SIMULASI IN SILICO PROTEKSI SEL BETA PANKREAS OLEH ANTOSIANIN MONOASILASI. DARI UBI UNGU (Ipomoea batatas L.)

Transkripsi

1 SIMULASI IN SILICO PROTEKSI SEL BETA PANKREAS OLEH ANTOSIANIN MONOASILASI DARI UBI UNGU (Ipomoea batatas L.) Skripsi NI LUH KOMANG NOVIA PARAMITA JURUSAN FARMASI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA 2016 i

2 ii

3 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir I yang berjudul Simulasi In Silico Proteksi Sel Beta Pankreas oleh Antosianin Monoasilasi dari Ubi Ungu (Ipomoea Batatas L.) tepat pada waktunya. Penyusunan tugas akhir I ini tidak terlepas dari dukungan, saran, dan bimbingan dari berbagai pihak. Maka dari itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Drs. Ida Bagus Made Suaskara, M.Si., selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana. 2. Ni Made Pitri Susanti, S.Farm., M.Si., Apt. selaku Ketua Jurusan Farmasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana. 3. Ni Putu Linda Laksmiani, S.Farm., M.Sc., Apt. selaku dosen pembimbing I yang dengan penuh perhatian dan kesabaran telah memberikan motivasi, semangat, bimbingan, dan saran selama penyusunan skripsi ini. 4. Ni Made Pitri Susanti, S.Farm., M.Si., Apt. selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan motivasi, semangat, bimbingan, dan saran selama penyusunan skripsi ini. 5. Dr. Sagung Chandra Yowani, S.Si., M.Si., Apt. selaku dosen pembimbing akademik selama penulis mengikuti pendidikan di Jurusan Farmasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana. 6. Seluruh dosen dan staf pegawai di Jurusan Farmasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana yang telah mendukung penulis selama penyusunan skripsi ini. 7. Kedua orang tua penulis, I Nyoman Jiwa dan Ni Made Suci, serta Kak Awan dan Kak Aris, terima kasih atas segala dukungan, doa dan iii

4 semangat yang telah diberikan baik moral maupun material dalam penyusunan skripsi ini. 8. Sahabat Tanpo, Tantri, Budi, Saput, Lina, Meci, Anggi, Widya, dan Linda yang telah banyak membantu dan memberikan semangat dalam penyusunan skripsi ini. 9. Teman-teman seperjuangan Docking, Ayu Sandra dan Mitsue Oka, serta Gus Pur yang telah membantu dan saling mendukung dalam penyusunan skripsi ini. 10. Keluarga besar Dioscuri Hygeia yang telah banyak membantu dan memberikan semangat dalam penyusunan skripsi ini. 11. I Made Novi Dharma Jaya yang selalu memberikan masukan, semangat dan motivasi dalam penyusunan skripsi ini, serta Kayla yang selalu menjadi semangat penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. 12. Semua pihak yang terlibat dan telah membantu penulis dalam penyusunan skripsi ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. Penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini masih belum sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat membangun sehingga di masa yang akan datang dapat menjadi lebih baik. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang memerlukan. Bukit Jimbaran, 1 September 2016 Penulis iv

5 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL LEMBAR PENGESAHAN KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR SINGKATAN DAFTAR ISTILAH DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN ABSTRAK ABSTRACT i ii iii v vii viii x xi xii xiv xv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tanaman Ubi Ungu Antosianin pada Ubi Ungu Diabetes Melitus 10 v

6 2.4 Sel Beta Pankreas Docking Molecular 13 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Rancangan Penelitian Lokasi dan Waktu Penelitian Bahan Penelitian Alat Penelitian Prosedur Penelitian Preparasi Protein Validasi Metode Docking Molecular Optimasi Molekul Cyanidin dan Peonidin Monoasilasi 3 Dimensi Docking Cyanidin dan Peonidin Monoasilasi pada Protein IL-1β, TNF-α, IFN γ, IκK, JAK1, JAK2, dan caspase Analisis Data 18 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Preparasi Struktur 3D Protein Validasi Metode Docking Molecular Preparasi dan Optimasi Struktur 3 Dimensi Cyanidin dan Peonidin Monoasilasi Docking Cyanidin dan Peonidin Monoasilasi pada Protein IL-1β, TNF-α, IFN γ, IκK, JAK1, JAK2, dan Caspase 3 24 vi

7 4.5 Analisis Data 26 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran 30 DAFTAR PUSTAKA 31 LAMPIRAN 33 vii

8 DAFTAR SINGKATAN FFA GD2PP GDP IFN-γ IL-1β inos IκB IκK JAK MAPK NF-κB NO PPAR- γ STAT 1 : Free fatty acid : Gula darah 2 jam post prandial : Gula darah puasa : Interferon-gamma : Interleukin-1 Beta : Inducible nitric oxide synthase : Inhibitor of kappa B : Inhibitor of kappa B kinase : Janus kinase : Mitogen-activated protein kinase : Nuclear factor-kappa B : Nitric oxide : Peroxisome proliferator-activated receptor-gamma : Signal transducer and activation of transcription TNF-α : Tumour necrosis factor-alpha TZD : Thiazolidinedione viii

9 DAFTAR ISTILAH Afinitas : Kecenderungan suatu senyawa untuk membentuk ikatan kimia dengan senyawa lain. Apoptosis : Kematian sel yang diprogram dalam urutan kejadian yang mengarah pada penghapusan sel tanpa melepaskan zat berbahaya ke daerah sekitarnya Docking Molecular : Metode yang dapat memprediksi interaksi antara protein dengan ligan secara molekuler Glukoneogenesis : Pembentukan glukosa dari senyawa nonkarbohidrat, seperti asam laktat dan beberapa asam amino Hiperglikemi : Keadaan dimana kadar gula darah lebih tinggi dari nilai normal In Silico In vitro : Pemodelan virtual menggunakan komputer : Penelitian yang tidak menggunakan organisme hidup yang utuh, melainkan menggunakan media kultur dalam kondisi terkontrol In vivo : Penelitian yang menggunakan keseluruhan organisme hidup sebagai subjek Insufisiensi : Ketidakmampuan menjalankan fungsinya dengan baik ix

10 Insulitis : Infiltrasi selular pulau Langerhans yang menyebabkan peradangan Monoasilasi : Penggantian atom Hidrogen pada senyawa organik dengan satu gugus asil Prevalensi : Jumlah keseluruhan kasus dalam populasi yang menderita penyakit pada waktu tertentu Proinflamasi : Memicu terjadinya inflamasi Sitokin : Protein yang dihasilkan oleh sel-sel untuk mempengaruhi sel lain Stres oksidatif : Suatu keadaan dimana jumlah radikal bebas di dalam tubuh melebihi kemampuan tubuh untuk menetralkannya x

11 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1 Hasil docking molecular antara Native Ligand dengan Protein IL- 1β, TNF-α, IFN γ, IκK, JAK1, JAK2, dan caspase Tabel 4.2 Hasil docking molecular antara cyanidin dan peonidin monoasilasi dengan protein IL-1β, TNF-α, IFN γ, IκK, JAK1, JAK2, dan Caspase Tabel 4.3 Energi ikatan antara cyanidin dan peonidin dengan protein IL-1β, TNF-α, IFN γ, IκK, JAK1, JAK2, dan Caspase xi

12 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Ubi Ungu 7 Gambar 2.2 Struktur Molekul Cyanidin dan Peonidin Monoasilasi 9 Gambar 2.3 Jalur Induksi Apoptosis Sel Beta Pankreas 13 Gambar 4.1 Struktur Cyanidin monoasilasi setelah dilakukan kalkulasi Single Point dan Geometry Optimization 23 Gambar 4.2 Struktur Peonidin monoasilasi setelah dilakukan kalkulasi Single Point dan Geometry Optimization 24 Gambar 4.3 Struktur Cyanidin setelah dilakukan kalkulasi Single Point dan Geometry Optimization 27 Gambar 4.4 Struktur Peonidin setelah dilakukan kalkulasi Single Point dan Geometry Optimization 27 xii

13 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Skema Umum Penelitian 33 Lampiran 2. Visualisasi interaksi yang terjadi antara cyanidin dan peonidin dengan protein IL-1β, TNF-α, IFN γ, IκK, JAK1, JAK2, dan Caspase 3 34 xiii

14 ABSTRAK Ubi ungu (Ipomoea batatas L.) banyak mengandung antosianin, terutama cyanidin dan peonidin. Cyanidin dan peonidin monoasilasi adalah antosianin mayor pada Ubi ungu dan memiliki stabilitas lebih baik di lingkungan. Protein IL- 1β, TNF-α, IFN γ, IκK, JAK1, JAK2, dan caspase 3 merupakan protein yang berperan dalam kematian sel beta pankreas. Penghambatan aktivitas protein tersebut mampu melindungi sel beta pankreas dari stres oksidatif yang menyebabkan kematian sel. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui mekanisme molekuler dan afinitas cyanidin dan peonidin monoasilasi dari Ubi ungu terhadap protein target dalam memproteksi sel beta pankreas. Metode in silico dengan docking molecular dilakukan menggunakan beberapa software. Analisis data dilakukan dengan membandingkan energi ikatan antara antosianin dengan native ligand. Energi ikatan cyanidin dan peonidin monoasilasi dengan protein target bernilai positif, sehingga diketahui bahwa tidak terbentuk ikatan antara ligan dengan protein target. Berdasarkan data bioavailabiliatas antosianin dari Ubi ungu, gugus asil dan gula pada antosianin monoasilasi akan mengalami hidrolis is menjadi bentuk aglikon antosianin. Oleh karena itu, dilakukan juga docking aglikon cyanidin dan peonidin terhadap protein target. Energi ikatan aglikon cyanidin dan peonidin dengan protein target bernilai negatif, yaitu berkisar antara -8,42 sampai -3,8 kkal/mol dan -8,43 sampai -3,37 kkal/mol. Hal tersebut menunjukan bahwa terdapat ikatan antara ligan dengan protein target. Hasil docking molecular menunjukkan bahwa cyanidin dan peonidin monoasilasi tidak berpotensi dalam memproteksi sel beta pankreas karena tidak dapat berikatan dengan protein target. Namun, aglikon cyanidin dan peonidin memiliki potensi dalam memproteksi sel beta pankreas karena mampu berikatan dengan protein target. Kata kunci: antosianin,ubi ungu, diabetes mellitus, sel beta pankreas, docking molecular xiv

15 ABSTRACT Purple sweet potato (Ipomoea batatas L.) contains anthocyanins, namely cyanidin and peonidin. Cyanidin and peonidin monoacylated is the major anthocyanin in purple sweet potato and have better stability in the environment. IL-1β, TNF-α, IFN γ, IκK, JAK1, JAK2, and caspase 3 are protein that plays a role in the death of pancreatic beta cells. Inhibition of the activity of these proteins are able to protect beta cells from oxidative stress that leads to cell death. This study was conducted to determine the molecular mechanisms and affinity of cyanidin and peonidin monoacylated towards the target protein in protecting pancreatic beta cells. In silico methods with docking molecular was performed using several software. Data analysis is done by comparing the binding energy between the native ligand and anthocyanins. Binding energy of cyanidin and peonidin monoacylated with the target protein is positive, so it can be said that no bonds are formed between the ligand to the target protein. Based on data bioavailability of anthocyanins from purple sweet potato, acyl and sugar group on anthocyanin monoacylated will undergo hydrolysis to the aglycone form of anthocyanins. Therefore, do also docking aglycones cyanidin and peonidin against the target protein. Binding energy of aglycones cyanidin and peonidin with the target protein is negative, ranging from -8,42 to -3,8 kcal/mol and -8,43 to -3,37 kcal/mol. It shows that there is a bond between a ligand to the target protein. Molecular docking results showed that cyanidin and peonidin monoacylated has no potential in protecting pancreatic beta cells because it can not bind to the target protein. However, aglycones cyanidin and peonidin has the potential to protect pancreatic beta cells because it can bind to the target protein. Keywords: anthocyanin, purple sweet potato, diabetes mellitus, pancreatic beta cell, docking molecular xv