6,8- di-α-l-arabinopiranosil-4,5,7-trihidroksiflavon, yang kemudian dikenal dengan gendarusin A, salah satu bahan anti fertilitas. Selain gendarusin A, masih ada komponen lainnya antara lain gendarusin B, gendarusin C, gendarusin D dan gendarusin E yang telah diketahui strukturnya. Senyawa senyawa tersebut masuk dalam golongan flavonoid yang memiki dua gugus gula yang terikat pada atom C nomor 6 dan atom C nomor 8. Dari monitoring efek samping obat kontrasepsi Justicia gendarussa Burm. f, menyatakan bahwa obat kontrasepsi Justicia gendarussa Burm. f memiliki efek samping yaitu peningkatan libido. Penelitian ini bertujuan untuk memprediksi aktivitas afrodisiak dari kelima senyawa gendarusin tersebut dengan menggunakan program molegro dan menentukan Hubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas antara sifat fisikokimia dari senyawa turunan gendarusin dengan prediksi aktivitasnya secara in silico. Dengan metode uji in silico yang memanfaatkan teknologi komputasi, dapat diketahui interaksi antara senyawa turunan gendarusin dengan reseptor 3RUK seperti ikatan hidrogen dan ikatan van der waals. Selain itu juga didapatkan nilai rerank score atau energi ikatan yang merupakan perhitungan total dari semua ikatan yang ada. Semakin kecil atau semakin minus nilai energi ikatan berarti ikatan tersebut semakin stabil. Semakin stabil ikatan ligan dengan reseptor maka dapat diprediksikan bahwa aktivitasnya juga semakin besar. Bisa dikatakan bahwa energi ikatan mempunyai hubungan linier dengan besarnya aktivitas suatu ligan. Dari hasil docking didapatkan nilai rerata rerank score gendarusin A sebesar , gendarusin B sebesar , gendarusin C sebesar , gendarusin D sebesar dan gendarusin E sebesar Pada gendarusin D dan gendarusin E tidak ada interaksi dengan Ser441 yang bertindak sebagai sisi aktif modulator dari reseptor 3RUK walaup un memiliki rerank score yang cukup tinggi. Namun pada gendarusin A, B dan C memiliki interaksi dengan Ser441. Dari hasil tersebut bisa dikatakan ix

9 bahwa gendarusin A, B dan C memiliki prediksi aktivitas sebagai afrodisiak. Pada Hubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas, nilai parameter lipofilik dan sterik dari senyawa turunan gendarusin sama sehingga tidak bisa dilakukan pengolahan data, hanya bisa menggunakan parameter elektronik seperti ikatan hidrofobik, ikatan hidrogen dan ikatan van der waals. Nilai nilai parameter elektronik tersebut diolah menggunakan program SPSS dan telah didapatkan 3 persamaan regresi. Terdapat hubungan linier antara aktivitas in silico dengan parameter elektronik yang dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut : Log A = vdw (n=5; r = 0.998; s = ; F = ; Sig. = 0.000) x

10 ABSTRACT IN SILICO STUDY OF GENDARUSIN A, B, C, D AND E FOR THE PREDICTION OF ACTIVITY TO CYP17A1 ENZYME AS APHRODIS IAC TAUFAN NUGROHO 12 flavonoid compounds are found in n-butanol fraction of Justicia gendarusa Burm.f. However, only five of them have been structurally identified namely gendarusin A, B, C, D and E. These compounds are found in male contraception made from Justicia gendarusa Burm.f. whose one of the side effects is the increase in libido. This study aims to investigate the aphrodisiac activity of Gendarusin A, B, C, D and E as well as to investigate the quantitative relationship of structure-activity. The method used in this study was in silico using Molegro Virtual Docker and SPSS programs. The results of Molegro program showed the interaction between ligand and receptor as well as the rerank score which was the calculation of the total bonds. Docking was conducted to these five gendarusin compounds on the CYP17A1 enzyme (PDB ID: 3RUK). In the quantitative relationship of Structure-Activity, only the electronic parameters would be processed using SPSS program since the value of lipophilic and derivative steric parameters of gendarusin were equal. The electronic parameters to be analyzed were hydrophobic bond, van der waals bond and hydrogen bond. Upon the docking, Gendarusin A, B and C were predicted to have aphrodisiac activity. Gendarusin C had the highest activity. There was a linear correlation between in silico activity and electronic parameters stated in the following equation : Log A = vdw (n=5; r = 0.998; s = ; F = ; Sig. = 0.000) The equation expresses that the electronic parameters have a meaningful linear correlation with the activity of gendarusin as aphrodisiac. Keywords : in silico, docking, gendarusin, aphrodisiac activity, QSAR xi

11 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... vii RINGKASAN... ix ABSTRACT... xi DAFTAR ISI... xii DAFTAR TABEL... xvi DAFTAR GAMBAR... xvii DAFTAR LAMPIRAN xix DAFTAR SINGKATAN... xxi BAB I. PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 7 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA Tinjauan Tentang Marga Justicia Kegunaan Kandungan Tinjauan Tentang Justicia gendarussa Burm. f Klasifikasi Justicia gendarussa Burm. f Morfologi Tanaman Penyebaran dan tempat tumbuh Kandungan Tanaman Kegunaan Tanaman Tinjauan Tentang Flavonoid Flavonoid O-Glikosida Flavonoid C-Glikosida xii

12 2.4. Tinjauan Tentang Enzim Sitokrom P450 17A Tinjauan Tentang Afrodisiak Tinjauan Tentang Dehidroepiandosteron Biosintesis Dehidroepiandosteron Tinjauan Tentang In silico Ligand Based Methode Tinjauan Tentang Interaksi Obat-Reseptor Tinjauan Tentang Ikatan Kimia Ikatan Kovalen Ikatan Ionik Ikatan Hidrogen Ikatan Van der Waal s Ikatan Hidrofob Interaksi Ion-Dipol dan Dipol-Dipol Transfer Muatan Hubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas Model Pendekatan HKSA Free Wilson Model Pendekatan HKSA Hansch Parameter Sifat Kimia Fisika dalam HKSA Model Hansch... BAB III. KERANGKA KONSEPTUAL Uraian Kerangka Konseptual Hipotesis Skema Kerangka Konseptual BAB IV. METODOLOGI PENELITIAN Bahan dan Alat Metodologi Penelitian xiii 49

13 Pembuatan struktur ligan 2 dan 3-dimensi Penentuan sifat kimia-fisika senyawa ligan Preparasi struktur protein 3-D Docking dan Analisis Asam Amino Pengaturan docking Analisis Hubungan Kuantitatif Struktur dan Aktivitas Analisi Data Skema Kerja Penentuan Sifat Kimia Fisika Ligan Preparasi Ligan dalam bentuk 3D Docking dengan Menggunakan Molegro Virtual Docker Analisis Hubungan Kuantitatif Struktur dan Aktivitas 63 BAB V. HASIL PENGAMATAN Struktur 2D Senyawa Gendarusin Struktur 3D Senyawa Gendarusin dan Perhitungan Energi Minimal Docking dan Analisis Asam Amino Protein Penentuan cavity Hasil docking Ligan kontrol (abiraterone) Gendarusin A Gendarusin B Gendarusin C Gendarusin D xiv 68

14 Gendarusin E Perbandingan Nilai Rerank Score dan Asam Amino yang Terlibat Hubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas Senyawa Turunan Gendarusin Persamaan regresi hubungan kuantitatif struktur-aktivitas 80 BAB VI. PEMBAHASAN BAB VII. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xv

15 DAFTAR TABEL Tabel Halaman II.1 Kandungan senyawa kimia pada beberapa tanaman spesies dari 9 Justicia. II.2 Beberapa Ion Anorganik sebagai Kofaktor untuk Enzim II.3 Beberapa koenzim sebagai Pembawa Atom Spesifik atau Gugus 27 Fungsional... II.4 Klasifikasi Enzim menurut kesepakatan Internasional V.1 V.2 V.3 V.4 V.5 V.6 V.7 V.8 Nilai parameter sifat fisika kimia senyawa gendarusin Nilai energi minimal(kcal/mol) dari senyawa turunan gendarusin 67 Hasil docking antara Abiraterone dengan 3RUK 71 Hasil docking antara gendarusin A dengan 3RUK. 72 Hasil docking antara gendarusin B dengan 3RUK.. 73 Hasil docking antara gendarusin C dengan 3RUK.. 74 Hasil docking antara gendarusin D dengan 3RUK. 75 Hasil docking antara gendarusin E dengan 3RUK.. 76 V.9 Residu asam amino enzim Sitokrom P450 17A1 yang terlibat dalam interaksi ligan dengan reseptor.. V.10 V.11 V.12 Nilai rerank score dari kelima senyawa turunan gendarusin.. 78 Nilai parameter sifat fisika kimia senyawa gendarusin Nilai parameter elektronik senyawa gendarusin. 79 V.13 Persamaan regresi hubungan kuantitatif struktur-aktivitas xvi

16 DAFTAR GAMBAR Gambar Halaman 2.1 Tanaman Justicia gendarussa Burm f Struktur molekul alkaloid dalam daun J. Gendarussa Struktur molekul Alkaloid daun Justicia gendarussa Burm.f senyawa gendarusin kelompok flavonoid yang 23 ditemukan pada daun Justicia gendarussa Burm.f Penomoran untuk struktur inti flavonoid Kurva antara konsentrasi enzim (E) dengan Kecepatan reaksi katalisis (V) pada reaksi enzim 30 katalisis Jalur biosintesis steroidal prinsip bioaktif afrodisiak Jalur Steroidogenesis Gugus kation pada asam amino arginin Ikatan Ion Ikatan hidrogen antara basa komplementer guanin dan sitosin dalam DNA... Bentuk siklik metadon yang diakibatkan oleh interaksi dipol-dipol Interaksi melalui transfer muatan Alur Kerangka Konseptual Bagan prosedur penentuan sifat fisika kimia menggunakan ChemBioDraw Ultra Bagan prosedur preparasi ligan dalam bentuk 3D Bagan prosedur docking menggunakan MVD bagan prosedur analisis HKSA Struktur 2D senyawa turunan Gendarusin Struktur a) 3D Gendarusin A, b) 2D Gendarusin A 66 xvii

17 5.3 Struktur a) 3D Gendarusin B, b) 2D Gendarusin B Struktur a) 3D Gendarusin C, b) 2D Gendarusin C Struktur a) 3D Gendarusin D, b) 2D Gendarusin D Struktur a) 3D Gendarusin E, b) 2D Gendarusin E Sitokrom P450 17A cavity pada Enzim Sitokrom P450 17A Cavity nomor 1 pada reseptor 3RUK tampilan a) 3D dan b) 2D ikatan hidrogen antara abiraterone dengan 3RUK 71 tampilan a) 3D dan b) 2D ikatan hidrogen antara gendarusin A dengan 3RUK tampilan a) 3D dan b) 2D ikatan hidrogen antara gendarusin B dengan 3RUK tampilan a) 3D dan b) 2D ikatan hidrogen antara gendarusin C dengan 3RUK 74 tampilan a) 3D dan b) 2D ikatan hidrogen antara gendarusin D dengan 3RUK 75 tampilan a) 3D dan b) 2D ikatan hidrogen antara gendarusin E dengan 3RUK 76 xviii

18 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran Halaman Lampiran 1 Program ChemBioDraw Ultra Gambar L.1 Tampilan Program ChemBioDraw Ultra Lampiran 2 Gambar struktur 2D senyawa gendarusin dan sifat fisika kimia Gambar L.2 Gambar L.3 Gambar L.4 Gambar L.5 Struktur 2D senyawa gendarusin A dan sifat fisika kimia... Struktur 2D senyawa gendarusin B dan sifat fisika kimia... Struktur 2D senyawa gendarusin C dan sifat fisika kimia... Struktur 2D senyawa gendarusin D dan sifat fisika kimia... Gambar L.6 Struktur 2D senyawa gendarusin E dan sifat fisika 97 kimia... Lampiran 3 Program ChemBio 3D Ultra Gambar L.7 Tampilan Program ChemBio 3D Ultra Lampiran 4 Energi minimal dan gambar 3D dari gendarusin A, B, C, D, dan E.. 99 Gambar L.8 Energi minimal dan gambar 3D gendarusin A Gambar L.9 Energi minimal dan gambar 3D gendarusin B Gambar L10 Energi minimal dan gambar 3D gendarusin C Gambar L11 Energi minimal dan gambar 3D gendarusin D Gambar L12 Energi minimal dan gambar 3D gendarusin E 105 Lampiran 5 Program Molegro Virtual Docker Gambar L13 Tampilan Program Molegro Virtual Docker Lampiran 6 Posisi gendarusin A, B, C, D dan E pada cavity nomor 1 reseptor 3RUK. xix 107

19 Gambar L14 Posisi a) gendarusin A, b) gendarusin B, c) gendarusin C, d) gendarusin D dan e) gendarusin E pada cavity nomor 1 reseptor 3RUK.. Lampiran 7 Nilai Rerank Score pada gendarusin Gambar L15 Nilai Rerank Score gendarusin A pada a) replikasi 1, b) replikasi 2 dan c) replikasi 3... Gambar L16 Nilai Rerank Score gendarusin B pada a) replikasi 1, b) replikasi 2 dan c) replikasi 3... Gambar L17 Nilai Rerank Score gendarusin C pada a) replikasi 1, b) replikasi 2 dan c) replikasi 3 Gambar L18 Nilai Rerank Score gendarusin D pada a) replikasi 1, b) replikasi 2 dan c) replikasi 3... Gambar L19 Nilai Rerank Score gendarusin E pada a) replikasi 1, b) replikasi 2 dan c) replikasi Lampiran 8 Ligand energy Inspector pada senyawa gendarusin Gambar L20 Lampiran 9 Tabel L.1 Tabel L.2 Tabel L.3 Nilai energy masing masing ikatan pada senyawa a) gendarusin A, b) gendarusin B, c) gendarusin C, d) gendarusin D, e) gendarusin E. Persamaan Regresi Hubungan Kuantitatif Struktur- Aktivitas... Pengolahan persamaan regresi Regresi linier parameter elektronik ikatan hidrofobik dengan program SPSS.. Pengolahan persamaan regresi Regresi linier parameter elektronik ikatan van der waals dengan program SPSS Pengolahan persamaan regresi Regresi linier parameter elektronik ikatan hidrogen dengan program SPSS xx

20 DAFTAR SINGKATAN DHEA HKSA IUPAC KB MVD PDB RSMD CYP17A1 P450C17 ES ED cgmp SSP NMDA GABA ACC StAR LFER : Dehidroepiandrosterone : Hubungan Kuantitatif Struktur Aktifitas : International Union of Pure and Applied Chemistry : Keluarga Berencana : Molegro Virtual Docker : Protein Data Bank : Root mean Squre Deviation : Sitokrom P450 17A1 : Sitokrom P450 17A1 : Enzim-Substrat : Erectile Disfunction : Cyclic guanosine monophosphate : Sistem saraf pusat : N-Methyl-D-aspartic acid : ɣ-amino butyric acid : anterior corteks cingulated : Steroidogenik acute regulatory : Linier free energy relationship xxi