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

Transkripsi

1 1 UBUGA KUATITATIF STRUKTUR-AKTIVITAS SEYAWA VIKADIFRMIA DA TURUAYA SEBAGAI SEYAWA ATIMALARIA BERDASARKA PARAMETER TERETIS ASIL PERITUGA SEMIEMPIRIS PM3 (PARAMETERIZED MDEL 3) SKRIPSI Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Farmasi (S.Farm.) Program Studi Ilmu Farmasi leh : ugraha Adi artantyo IM : FAKULTAS FARMASI UIVERSITAS SAATA DARMA YGYAKARTA 2007 i

2 1 UBUGA KUATITATIF STRUKTUR-AKTIVITAS SEYAWA VIKADIFRMIA DA TURUAYA SEBAGAI SEYAWA ATIMALARIA BERDASARKA PARAMETER TERETIS ASIL PERITUGA SEMIEMPIRIS PM3 (PARAMETERIZED MDEL 3) SKRIPSI Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Farmasi (S.Farm.) Program Studi Ilmu Farmasi leh : ugraha Adi artantyo IM : FAKULTAS FARMASI UIVERSITAS SAATA DARMA YGYAKARTA 2007 ii

3 1 UBUGA KUATITATIF STRUKTUR-AKTIVITAS SEYAWA VIKADIFRMIA DA TURUAYA SEBAGAI SEYAWA ATIMALARIA BERDASARKA PARAMETER TERETIS ASIL PERITUGA SEMIEMPIRIS PM3 (PARAMETERIZED MDEL 3) leh: ugraha Adi artantyo IM : Skripsi ini telah disetujui oleh Pembimbing I (Drs. Iqmal Tahir, M.Si.) tanggal... Pembimbing II (Drs. Mulyono, Apt.) tanggal... iii

4 iv 1

5 1 PERSEMBAA Segala sesuatu mungkin bagi orang yang percaya Markus 9:23 Menjadi laki-laki adalah masalah kelahiran Menjadi pria sejati adalah masalah pilihan Kupersembahkan karya ini untuk Tuhan yang Mengasihiku, Ibu-Bapakku, ungkapan rasa hormat dan baktiku Kakakku dan Kekasihku serta Almamaterku v

6 1 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 PM3 (Parameterized Model 3). 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

7 1 6. Bapak Enade Perdana Istyastono, S.F., Apt. selaku dosen yang turut membantu dan memberi masukan selama penelitian dan penyusunan skripsi. 7. Bapak Aman Soepardi dan Ibu Khatarina Sri ardatyani tersayang, kedua orang tua yang telah memberikan doa restu dan dukungan moral bagi penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. 8. Mas Wied dan Pakde Bambang, kedua pakde beserta keluarganya yang telah memberikan doa restu dan dukungan bagi penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. 9. Mba Mazi, Mas va, Mba ovi, dan Mba inin, kakak-kakak tercinta yang memberikan dukungan moral dan finansial selama penyusunan skripsi. 10. Tyas Ayu Puspita yang selalu menemani, memberi dukungan dengan setia, sabar, dan penuh kasih sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Terima kasih untuk semuanya. 11. Dominika Anny Yanuarti dan Ariyanto, teman-teman seperjuangan yang bersama-sama mengalami jatuh bangun selama proses penyusunan skripsi. Menjalani skripsi bersama kalian adalah pengalaman yang sangat berharga. 12. 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. 13. Teman-teman UP2U dimanapun kalian berada, Albert, Gaband, eri Boy, Risma, Grace, Bobo, Dewi, Ari, Lolo, Lulu, Rio, Kurniawan, Urip, anick, dan Titiek yang selalu memberikan semangat bagi penulis selama proses penyusunan skripsi. vii

8 1 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

9 ix 1

10 1 ITISARI Malaria telah dikenal sebagai salah satu penyebab kematian di daerah beriklim tropis, salah satunya adalah di Indonesia. Pengobatan pada orang yang terkena malaria telah banyak dilakukan, umumnya menggunakan berbagai jenis obat sintetik seperti klorokuin atau meflokuin, fenantrolin-1,10, turunan primakuin atau artemisinin. Untuk menanggulangi terjadinya resistensi dari obatobat tersebut, maka perlu dilakukan pengembangan dan desain senyawa antimalaria baru, salah satunya dengan metode analisis ubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas (KSA). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui KSA senyawa vinkadiformina dan turunannya yang telah diketahui memiliki aktivitas antimalaria yang dinyatakan dalam log 1/IC 50. IC 50 merupakan konsentrasi efektif untuk menghambat pertumbuhan parasit malaria sebanyak 50%. Penelitian ini menggunakan rancangan eksperimental kuasi. Sebagai variabel bebas digunakan deskriptor elektronik, sterik, dan hidrofobisitas yang berjumlah 17. Sebagai variabel tergantung digunakan aktivitas antimalaria dalam bentuk log 1/IC 50. Data parameter teoretis diperoleh dengan perhitungan semiempiris PM3 (Parameterized Model 3) menggunakan program komputer yperchem Pro ver.6.0. Data parameter teoretis (deskriptor) diolah secara statistik menggunakan analisis regresi multivariat metode backward dengan program SPSS 11.0 for Windows. Analisis statistik yang dilakukan menghasilkan 7 model persamaan KSA. Model persamaan 5 merupakan KSA terbaik yang diperoleh berdasarkan kriteria statistik, yaitu : Log 1/IC 50 = 10,5159(qC 1 ) - 32,2812(qC 4 ) + 16,50897(qC 5 ) + 5,614975(qC 7 ) + 55,00465(qC 9 ) + 0,95489(log P) - 0,3535( ) + 0,01024(M) - 0,0388(µ) - 0,37543(ΔE) + 15,62413 Model persamaan tersebut dapat digunakan untuk memprediksikan aktivitas antimalaria senyawa-senyawa baru turunan vinkadiformina. Kata kunci: KSA, antimalaria, vinkadiformina, PM3 x

11 1 ABSTRACT Malaria has been known as one of the causes of death in the tropical area, such as in Indonesia. Medication for people who suffered from malaria has been done. Generally, it used some of synthetic drugs such as chloroquin or mefloquin, phenanthrolyn-1,10, derivates of primaquin or arthemisinin. To overcome the resistance from those drugs, it needs to develop and design the new antimalarial substances using Quantitative Structure and Activity Relationship (QSAR) method for the example. The goal of this research is 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 malaria plasmodia s growth. This research uses quasi experimental design. Seventeen electronic, steric, and hydrophobicities descriptor were used as independent variabel. Antimalarial activity (log 1/IC 50 ) was used as dependent variabel. Theoritical parameter data were obtained by PM3 (Parameterized Model 3) semiempirical calculation from yperchem Pro ver.6.0 computer programme. Theoritical parameter data (descriptor) were analysed statistically using multivariate linear regression backward method by SPSS 11.0 for Windows programme. That statistic analysis results 7 QSAR equation models. The fifth equation model is the best quantitative relationship between structure and activity based on statistic criteria, with was represented i.e. Log 1/IC 50 = (qC 1 ) (qC 4 ) (qC 5 ) (qC 7 ) (qC 9 ) (log P) ( ) (M) (µ) (ΔE) That equation model could be used to predict antimalarial activity of the new vincadifformine derivates. Key words : QSAR, antimalarial, vincadifformine, PM3 xi

12 1 DAFTAR ISI ALAMA SAMPUL... i ALAMA JUDUL... ii ALAMA PERSETUJUA PEMBIMBIG... iii ALAMA PEGESAA... iv ALAMA PERSEMBAA... v PRAKATA... vi PERYATAA KEASLIA KARYA... ix ITISARI... x ABSTRACT... xi DAFTAR ISI... xii DAFTAR TABEL... xv DAFTAR GAMBAR... xvi DAFTAR LAMPIRA... xviii DAFTAR SIGKATA DA ARTI LAMBAG... xix BAB I PEGATAR... 1 A. Latar Belakang... 1 B. Permasalahan... 4 C. Manfaat Penelitian... 4 D. Keaslian Penelitian... 5 E. Tujuan Penelitian... 5 BAB II PEELAAA PUSTAKA... 7 A. Malaria... 7 xii

13 1 B. Pengelompokan Senyawa Antimalaria C. Mekanisme Kerja Senyawa Antimalaria D. Vinkadiformina E. ubungan Kuantitatif Struktur dan Aktivitas F. Kimia Komputasi G. Metode PM Analisis Statistik I. Keterangan Empiris BAB III METDLGI PEELITIA A. Jenis dan Rancangan Penelitian B. Variabel dan Definisi Variabel C. Bahan dan Alat Penelitian Bahan Alat D. Tata Cara Penelitian ptimasi geometri struktur senyawa vinkadiformina dan turunannya dengan metode PM Perhitungan sifat fisika kimia molekul senyawa vinkadiformina dan turunannya E. Analisa Data dan asil Analisis regresi multivariat Analisis kriteria statistik model persamaan matematis xiii

14 1 BAB IV ASIL DA PEMBAASA A. ptimasi Geometri Senyawa Vinkadiformina dan Turunannya dengan Metode PM B. Perhitungan Sifat Fisika Kimia Senyawa Vinkadiformina dan Turunannya C. Analisis ubungan Kuantitatif Struktur Aktivitas Senyawa Vinkadiformina dan Turunannya D. Makna Model Persamaan Terbaik E. Strategi Rancangan Molekul Senyawa Antimalaria Baru Menggunakan Model Persamaan Terbaik BAB V KESIMPULA DA SARA A. Kesimpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRA BIGRAFI PEULIS xiv

15 1 DAFTAR TABEL I. Struktur senyawa vinkadiformina dan turunannya II. Data aktivitas (log 1/IC 50 ) senyawa vinkadiformina dan turunannya III. Deskriptor-deskriptor yang dihitung menggunakan metode PM IV. Deskriptor-deskriptor yang terlibat di dalam model persamaan V. ilai-nilai parameter statistik untuk mengeliminasi model persamaan.. 55 VI. ilai aktivitas prediksi yang dihitung dengan model persamaan 5 dan dibandingkan dengan aktivitas eksperimen VII. ilai koefisien dan nilai mutlak koefisien masing-masing parameter pada persamaan VIII. Struktur senyawa hipotetik turunan vinkadiformina IX. Data aktivitas (log 1/IC 50 ) senyawa hipotetik turunan vinkadiformina.. 70 X. ilai log P senyawa hasil penelitian Mustofa, senyawa hipotetik turunan vinkadiformina, dan klorokuin xv

16 1 DAFTAR GAMBAR 1. Siklus perkembangan parasit malaria Struktur kuinakrin Cl Struktur dasar senyawa 4-aminokuinolin Struktur klorokuin Struktur dasar senyawa 8-aminokuinolin Struktur primakuin a. Struktur proguanil b. Struktur sikloguanil Struktur pirimetamin a. Struktur kuinin b. Struktur kuinidin a. Struktur sulfadoksin b. Struktur dapson Mekanisme aksi klorokuin pada tingkat molekular Struktur senyawa vinkadiformina Struktur senyawa vinkadiformina dengan penomeran atom tidak mengikuti kaidah tatanama senyawa dan hanya digunakan untuk penelitian ini saja Kerangka struktur senyawa vinkadiformina dan turunannya. Penomoran atom tidak mengikuti kaidah tatanama senyawa dan hanya digunakan untuk pemodelan pada penelitian ini Model stick & ball senyawa vinkadiformina sebelum xvi

17 1 optimasi geometri Model stick & ball senyawa vinkadiformina sesudah optimasi geometri Grafik PRESS pada persamaan Daerah sensitif senyawa turunan vinkadiformina a. Struktur indol b. Cincin kuinolin xvii

18 1 DAFTAR LAMPIRA 1. ilai-nilai parameter elektronik hasil perhitungan semiempiris PM ilai-nilai parameter sterik dan hidrofobik hasil perhitungan semiempiris PM Model summary hasil perhitungan metode backward menggunakan SPSS 13.0 for Windows AVA hasil perhitungan metode backward menggunakan SPSS 13.0 for Windows Koefisien hasil perhitungan metode backward menggunakan SPSS 13.0 for Windows ilai-nilai parameter elektronik, sterik dan hidrofobik hasil perhitungan semiempiris PM3 senyawa hipotetik turunan vinkadiformina xviii

19 1 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: Refraktivitas 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 xix

20 1 BAB I PEGATAR A. Latar Belakang Malaria merupakan salah satu penyakit menular yang masih memerlukan perhatian khusus (Dewi, 2002). Peningkatan insiden malaria di beberapa daerah tertentu terutama di Indonesia Bagian Timur disebabkan antara lain: Plasmodium falciparum telah resisten terhadap beberapa obat antimalaria, ditemukannya P. vivax resisten klorokuin, dan belum tersedianya vaksin yang efektif (Taylor, 2004). Resistensi dapat disebabkan karena pemakaian obat yang tidak tepat, sebagai contoh, penderita tidak menyelesaikan suatu rancangan pengobatan, dan pemakaian obat yang berlebihan atau tidak sesuai dosis yang telah ditetapkan. Di antara keempat spesies Plasmodia manusia, kasus malaria P. falciparum tampaknya lebih dominan dan juga merupakan penyebab malaria berat yang banyak menimbulkan kematian. Di Indonesia dilaporkan terdapat fokus-fokus P. falciparum resisten terhadap klorokuin pada 26 propinsi, resisten terhadap sulfadoksin-pirimetamin pada 3 propinsi, dan resisten terhadap meflokuin pada dua propinsi (Tjitra, 1993). Pengobatan malaria merupakan salah satu upaya dalam rangkaian kegiatan program pemberantasan. Keberhasilan pengobatan untuk penyembuhan maupun pencegahan tergantung apakah obat itu ideal, diminum secara teratur sesuai dengan jadwal pengobatan dan takaran yang telah ditetapkan. bat antimalaria yang ideal adalah obat yang mempunyai efek terhadap semua jenis dan stadia xx 1

21 21 parasit, menyembuhkan infeksi akut maupun laten, cara pemakaian mudah, harganya terjangkau oleh seluruh lapisan penduduk dan mudah diperoleh, efek samping ringan dan toksisitas rendah. Sampai saat ini belum ada obat antimalaria yang ideal (Tjitra, 1993). Pengembangan pengobatan malaria diperlukan untuk memperoleh obat yang ideal, mengatasi masalah resistensi, dan untuk membantu menanggulangi masalah malaria di dunia. Dasar pengembangan pengobatan malaria adalah dengan meningkatkan atau memperbaiki efikasi pengobatan malaria tanpa komplikasi yaitu dengan mengembangkan kombinasi atau regimen obat antimalaria yang tersedia di Indonesia atau dengan mempersiapkan obat antimalaria baru dan mencari obat antimalaria baru alternatif yang efektif sebagai obat penyelamat untuk pengobatan malaria dengan komplikasi (Taylor, 2004). Senyawa vinkadiformina merupakan hasil isolasi dari ekstrak tanaman A. pyrifolium dan A. megalocarpon yang merupakan tanaman tradisional sebagai obat antimalaria dari Amerika (Mustofa, 2001). Vinkadiformina telah berhasil diuji aktivitasnya oleh Mustofa (2001) 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 pengujian aktivitas antimalaria vinkadiformina dan turunannya, membuka jalan bagi pengembangan dan desain senyawa turunan vinkadiformina sebagai antimalaria baru. xxi

22 31 Pengembangan dan desain senyawa antimalaria baru dapat dilakukan dengan berbagai metode, salah satunya adalah analisis ubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas (KSA). Metode ini dapat mengurangi faktor trial and error dalam sintesis obat baru, fokus pada sintesis obat baru serta mencapai efisiensi waktu dan biaya. Selain itu, kajian KSA dapat memberikan informasi maksimum dari molekul obat baru dengan dana yang lebih sedikit (Foye, 1981). Analisis KSA vinkadiformina dan turunannnya telah 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 Models 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 yaitu log 1/IC 50. Log 1/IC 50 menyatakan log konsentrasi yang dapat menghambat pertumbuhan plasmodia sebesar 50%. Penelitian ini juga dilakukan untuk memperoleh hubungan kuantitatif antara struktur dan aktivitas 16 senyawa vinkadiformina dan turunannya yang telah diuji aktivitasnya terhadap P. falciparum yang sensitif terhadap klorokuin (sel igerian), oleh Mustofa. Berbeda dengan yang telah dilakukan oleh Tahir dkk., penelitian ini menggunakan metode semiempiris Parameterized Models 3 xxii

23 41 (PM3) yang diharapkan akan 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. Metode PM3 dipilih karena merupakan metode perbaikan dari metode sebelumnya yaitu Modified eglect of Diatomic verlap (MD) dan AM1 yang dapat memprediksikan sifat fisika kimia suatu senyawa dengan ketepatan yang lebih baik karena telah mengalami reparameterisasi. PM3 berbeda dari metode AM1 hanya pada nilai parameter yang digunakan. Metode PM3 digunakan untuk menghitung semua parameter secara bersamaan, dan melibatkan ratusan data dari basis set yang lebih banyak daripada metode lain. PM3 memiliki set parameter-parameter terbaik untuk data eksperimen. B. 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 PM3? 2. Bagaimana rancangan struktur senyawa hipotetik turunan vinkadiformina yang mempunyai aktivitas antimalaria berdasarkan persamaan terbaik yang diperoleh dari hasil analisis KSA? xxiii

24 51 C. Manfaat Penelitian 1. Manfaat Teoretis Penelitian ini diharapkan dapat memperkaya ilmu pengetahuan dalam kefarmasian, terutama dalam bidang kimia medisinal dan kimia komputasi. 2. Manfaat Praktis Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai hubungan antara struktur dan aktivitas senyawa vinkadiformina dan turunannya sehingga dapat dijadikan pedoman dalam penemuan senyawa antimalaria baru. D. Keaslian Penelitian Penelitian mengenai hubungan kuantitatif struktur-aktivitas senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai antimalaria telah dilakukan oleh Tahir dkk. (2005). Dalam penelitian ini digunakan 16 senyawa vinkadiformina dan turunannya beserta data IC 50 yang sama dengan penelitian Tahir, dkk. (2005). Pendekatan KSA dilakukan menggunakan metode semiempiris PM3 dalam menghitung parameter teoretis struktur senyawa vinkadiformina dan turunannya hingga ditemukan model persamaan terbaik. E. 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 PM3. xxiv

25 61 2. Penelitian ini bertujuan untuk merancang struktur senyawa hipotetik turunan vinkadiformina yang mempunyai aktivitas antimalaria berdasarkan persamaan terbaik yang diperoleh dari hasil analisis KSA. xxv

26 71 BAB II PEELAAA PUSTAKA A. Malaria Malaria merupakan infeksi yang penting dengan tanda-tanda khas yaitu demam, anemia, spelenomegali dan sering dengan komplikasi yang serius atau fatal. Disebabkan oleh protozoa dari genus Plasmodium yang termasuk kelas Sporozoa dan empat spesies yang umum ditemukan pada manusia, yaitu Plasmodium vivax, P. malariae, P. falciparum, dan P. ovale (Yamaguchi, 1992). 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). Semua jenis malaria ditularkan oleh nyamuk dari genus Anopheles, dan adalah penyakit yang ganas diiringi dengan demam yang tinggi dan anemia. Parasit malaria mengalami siklus aseksual dalam tubuh manusia dan siklus seksual dalam nyamuk. leh sebab itu nyamuk dan manusia merupakan hospes terakhir dan hospes perantara, untuk parasit malaria (Yamaguchi, 1992). xxvi

27 81 masuk melalui gigitan nyamuk osit pecah osit tumbuh pada dinding lambung Sporozoit pada kelenjar ludah Sporozoit Mature Gametosid betina Schizont jaringan primer Schizont jaringan sekunder/laten (P.vivax dan P.ovale) Schizont dikembangkan dalam sel hati Merozoit masuk ke sel darah merah fertilisasi Gametosid betina Immature Gametosid betina osit zigot masuk ke sel darah merah Merozoit okinet Eksflagelasi Immature Gametosid jantan 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 parasit malaria (Siswandono dan Soekardjo, 1995) Siklus perkembangan parasit malaria dalam nyamuk Anopheles dan tubuh manusia serta tempat kerja obat antimalaria dapat dilihat pada gambar 1. Ketika nyamuk Anopheles betina (yang mengandung parasit malaria) menggigit manusia, akan keluar sporozoit dari kelenjar ludah nyamuk masuk ke dalam darah dan jaringan hati. Dalam siklus hidupnya parasit malaria membentuk stadium schizont jaringan dalam sel hati (stadium eksoeritrositik). Setelah sel hati pecah, akan xxvii

28 91 keluar merozoit yang masuk ke eritrosit membentuk stadium schizont dalam eritrosit (stadium eritrositik). Di situ mulai terbentuk tropozoit muda sampai schizont tua atau matang sehingga eritrosit pecah dan keluar merozoit (Silalahi, 2004). 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 menggigil (DiPalma, 1990). Sebagian besar merozoit masuk kembali ke eritrosit dan sebagian kecil membentuk gametosit jantan dan betina yang siap untuk diisap nyamuk malaria betina dan melanjutkan siklus hidupnya di tubuh nyamuk (stadium sporogoni) (Silalahi, 2004). Di dalam lambung nyamuk, terjadi perkawinan antara sel gamet jantan (mikro gamet) dan sel gamet betina (makro gamet) yang disebut zigot (Silalahi, 2004). 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). Khusus P. vivax dan P. ovale pada siklus parasitnya, di jaringan hati (schizont jaringan) sebagian parasit yang berada dalam sel hati tidak melanjutkan siklusnya ke sel eritrosit, akan tetapi tertanam di jaringan hati disebut hipnosoit. Bentuk hipnosoit inilah yang menyebabkan malaria relapse. Pada penderita yang mengandung hipnosoit, apabila suatu saat dalam keadaan daya tahan tubuh xxviii

29 10 1 menurun, misalnya akibat terlalu lelah, sibuk, stress atau perubahan iklim (musim hujan), hipnosoit dalam tubuhnya akan terangsang untuk melanjutkan siklus parasit dari sel hati ke eritrosit. Setelah eritrosit yang berparasit pecah, akan timbul kembali gejala penyakit. Misalnya 1 2 tahun sebelumnya pernah menderita P. Vivax / P. ovale dan sembuh setelah diobati, bila kemudian mengalami kelelahan atau stress, gejala malaria akan muncul kembali, sekalipun yang bersangkutan tidak digigit nyamuk Anopheles (Silalahi, 2004). B. Pengelompokan Senyawa Antimalaria bat antimalaria adalah senyawa yang digunakan untuk pencegahan dan pengobatan malaria. Berdasarkan kerja utamanya, obat antimalaria dapat dibedakan dalam kelompok berikut: Skizontosida jaringan yang menghambat perkembangan bentuk eksoeritrositik, Skizontosida darah yang menekan perbanyakan parasit dalam eritrosit, Sporontosida yang mencegah pengembangan parasit dalam Anopheles (Mutschler, 1991). Menurut Siswandono dan Soekardjo (1995) terdapat kelompok antimalaria selain yang telah disebutkan di atas, yaitu: Skisontisida jaringan yang digunakan untuk kekambuhan, Gametositosida, dan Sporozoitosida. Berdasarkan perkembangan dan siklus kehidupan parasit dimana obat bekerja atau berdasarkan cara kerjanya, antimalaria dikelompokkan sebagai berikut : xxix

30 Schizontisida jaringan 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. Schizontisida jaringan 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 menyembuhkan infeksi eritrositik dari jaringan laten plasmodia (Tracy dan Webster, 2001). xxx

31 Schizontisida darah untuk pengobatan klinis dan 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 parasit 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) 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 xxxi

32 13 1 kuinin memiliki aktivitas gametosidal terhadap P. vivax, P. ovale, dan P. malariae, tetapi tidak untuk P. falciparum. Primakuin memiliki aktivitas gametosidal pada semua plasmodia termasuk P. falciparum (Kakkilaya, 2006). 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 bentu 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). 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 xxxii

33 14 1 antimalaria karena tersedia obat yang lebih aktif dengan toksisitas lebih rendah (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Turunan 9-aminoakridin, melibatkan sistem cincin datar yang dimiliki oleh senyawa tersebut. 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 asam deoksiribonukleat (AD) dan membentuk kompleks obat-ad. Kompleks obat-ad diperkuat dengan adanya ikatan rantai samping yaitu gugus amin tersier terprotonasi yang dapat berikatan secara ionik dengan gugus fosfat yang bermuatan negatif (Korolkovas dan Burckhalter, 1976). Dengan terbentuknya kompleks obat- AD, maka transkripsi dan translasi AD menjadi asam ribonukleat (AR) akan terhambat. al ini akan mengurangi sintesis AD dan AR (DiPalma, 1990) Mekanisme kerja turunan 9-aminokuinolin juga 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 (ferriprotophyrin IX) sebagai produk yang sangat reaktif. Dalam proses nukleasi terjadi penambahan histidin dan mungkin beberapa lipid. eme kemudian berpolimerisasi menjadi pigmen malaria yang inaktif dan tidak larut. Pigmen ini dinamakan hemozoin. Turunan 9-aminoakridin merupakan xxxiii

34 15 1 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 dalam hemoglobin penderita (Block, 2004). Dengan keberadaan senyawasenyawa tersebut dalam hemoglobin penderita, maka aktivitas peroksidatif heme akan terhambat dan polimerisasi nonenzimatik heme menjadi hemozoin akan terganggu (Tracy dan Webster, 2001). Keadaan ini akan membunuh plasmodia melalui perusakan oksidatif pada membran plasmodia dan/ atau sel darah merah, sehingga membran mengalami lisis (Block, 2004). Turunan 9-aminoakridin bersifat sangat toksik dan telah banyak digantikan oleh senyawa-senyawa aminokuinolin. Toksisitasnya meliputi reaksi obat pada sistem saraf pusat, darah, dan reaksi obat yang fatal. Efek tokisknya meliputi kejang, reaksi psikotomimetik, anemia aplastik, dan dermatitis eksfoliatif (Kier dan Roche, 1996). 2 C C 2 2 C C Cl C 3 3 C 2 C C 3 Cl Gambar 2. Struktur kuinakrin Cl xxxiv

35 Turunan 4-aminokuinolin Struktur dasar dari antimalaria turunan 4-aminokuinolin disajikan pada gambar 3. R R 1 3 Cl Gambar 3. Struktur dasar senyawa 4-aminokuinolin Turunan 4-aminokuinolin mempunyai aktivitas antimalaria yang lebih tinggi dibanding kuinin atau 9-aminoakridin. Karakteristik antimalaria turunan 4-aminokuinolin mempunyai sistem cincin kuinolin datar. Pada atom C nomor 4 terdapat gugus amin sekunder yang terikat oleh cincin kuinolin dan rantai samping. Pada atom C nomor 7 terdapat substituen Cl yang menunjukkan aktivitas yang optimal. Gugus amin tersier pada cincin kuinolin juga sangat penting berperan dalam aktivitasnya sebagai antimalaria. Contoh senyawa turunan 4-aminokuinolin adalah amodiakuin Cl, klorokuin fosfat, hidroksiklorokuin, dan sontokuin. Perbedaan struktur pada senyawa-senyawa turunan 4-aminokuinolin ini terdapat pada rantai samping yaitu R 1 dan R 2. Dari turunan 4-aminokuinolin, klorokuin (gambar 4) menunjukkan aktivitas yang optimal (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Senyawa turunan 4-aminokuinolin mempunyai mekanisme kerja yang sama dengan turunan 9-aminoakridin. Cincin datar yang dimiliki oleh turunan 4-aminokuinolin memungkinkan senyawa-senyawa tersebut dapat berinterkalasi di antara pasangan basa dobel heliks AD (Korolkovas dan xxxv

36 17 1 Burckhalter, 1976), dan dapat mengikat dengan afinitas yang tinggi feriprotoporfirin IX membentuk kompleks koordinasi sehingga menyebabkan kerusakan dan lisisnya membran parasit malaria (Tracy dan Webster, 2001). C 3 2 C C 3 2 C C C 3 C 2 C 2 C 2 Cl Gambar 4. 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). Struktur dasar dari antimalaria turunan 8-aminokuinolin disajikan pada gambar 5. 3 C R 1 Gambar 5. Struktur dasar senyawa 8-aminokuinolin Antimalaria turunan 8-aminokuinolin juga mempunyai sistem cincin kuinolin datar yang dapat menyebabkan senyawa tersebut berinterkalasi dengan AD. Perbedaannya dengan 4-aminokuinolin yaitu gugus amin sekunder yang terikat oleh cincin kuinolin dan rantai samping terdapat pada xxxvi

37 18 1 atom C nomor 8. Pada atom C nomor 6 terdapat substituen metoksi yang menunjukkan aktivitas yang optimal meskipun batas keamanannya rendah, dan kemungkinan dapat diganti dengan gugus hidrogen atau hidroksi. Contoh senyawa turunan 8-aminokuinolin adalah primakuin, pamakuin, dan pentakuin (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Meskipun memiliki struktur yang mirip dengan kuinolinometanol, turunan 8-aminokuinolin memiliki mekanisme kerja yang berbeda. 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 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-kaya asam nukleat dalam gametosit. Dengan demikian primakuin dapat digunakan untuk mencegah penyebaran malaria (DiPalma, 1990). Primakuin (gambar 6) adalah turunan 8-aminokiunolin yang masih digunakan untuk pengobatan malaria. Antimalaria ini tidak digunakan untuk pencegahan malaria. Spektrum aktivitasnya paling sempit bila dibandingkan dengan antimalaria yang lain (Block, 2004). xxxvii

38 C C 2 C C 2 2 C C 3 Gambar 6. Struktur primakuin 4. Biguanida Turunan biguanida merupakan schizontosida eksoeritrositik dan eritrositik terhadap P. falciparum dan P. vivax. Toksisitasnya relatif ringan. Turunan ini cepat menimbulkan kekebalan sehingga kurang populer sebagai antimlaria. Turunan biguanida mempunyai aktivitas antimalaria karena menghambat secara selektif enzim dihidrofolat reduktase yang mengkatalisis perubahan asam dihidrofolat menjadi asam tetrahidrofolat pada 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). A B C C 3 2 C 3 C 3 Cl C C 3 Gambar 7. A) proguanil ; B) sikloguanil Cl xxxviii

39 Diaminopiridin Turunan diaminopiridin merupakan schizontosida eksoeritrositik dan eritrositik terhadap P. Falciparum dan schizontosida eksoeritrositik terhadap P. Vivax. Turunan ini juga sporontosida yang cukup efektif. Mekanisme kerja turunan diaminopiridin sama seperti turunan biguanida yaitu menghambat secara selektif enzim dihidrofolat reduktase yang mengkatalisis perubahan asam dihidrofolat menjadi asam tetrahidrofolat pada plasmodia (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Antimalaria yang merupakan turunan dari diaminopirimidin adalah pirimetamin (gambar 8) 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 P. malariae (Tracy dan Webster, 2001). 2 2 C C 3 2 Cl Gambar 8. Struktur pirimetamin xxxix

40 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 (gambar 9a) digunakan pada pengobatan malaria yang plasmodiumnya telah resisten terhadap zat-zat lain, misalnya klorokuin (Kier dan Roche, 1996). Stereoisomer kuinin yaitu kuinidin (gambar 9b), 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). 2 C C C 2 C C C 3 C 3 C A B Gambar 9. A) kuinin ; B) kuinidin xl

41 22 1 Turunan kuinolinometanol mempunyai mekanisme kerja berinterkalasi dengan AD (Korolkovas dan Burckhalter, 1976), dan dapat mengikat dengan afinitas yang tinggi feriprotoporfirin IX membentuk kompleks koordinasi sehingga menyebabkan kerusakan dan lisisnya membran parasit malaria (Tracy dan Webster, 2001). 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 10. A) sulfadoksin ; B) dapson 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). xli

42 23 1 C. Mekanisme Kerja Senyawa Antimalaria bat antimalaria sebagai senyawa yang digunakan untuk pencegahan dan pengobatan malaria dapat bekerja dengan mekanisme : 1. Berinteraksi dengan AD Turunan 9-aminoakridin, 4-aminokuinolin, 8-aminokuinolin dan kuinolinometanol menunjukkan efek schizontisid yang cepat dengan cara berinteraksi dengan AD parasit. Turunan tersebut mempunyai sistem cincin datar yang dapat mengadakan interkalasi dengan pasangan basa dobel heliks AD dan diperkuat melalui ikatan elektrostatik antara gugus amin tersier rantai samping dengan gugus fosfat AD (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Kompleks obat-ad juga diperkuat dengan adanya ikatan hidrogen dengan molekul basa purin yaitu adenin (DiPalma, 1990). Perhitungan orbital molekul menunjukkan bahwa cincin aromatik planar dari turunan di atas, terutama bentuk terprotonasi, mempunyai nilai energi LUM (Lowest Unoccupied Molecular rbital) rendah sedang pasangan basa guanin dan sitosin mempunyai nilai energi M (ighest ccupied Molecular rbital) tinggi sehingga dengan mudah membentuk kompleks obat-ad. Kuinin, dapat mengikat AD melalui tiga jalur, yaitu: a. Cincin kuinolin berinterkalasi diantara pasangan basa dobel heliks AD, membentuk kompleks alih muatan. b. Gugus hidroksil alkohol membentuk ikatan hidrogen dengan salah satu pasangan basa. xlii

43 24 1 c. Gugus kuinuklidin terproyeksi pada salah satu AD, dan gugus amin alifatik tersier yang terprotonasi membentuk ikatan ion dengan gugus fosfat dobel heliks AD yang bermuatan negatif. Pembentukan kompleks akan menurunkan keefektifan AD parasit untuk bekerja sebagai template enzim AD dan AR polimerase sehingga terjadi pemblokan sintesis AD dan AR (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Turunan aminokuinolin, membentuk kompleks dengan AD melalui dua jalur, yaitu: a. Gugus amin alifatik tersier rantai samping yang terprotonasi, membentuk ikatan ion dengan gugus fosfat dobel heliks AD yang bermuatan negatif, melalui celah minor. b. Alih muatan yang lebih khas atau interaksi hidrofob yang melibatkan cincin aromatik dan pasangan basa guanin-sitosin AD. Klorokuin dan amodiakuin, membentuk kompleks dengan AD melalui dua jalur, yaitu: a. Gugus amin alifatik tersier rantai samping yang terprotonasi membentuk ikatan ion dengan gugus fosfat dobel heliks AD yang bermuatan negatif. b. Gugus 7-Cl dapat membentuk ikatan elektrostatik dengan gugus 2-amino guanin yang bersifat khas. 2. Menghambat enzim dihidrofolat reduktase Turunan biguanida dan diaminopirimidin, mempunyai aktivitas antimalaria karena menghambat secara selektif enzim dihidrofolat reduktase yang mengkatalis perubahan asam dihidrofolat menjadi asam tetrahidrofolat xliii

44 25 1 pada parasit. Penghambatan ini mempengaruhi bioseintesis plasmodium terutama pembentukan basa purin, pirimidin dan AD. Meskipun turunan ini tidak bekerja secara selektif terhadap enzim parasit, tetapi dapat mengikat enzim dihidrofolat reduktase plasmodia lebih kuat dibanding isoenzim pada hospes. Efek pemblokan ini tidak berbahaya bagi hospes karena asam folinat yang diperlukan dipasok dari luar melalui makanan. Gambar 11. Mekanisme aksi klorokuin pada tingkat molekular (Korolkovas dan Burckhalter,1976) xliv

45 Menghambat enzim dihidropteroat sintetase Turunan sulfonamida dan sulfon bekerja sebagai antimalaria karena dapat menghambat secara selektif enzim dihidropteroat sintetase sehingga mencegah penggabungan asam p-aminobenzoat dengan asam dihidropteroat. ambatan ini dapat menyebabkan kematian parasit. 4. Mengganggu mitokondria plasmodia 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 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) 5. Menghambat sintesis protein Tetrasiklin, eritromisin, makrolida, dan seskuiterpen lakton berkerja dengan menghambat sintesis protein parasit. xlv

46 Membentuk kompleks dengan feriprotoporfirin IX Klorokuin, sinkonin, kuinidin, dan kuinin dapat mengikat dengan afinitas yang tinggi feriprotoporfirin IX membentuk kompleks koordinasi sehingga menyebabkan kerusakan dan lisisnya membran parasit malaria (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Mekanisme kerja 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 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 xlvi

47 28 1 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). D. Vinkadiformina Gambar 12. Struktur senyawa vinkadiformina Senyawa vinkadiformina (gambar 12) merupakan hasil isolasi dari ekstrak tanaman Aspirdosperma pyrifolium dan A. megalocarpon yang merupakan tanaman tradisional sebagai obat antimalaria dari Amerika (Mustofa, 2001). Kuehne dkk. (1978) dalam jurnal mengenai studi biomimetik sintesis alkaloid memaparkan bahwa vinkadiformina dapat disintesis dari tetrahydro-β-carboline melalui secodine intermediate. Pada tahun 2001, Mustofa telah berhasil 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). xlvii

48 29 1 Vinkadiformina adalah salah satu indol alkaloid yang terkandung dalam tanaman Vinca minor L. Vinkadiformina bersifat hipotensif, kronotropik negatif, spasmolitik, hipoglikemik, dan simpatolitik (Anonim, 1996). E. ubungan Kuantitatif Struktur dan Aktivitas ubungan kuantitatif struktur kimia dan aktivitas biologis obat (KSA) merupakan bagian penting rancangan obat, dalam usaha mendapatkan suatu obat baru dengan aktivitas yang lebih besar, keselektifan yang lebih tinggi, toksisitas atau efek samping sekecil mungkin dan kenyamanan yang lebih besar. Selain itu dengan menggunakan model KSA, akan lebih banyak menghemat biaya atau lebih ekonomis, karena untuk mendapatkan obat baru dengan aktivitas yang dikehendaki, faktor coba-coba ditekan sekecil mungkin sehingga jalur sintesis menjadi lebih pendek (Siswandono dan Susilowati, 1998). KSA biologis tersebut dinyatakan dengan model matematis, sehingga sering disebut sebagai ubungan Kuantitatif Struktur Aktivitas (KSA) atau Quantitative Structure Activity Relationship (QSAR). Asumsi mendasar dari KSA adalah terdapatnya hubungan kuantitatif antara sifat mikroskopis yaitu struktur molekul dengan sifat makroskopis / empiris yaitu aktivitas biologis dari suatu molekul (Lee dkk., 1996). Parameter elektronik seperti muatan bersih atom dan momen dipol serta parameter non elektronik seperti sifat fisika kimia atom/molekul digunakan bersamaan untuk menentukan suatu hubungan atom dan molekul dalam ruang (Salter-Duke dkk., 2000). xlviii

49 30 1 Berdasarkan parameter yang digunakan, kajian KSA digolongkan dalam tiga metode, yaitu : metode ansch, metode Free-Wilson dan metode QSAR-3D atau CoMFA (Comparative Molecular Field Analysis) (Sudarmanto, 2002). Metode ansch mengemukakan suatu konsep bahwa hubungan struktur kimia dengan aktivitas biologis (log 1/C) suatu turunan senyawa dapat dinyatakan secara kuantitatif melalui parameter-parameter sifat fisika kimia dari senyawa beupa parameter hidrofobik (π), elektronik (σ), dan sterik (E s ) yang terdapat pada molekul. Model pendekatan ini disebut pula model hubungan energi bebas linear (linear free energy relationship = LFER) atau pendekatan ekstratermodinamik, yaitu suatu model matematik yang dikembangkan dari hubungan reaktivitas kimia dengan parameter substituen yang dikemukakan oleh ammet pada tahun 1938 (Kubinyi, 1993). Aktivitas biologis umumnya berupa resiprok (log 1/C). al ini dikarenakan dengan menggunakan resiprok akan diperoleh hubungan yang valid. Yang terpenting, dengan menggunakan resiprok untuk aktivitas biologis akan diperoleh kemiringan garis regresi (slope) yang positif (Block, 2004). Tujuan KSA adalah untuk memprediksikan hubungan kuantitatif antara deskripsi dari sifat-sifat fisika senyawa dan aktivitas 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 xlix

50 31 1 mempengaruhi aktivitas, dan membuka jalan bagi optimisasi aktivitas biologis dalam satu seri senyawa (Davis, 1994). F. Kimia Komputasi Kimia komputasi merupakan disiplin ilmu yang baru. ampir sama dengan disiplin ilmu kimia lainnya, kimia komputasi menggunakan sarana untuk mengetahui reaksi dan proses kimia dalam suatu sistem. Para ilmuwan menggunakan perangkat lunak komputer untuk mendapatkan informasi tentang proses kimia yang terjadi (Dearing, 1988). Perkembangan eksperimen komputer mengubah secara substansial hubungan tradisional antara teori dan eksperimen. Simulasi komputer membutuhkan suatu metode yang akurat dalam memodelkan sistem yang dikaji. Simulasi sering dapat dilakukan dengan kondisi yang sangat mirip dengan eksperimen sehingga hasil perhitungan kimia komputasi dapat dibandingkan secara langsung dengan eksperimen. Metode kimia komputasi ini memungkinkan para kimiawan untuk melakukan penentuan struktur dan sifat suatu sistem kimia dengan cepat dengan mempelajari sifat molekul dan interaksi antar molekul (Pranowo, 2004). Kimia komputasi tidak dapat dilepaskan dengan pengertain pemodelan molekul. Pemodelan molekul dengan menggunakan teknik komputer dimaksudkan untuk menghasilkan data tentang sifat struktur suatu senyawa yang dapat melengkapi data eksperimen. Ruang lingkup kimia kumputasi menyangkut simulasi dinamika molekul, mekanika statistik, sifat struktur, KSA, mekanika l

51 32 1 reaksi, hubungan energi dan struktur, visualisasi molekul dan interaksi antar molekul (Pranowo, 2004). yperchem merupakan program yang dapat secara teliti digunakan untuk mengetahui struktur, stabilitas dan sifat molekul dengan menggunakan perhitungan mekanika molekular maupun mekanika kuantum. 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). Program ini menyediakan metode sederhana untuk menghasilkan struktur molekul 3D dan terdapat 10 jenis metode semiempiris untuk mengoptimasi geometri suatu senyawa agar didapatkan struktur yang paling stabil. Perhitungan semiempirik dilakukan dari atom hidrogen sampai xenon, termasuk logam transisi. yperchem menawarkan 10 metode molekul orbital semiempirik, dengan pilihan untuk senyawa organik dan senyawa-senyawa gugus utama, untuk senyawa-senyawa transisi dan untuk simulasi spektra. Kesepuluh metode semiempiris yang terdapat dalam program yperchem adalah Extended uckel (oleh offman), CD dan ID (oleh People dkk), MID3, MD, MD/d, dan AM1 (oleh Dewar dkk), PM3 (oleh Stewart), ZID/1 dan ZID/s (oleh Zerner dkk). Selain metode semiempiris, terdapat pula metode ab li

52 33 1 initio yang dilengkapi dengan variasi himpunan basis yang dapat digunakan untuk menentukan sifat struktur molekul secara akurat (Pranowo, 2004). G. Metode PM3 Perkembangan kimia komputasi, terutama dalam penerapan perhitungan kimia kuantum yang berlangsung dengan pesat memungkinkan untuk dilakukannya pemodelan molekul dan eksplorasi sifat fisika kimia suatu struktur molekul. Metode kimia kuantum yang sering digunakan dalam perhitungan senyawa organik adalah metode AM1 dan PM3. Sifat fisika kimia yang dihitung dengan metode kimia kuantum semiempirik tersebut dapat diterapkan dalam analisis KSA menggunakan model ansch. Berbagai penelitian tentang penggunaan deskriptor kimia kuantum dalam studi KSA telah banyak dilaporkan, yang memberikan hasil dengan baik (Lee dkk., 1996, Tahir, 2000, Sudarmanto, 2002). PM3 pertama kali dikembangkan oleh James J.P. Stewart. PM3 merupakan metode parameterisasi ke tiga dari DD (eglect of Diatomic Differential verlap) dengan MD dan AM1 sebagai yang pertama dan kedua. Metode PM3 sangat baik dan cukup berguna sebagai metode perhitungan untuk senyawa organik yang bervariasi secara luas (Pranowo, 2004). PM3 berbeda dari metode AM1 hanya pada nilai parameter yang digunakan. Umumnya interaksi non ikatan yang dihitung dengan PM3 hasilnya tidak lebih baik dibanding AM1 (Clark, 1985). lii

53 34 1 Metode PM3 digunakan untuk menghitung semua parameter secara bersamaan, dan melibatkan ratusan data dari basis set yang lebih banyak daripada metode lain. PM3 memiliki set parameter-parameter terbaik untuk data eksperimen. Tetapi dalam prosesnya, masih diperlukan intervensi pengguna, dalam pemilihan data eksperimental. Metode ini diparameterisasi untuk beberapa unsur utama, terkhusus atom :, Li, C,,, F, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Zn, Ga, Ge, As, Se, Br, Cd, In, Sn, Sb, Te, I, g, Ti, Pb, Bi Po dan At. Jumlah logam transisi yang dapat dihitung dengan metode ini juga bertambah, dan melibatkan orbital d (Jensen, 1999).. Analisis Statistik Dalam penelitian, biasa digunakan model suatu hubungan fungsional antara peubah. Dengan model tersebut kelakuan sistem yang akan diteliti dapat dipahami, diterangkan, dikendalikan, dan kemudian diprediksikan. Prediksi memiliki arti yang khusus yaitu inter- atau ekstrapolasi (Sembiring, 2003). Model dapat membantu penentuan hubungan sebab akibat (kausal) antara dua atau lebih peubah (Sembiring, 2003). Untuk mengetahui hubungan kuantitatif antara struktur kimia dan aktivitas biologis melalui parameter sifat kimia fisika, dapat dilakukan perhitungan statistik dengan bantuan komputer, dengan menggunakan program MICRSAT, ABSTAT, PC, QSAR, MIITAB, STATGRAP, SPSS atau program yang lain (Siswandono dan Soekardjo, 1995), namun ada tidaknya hubungan kausal antara peubah tidak dapat diputuskan dengan hanya menggunakan data statistik. Secara umum, model merupakan liii

54 35 1 penyederhanaan dan abstraksi dari keadaan alam yang sesungguhnya. Dalam hal ini model akan selalu berbentuk fungsi dan regresi (Sembiring, 2003). Salah satu metode statistik yang digunakan dalam analisis KSA adalah metode korelasi. Metode ini mengidentifikasi hubungan kuantitatif antara x- deskriptor dan aktivitas biologis. ansch pertama kali menggunakan multiple linear regression (regresi linear multivariat) sebagai metode statistik dalam KSA dan metode ini masih digunakan sampai sekarang (Davis, 1994). Regresi linear multivariat hanya dibatasi untuk jumlah deskriptor kurang dari 20. Dalam metode ini dianggap bahwa semua deskriptor tidak berkorelasi satu sama lain dan semua deskriptor memiliki pengaruh yang penting terhadap aktivitas (Davis, 1994). al ini dikarenakan data yang digunakan adalah data percobaan laboratorium yang tidak lagi menggambarkan keadaan alamiah, tetapi telah dimanipulasi oleh peneliti (Sembiring, 2003). Regresi linear untuk satu parameter fisika kimia dapat dinyatakan melalui persamaan sebagai berikut : Y = ax + b (2) dimana, Y = aktivitas biologis ; X = parameter sifat fisika kimia ; a, b = koefisien Regresi linear untuk dua parameter sifat fisika kimia atau lebih dapat dinyatakan melalui persamaan sebagai berikut : Y = ax 1 + bx 2 + cx 3 + d (3) dimana X 1, X 2, X 3 = parameter parameter sifat fisika kimia 1, 2, 3 (Siswandono dan Soekardjo, 1995). liv

55 36 1 Keabsahan persamaan yang diperoleh dan arti perbedaan parameter yang digunakan dalam hubungan struktur-aktivitas model ansch dapat dilihat dengan beberapa kriteria statistik, antara lain : 1. ilai R (koefisien korelasi) ilai R menunjukkan tingkat hubungan antara data aktivitas biologis dari pengamatan percobaan dengan data hasil perhitungan berdasarkan persamaan yang diperoleh dari analisis regresi. Koefisien korelasi bernilai mulai dari 0 sampai 1. Dalam penelitian KSA dicoba dicapai suatu nilai R yang lebih besar dari 0,9, sebab semakin tinggi nilai R maka semakin baik hubungannya (Siswandono dan Soekardjo, 1995). ubungan yang sangat kuat antara variabel bebas dan variabel tergantung sebenarnya telah tercapai pada nilai R antara 0,8 sampai dengan 1 (Anonim, 2006). 2. ilai R 2 (koefisien determinasi) ilai R 2 menunjukkan berapa persen aktivitas biologis yang dapat dijelaskan hubungannya dengan parameter sifat fisika kimia yang digunakan. Misalnya suatu hubungan yang mempunyai nilai R = 0,990 berarti dapat menjelaskan (0,990) 2 x 100% = 98% dari variasi antar data (Siswandono dan Soekardjo, 1995). 3. ilai F ilai F menunjukkan kemaknaan hubungan bila dibandingkan dengan tabel F. Makin besar nilai F makin besar derajat kemaknaan hubungan. Semakin tinggi nilai F semakin kecil kemungkinan hubungan tersebut adalah karena kebetulan (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Persamaan yang lv

56 37 1 memenuhi syarat siginifikansi pada tingkat kepercayaan 95% adalah persamaan yang memiliki nilai F hitung /F tabel lebih besar dari 1 atau F hitung lebih besar daripada F tabel (Yuliana, 2005). 4. ilai Standard Error (SE) ilai SE merupakan simpangan baku yang menunjukkan nilai variasi kesalahan dalam percobaan (Siswandono dan Soekardjo, 1995). 5. Predicted Residual Sum of Square (PRESS) Salah satu tujuan pembentukan model ialah untuk prediksi dan salah satu patokan prediksi yang baik ialah prediksi dengan nilai yang diprediksi sama atau hampir sama. ilai PRESS merupakan selisih antara hasil prediksi dengan nilai yang diprediksi (eksperimen). Model yang baik adalah model yang menghasilkan PRESS yang kecil dalam kelompok parameter (Sembiring, 2003). Menurut ansch, aktivitas biologis dipengaruhi oleh parameter elektronik, sterik, dan hidrofobisitas dari suatu senyawa (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Berdasarkan konsep ini, maka model persamaan terbaik juga ditentukan dari terpenuhinya ketiga parameter tersebut. I. Keterangan Empiris Penelitian ini dapat menghasilkan model persamaan KSA terbaik dengan deskriptor yang ditentukan berdasarkan hasil perhitungan semiempiris PM3. Dari model persamaan terbaik ini dapat digambarkan hubungan kuantitatif struktur lvi

57 38 1 senyawa vinkadiformina dan turunannya, melalui parameter teoretis meliputi parameter elektronik, sterik, dan hidrofobisitas, dengan aktivitas yang didasarkan pada konsentrasi yang dapat menghambat pertumbuhan P. falciparum sebanyak 50% (log 1/IC 50 ). lvii

58 1 BAB III METDLGI PEELITIA A. Jenis dan Rancangan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk mencari hubungan antar variabel dengan cara menganalisis data yang telah dikumpulkan (Sastroasmoro dan Ismael, 1995). ubungan yang dimaksud adalah hubungan antara struktur senyawa vinkadiformina dan turunannya dengan aktivitasnya sebagai antimalaria. Jenis dan rancangan penelitian ini termasuk penelitian eksperimental kuasi. Pada penelitian ini digunakan data aktivitas antimalaria dari 16 sampel yang telah mengalami perlakuan pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Mustofa (2001). Senyawa vinkadiformina telah mengalami modifikasi struktur yang menghasilkan satu seri senyawa vinkadiformina dan turunannya dan diuji aktivitas antimalarianya. Dapat dikatakan data aktivitas yang diperoleh adalah data sekunder. Pemilihan 16 struktur senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai sampel tidak dilakukan secara acak, melainkan telah ditetapkan secara pasti. B. Variabel dan Definisi Variabel 1. Variabel bebas Variabel bebas dalam penelitian ini adalah deskriptor-deskriptor yang mewakili parameter ansch. Parameter elektronik berupa momen dipol (μ), ighest ccupied Molecular rbitals Energy (E M ) dan Lowest Unoccupied lviii 39

59 40 1 Molecular Energy (E LUM ) yang diwakili oleh ΔE (E LUM - E M ), dan muatan bersih atom (q) pada atom C 1 (qc 1 ), C 2 (qc 2 ), C 3 (qc 3 ), C 4 (qc 4 ), C 5 (qc 5 ), 6 (q 6 ), C 7 (qc 7 ), C 8 (qc 8 ), C 9 (qc 9 ). Parameter sterik yang digunakan adalah luas permukaan (SA), volume (V), polarisabilitas molekular ( ), refraktivitas molar (MR) dan massa (M). Parameter hidrofobisitas diwakili oleh log P Gambar 13. Struktur senyawa vinkadiformina dengan penomeran atom tidak mengikuti kaidah tatanama senyawa dan hanya digunakan untuk penelitian ini saja 2. Variabel tergantung Variabel tergantung dalam penelitian ini adalah nilai log 1/IC 50. ilai ini menggambarkan aktivitas senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai antimalaria yang didasarkan pada konsentrasi yang dapat menghambat pertumbuhan P. falciparum sebanyak 50%. C. Bahan dan Alat Penelitian 1. Bahan penelitian Penelitian ini menggunakan satu set data struktur dan aktivitas dari 16 senyawa vinkadiformina dan turunannya yang diperoleh dari Mustofa (2001). lix

60 41 1 Mustofa telah mensintesis dan menguji aktivitas antimalaria keenambelas senyawa tersebut terhadap P. falciparum yang tergolong sensitif terhadap senyawa klorokuin yaitu sel igerian, seperti tercantum dalam tabel I. Tabel I. Struktur senyawa senyawa vinkadiformina dan turunannya o 1 Struktur senyawa o 6 Struktur senyawa 2 2 Vinkadiformina 7 Vinka-6 2 Br 3 Vinka-2 8 Vinka Vinka Vinka-8 2 Cl 5 Vinka-4 Br 2 10 Vinka-9 Br Cl Vinka-5 2 Vinka-10 Cl lx

61 1 i o Struktur senyawa Cl 13 Br 2 14 Cl Vinka-13 Vinka-14 Vinka-15 Vinka-16 Vinka-11 Vinka-12 42

62 43 1 Tabel II. Data aktivitas (log 1/IC 50 ) senyawa vinkadiformina dan turunannya o Senyawa log 1/IC 50 1 Vinkadiformina -2, Vinka-2-1, Vinka-3-1, Vinka-4-1, Vinka-5-1, Vinka-6-2, Vinka-7-2, Vinka-8-1, Vinka-9-1, Vinka-10-1, Vinka-11-1, Vinka-12-1, Vinka-13-2, Vinka-14-2, Vinka-15-1, Vinka-16-2, Alat penelitian Penelitian ini menggunakan alat yang meliputi perangkat keras dan lunak. Perangkat keras berupa satu set komputer AMD Sempron ,49 Gz dengan kapasitas memori 512 MB yang mampu digunakan untuk melakukan perhitungan kimia komputasi. Perangkat lunak berupa paket program komputer yperchem Pro ver.6.0 untuk melakukan perhitungan kimia kuantum. Perhitungan statistik dilakukan dengan program SPSS 11.0 for Windows. D. Tata Cara Penelitian 1. ptimasi geometri struktur senyawa vinkadiformina dan turunannya dengan metode PM3 ii

63 44 1 Langkah awal penelitian ini adalah dengan menggambar masing-masing senyawa vinkadiformina beserta turunannya yang terdapat dalam tabel 1 dalam bentuk dua dimensi (2D). Penggambaran dilakukan dengan paket program yperchem. Penambahan atom dilakukan untuk melengkapi struktur dengan memilih menu [Build] [Add hydrogens]. Selanjutnya, struktur senyawa dalam bentuk 2D diubah menjadi 3D dengan memilih menu [Build] [Add & Model Build]. Struktur 3D dioptimasi geometri menggunakan metode PM3 dengan algoritma Polak-Ribiere. Sebelum optimasi geometri dijalankan, perlu dilakukan pengaturan pada program yperchem yaitu dengan memilih [Setup] [Semiempirical] [PM3] [ption] [Convergence limit] 0,001 kkal/å.mol [Iteration limit] [Accelerate convergence] [ ]. ptimasi geometri dijalankan dengan memilih menu [Compute] [Geometry optimization] [Polak-Ribiere] [RMS Gradient of] 0,001 kkal/å.mol or 500 maximum cycles [Screen refresh period] 1 cycles. ptimasi dihentikan setelah tercapai batas konvergensi yang telah ditetapkan yaitu 0,001 kkal/å.mol. Struktur yang telah dioptimasi disimpan sebagai file.hin. 2. Perhitungan sifat fisika kimia senyawa vinkadiformina dan turunannya Perhitungan sifat kimia fisika dilakukan pada struktur senyawa vinkadiformina beserta turunannya yang telah dioptimasi. Perhitungan dilakukan untuk memperoleh nilai deskriptor elektronik, sterik, dan hidrofobisitas yang akan dijadikan variabel bebas. Dalam penelitian ini digunakan dua jenis perhitungan, yaitu perhitungan single point dan QSAR properties. iii

64 45 1 Perhitungan single point digunakan untuk memperoleh data nilai muatan bersih atom (qc 1, qc 2, qc 3, qc 4, qc 5, q 6, qc 7, qc 8, qc 9 ), momen dipol (μ). Perhitungan ini diawali dengan memilih [File] [Start log], kemudian perhitungan single point dilakukan dengan memilih menu [Compute] [Single point], lalu dipilih menu [File] [Stop log] untuk menghentikan pencatatan data. Data yang telah tercatat disimpan dalam bentuk file.log. Untuk memperoleh data nilai E M dan E LUM dilakukan perhitungan orbitals setelah dilakukan perhitungan single point. Perhitungan orbitals dilakukan dengan memilih menu [Compute] [Single point] [rbitals]. Data nilai polarisabilitas molekular ( ), luas permukaan (SA), volume (V), refraktivitas molar (MR), dan massa (M) diperoleh dengan perhitungan QSAR properties, yaitu dengan memilih menu [Compute] [QSAR properties] memilih variabel yang dinginkan [Compute]. E. Analisis Data dan asil 1. Analisis regresi multivariat Analisis regresi multivariat dilakukan terhadap variabel bebas dan variabel tergantung untuk mengetahui KSA senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai antimalaria. Metode yang digunakan dalam analisis regresi multivariat adalah metode backward yang diolah dengan SPSS 11.0 for Windows. Analisis ini menghasilkan suatu model persamaan matematis. 2. Analisis kriteria statistik model persamaan matematis Model persamaan terbaik dipilih dengan menganalisis model-model persamaan matematis berdasarkan kriteria statistik yang meliputi keterwakilan iv

65 46 1 parameter ansch, nilai R, nilai adjusted R 2, nilai F hitung /F tabel, dan nilai SE. Selanjutnya pemilihan model dilakukan berdasarkan parameter PRESS. Model persamaan terbaik adalah model persamaan yang mewakili ketiga parameter ansch, memiliki nilai R > 0,8, memiliki nilai adjusted R 2 yang tinggi, memiliki nilai F hitung /F tabel lebih dari 1, memiliki nilai SE rendah, dan memiliki nilai PRESS yang terkecil. v

66 1 BAB IV ASIL DA PEMBAASA A. ptimasi Geometri Senyawa Vinkadiformina dan Turunannya dengan Metode PM3 Semua senyawa dalam seri senyawa vinkadiformina dan turunannya diperoleh dari Mustofa (2001). Senyawa yang diambil sebagai senyawa penuntun (lead compound) adalah senyawa vinkadiformina. Berikut merupakan gambar kerangka struktur senyawa vinkadiformina dan turunannya Gambar 14. Kerangka struktur senyawa vinkadiformina dan turunannya. Penomoran atom tidak mengikuti kaidah tatanama senyawa dan hanya digunakan untuk pemodelan pada penelitian ini. Penelitian ini menggunakan perangkat lunak yperchem Pro ver yang digunakan dalam pemodelan struktur senyawa vinkadiformina dan turunannya dan perhitungan kimia komputasi untuk memperoleh data sifat fisika kimia molekul. Langkah awal yang dilakukan dalam penelitian ini adalah penggambaran struktur dua dimensi (2D) 16 senyawa vinkadiformina dan turunannya. Selanjutnya ditambah dengan atom hidrogen pada setiap atom untuk melengkapi struktur sebenarnya dan dibentuk menjadi struktur tiga dimensi (3D). Penggambaran struktur 3D dilakukan untuk menvisualisasikan struktur senyawa vi

67 48 1 dalam ruang. Struktur senyawa haruslah spesifik dan berkesesuaian dengan reseptor. Struktur 3D ini diharapkan dapat menggambarkan struktur yang mendekati keadaan sebenarnya apabila terikat dengan reseptornya. Sebelum dilakukan perhitungan sifat fisika kimia senyawa, 16 senyawa vinkadiformina dan turunannya dioptimasi geometri terlebih dahulu. ptimasi geometri merupakan suatu cara untuk menghitung tampilan struktur molekul yang mempunyai energi terendah dan gaya-gaya atomik terkecil. ptimasi geometri bertujuan untuk mendapatkan bentuk dan struktur molekul yang paling stabil dan mempunyai energi potensial paling rendah. Metode optimasi yang digunakan adalah metode Polak Ribiere hingga diperoleh konvergensi yang efisien. Pada proses optimasi geometri senyawa ini, ditentukan nilai limit konvergensi sebesar 0,001 kkal/å.mol. Senyawa mengalami iterasi mencari bentuk konformasi yang stabil dengan energi potensial yang paling rendah dan mempunyai konvergensi 0,001 kkal/å.mol. Konvergensi yang dimaksud disini adalah gradien antara perubahan energi dibagi perubahan posisi sampai mendekati 0,001 kkal/å.mol. Apabila nilai gradien tersebut telah didapat, maka senyawa akan berhenti mengalami perubahan konformasi. Bentuk senyawa yang telah dioptimasi ini merupakan bentuk yang relatif stabil yaitu menggambarkan struktur dan jarak yang sebenarnya di alam. Senyawa yang telah mengalami optimasi akan mempunyai bentuk konformasi yang berbeda dengan senyawa sebelum mengalami optimasi. Senyawa yang telah mengalami optimasi akan memiliki struktur yang melebar, sebab gugus-gugus yang ada di dalam senyawa cenderung mengandung muatan yang vii

68 49 1 berlawanan akibat pengaruh induksi awan elektron pada atom maupun gugus tertentu. Gambar 15 menunjukkan senyawa vinkadiformina sebelum mengalami optimasi geometri. Gambar 16 menunjukkan senyawa vinkadiformina sesudah mengalami optimasi geometri. Atom yang membentuk sudut (X-Y-Z) pada senyawa sebelum dan sesudah optimasi mempunyai besar sudut yang berbeda. Pada senyawa vinkadiformina sesudah mengalami optimasi membentuk sudut yang lebih besar (118,634 o ) dibanding senyawa vinkadiformina sebelum mengalami optimasi (109,471 o ). Perubahan sudut ini menyebabkan terjadinya pelebaran jarak (r) antara atom di kiri dan atom di kanan (X-Z) pada senyawa vinkadiformina sebelum mengalami optimasi dan senyawa vinkadiformina sesudah mengalami optimasi yaitu dari 2,278 Å menjadi 2,393 Å. al ini juga terjadi pada atom-atom lain yang berinteraksi satu sama lain. Atom Atom C Atom Atom Gambar 15. Model stick & ball senyawa vinkadiformina sebelum optimasi geometri viii

69 50 1 Y Z X Gambar 16. Model stick & ball senyawa vinkadiformina sesudah optimasi geometri Perubahan energi juga terjadi akibat perubahan sudut dan jarak antar tiap atom tersebut. ilai energi ini diperoleh dari perhitugan single point. Energi senyawa vinkadiformina sesudah mengalami optimasi lebih kecil (125,941 kkal/mol) dibanding energi senyawa vinkadiformina sebelum mengalami optimasi (259,916 kkal/mol). Dari senyawa hasil optimasi inilah akan dilakukan perhitungan kimia komputasi untuk memperoleh data sifat fisika kimia yang representatif. B. Perhitungan Sifat Fisika Kimia Senyawa Vinkadiformina dan Turunannya Dalam penelitian ini digunakan model pendekatan hubungan kuantitatif struktur-aktivitas ansch. ansch mengemukakan bahwa hubungan kuantitatif ix