Jenis Ikatan Hubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas HKSA pendekatan

UIN Syarif Hidayatullah Jakarta Enzim Inh A atau enoyl acyl carrier protein ACP reductase merupakan suatu enzim yang berperan dalam proses katalisis tahap awal sintesis asam mikolat dimana enzim ini di kode oleh gen inhA. Kepekaan terhadap INH yang disebabkan karena penggabungan INH –NAD akan menghambat aktivitas enzimatik InhA dan akan menghambat sintesis asam mikolat yang merupakan salah satu bahan utama sebagai pembentuk dinding sel. Setelah terjadi perubahan INH menjadi bentuk aktifnya, maka INH ini akan bekerja pada target utamanya yaitu mengganggu Inh A atau enzim enoyl acyl carrier protein ACP reductase melalui adanya ikatan kovalen INH-NAD. Dengan adanya ikatan ini maka terjadi hambatan aktivitas enzimatik Inh A sehingga mengganggu sintesis asam mikolat. Nofriyanda, 2010.

2.8 Jenis Ikatan

Ada beberapa bentuk ikatan yang berperan dalam interaksi ligan-makromolekul. Biasanya dalam bentuk interaksi ikatan intermolekular seperti ikatan ion, ikatan hidrogen, ikatan van der waals, dan ikatan dipol –dipol. Beberapa obat juga membentuk ikatan kovalen terhadap targetnya Patrick, 2001. Selain ikatan tersebut, terdapat ikatan hidrofob yang merupakan salah satu kekuatan penting pada proses penggabungan daerah non polar molekul obat dengan daerah non polar reseptor biologis Siswandono, 2008

2.9 Hubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas HKSA pendekatan

Hansch Pendekatan hubungan struktur dan aktivitas biologis mulai berkembang pesat setelah tahun 1960-an, dengan dipelopori oleh Corwin Hansch dan kawan-kawan, yang menghubungkan struktur kimia dan aktivitas biologis obat melalui sifat-sifat kimia fisika umum seperti kelarutan dalam lemak, derajat ionisasi, atau ukuran molekul Siswandono, 2008. UIN Syarif Hidayatullah Jakarta Analisis Hubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas HKSA merupakan salah satu aplikasi dari kimia komputasi dan juga bagian yang dipelajari dalam bidang kimia medisinal. Dengan metoda analisis HKSA, senyawa yang akan disintesis dapat didesain terlebih dahulu berdasarkan hubungan antara sifat-sifat kimia serta fisik molekul dengan aktivitas biologisnya, dengan menggunakan hubungan tersebut, aktivitas teoritik suatu senyawa baru dapat diprediksi, dan dengan demikian fokus riset dapat dipersempit, biaya dan waktu pun dapat dihemat. Saat ini telah dikenal tiga metoda analisis HKSA yakni metoda HKSA Free-Wilson, metoda Hansch dan metoda HKSA tiga dimensi Kubinyi, 1993. Hansch 1963, mengemukakan suatu konsep bahwa hubungan struktur kimia dengan aktivitas biologis log 1C suatu turunan senyawa dapat dinyatakan secara kuantitatif melalui parameter-parameter sifat kimia-fisika dari substituent yaitu para meter hidrofobik π, elektronik σ dan sterik E s . Model pendekatan ini disebut juga dengan model hubungan energi bebas linier linier free energy relationship = LFER atau pendeakatan ekstra termodinamika. Pendekatan ini menggunakan dasar persamaan Hammet yang didapat dari kecepatan hidrolisis turunan asam benzoat Siswandono, 2008. Proses interaksi obat-reseptor sangat dipengaruhi oleh ikatan kimia, kerapatan elektron, ukuran molekul, dan efek sterokimia. Dalam hubungan struktur dan aktivitas, ketiga parameter tersebut dilibatkan, terutama parameter eketronik dan sterik. Pendekatan hubungan struktur aktivitas melalui parameter sifat kimia fisika oleh Hansch dinyatakan melalui persamaan regresi linier dibawah ini: = + d UIN Syarif Hidayatullah Jakarta  C : Kadar untuk respons biologis baku  : Sumbangan sifat-sifat lipofilk, elektronik, dan sterik dari gugus-gugus terhadap sifat-sifat senyawa induk yang berhubungan dengan aktivitas biologis  a, b, c, dan d : Bilangan yang didapat dari perhitungan analisis regresi linier Siswandono, 2008. 2.9.1 Parameter hidrofobik Parameter hidrofobik lipofilik yang sering digunakan dalam HKSA antara lain adalah logaritma koefisien partisi log P, tetapan π Hansch, tetapan fragmentasi f Rekker- Mannhold dan tetapan kromatografi Rm Siswandono, 2008. Koefisien partisi oktanolair yang dinyatakan dalam log P merupakan standar kuantitas untuk menentukan sifat hidrofobikhidrofilik suatu molekul. Parameter hidrofobikhidrofilik adalah sifat yang sangat penting dalam aplikasi biomedis Katritzky et al., 1996. Koefisien partisi atau log P dapat diartikan sebagai perbandingan konsetrasi suatu senyawa dalam oktanol dan air. Selain log P terdapat juga parameter hidrofobik yang sering digunakan, yaitu koefisien distribusi atau Log D. Koefisien distribusi adalah perbandingan konsentrasi dari seluruh jenis senyawa dalam oktanol dan air. Berdasarkan reaksi disosiasi asam-basa, konsep koefisien partisi digunakan untuk senyawa bersifat kationik, anionic, dan netral ChemAxon, 2014 UIN Syarif Hidayatullah Jakarta 2.9.2 Parameter Elektronik Ada tiga jenis sifat elektronik yang digunakan dalam HKSA model LFER Hansch, yaitu: a. Pengaruh berbagai substituent terhadap reaktivitas bagian molekul yang tidak mengalami perubahan. Penetapannya menggunakan perhitungan orbital molekul, contoh : tetapan σ Hammet b. Sifat elektronik yang berkaitan dengan tetapan ionisasi pKa dan berhubungan bentuk terionkan dan tak terionkan dari suatu senyawa pada pH tertentu. Penetapannya menggunakan persamaan Handerson- Hasselbach. c. Sifat oksidasi-reduksi atau reaktivitas senyawa. Penetapannya menggunakan perhitungan mekanika kuantum dari energi orbital Siswandono, 2008. Energi HOMO Highest Occupied Molecular Orbital dan energi LUMO Lowest Unoccupied Molecular Orbital merupakan deskriptor yang sangat populer dalam kimia kuantum. Orbital-orbital ini memainkan peran yang sangat penting dalam menentukan berbagai reaksi kimia dan dalam penentuan celah pita elektronik. Gambar 2.8 Koefisien Partisi dan Distribusi senyawa terion dan tak terion ChemAxon, 2014 UIN Syarif Hidayatullah Jakarta Energi HOMO berhubungan langsung dengan potensial ionisasi dan sifat kerentanan molekul dalam penyerangan terhadap elektrofil Katritzky et al, 1996. Sedangkan energi LUMO berhubungan langsung dengan afinitas elektron dan sifat kerentanan molekul dalam penyerangan terhadap nukleofil. Selisih antara energi HOMO dan LUMO celah HOMO-LUMO penting dalam penentuan ukuran stabilitas molekul. Molekul dengan celah HOMO-LUMO yang besar berarti molekul tersebut memiliki stabilitas yang tinggi, sehingga memiliki reaktivitas yang rendah dalam reaksi- reaksi kimia. Celah ini juga digunakan pada perkiraan energi eksitasi terendah molekul Katritzky et al., 1996. 2.9.3 Parameter sterik Tetapan sterik substituent dapat diukur berdasarkan sifat meruah gugus-gugus dan efek gugus pada kontak obat dengan sisi reseptor yang berdekatan Siswandono, 2008. Parameter sterik yang sering digunakan para kimiawan dalam setiap kasus adalah indeks topologi untuk melakukan evaluasi terhadap toksisitas dan untuk memprediksi aktivitas biologi. Hal ini karena indeks topologi menawarkan cara yang mudah dalam pengukuran cabang molekul, bentuk, ukuran, siklisitas, simetri, sentrisitas, dan kompleksitas Devillers, 1997. Indeks topologi menjelaskan bahwa suatu struktur kimia, disebut sebagai grafik kimia, yaitu suatu model kimia yang digunakan untuk menjelaskan sifat interaksi antara obyek- obyek kimia atom, ikatan, gugusan atom, molekul, pasangan molekul, dan sebagainya. Salah satu jenis indeks topologi yang ada adalah indeks harary, Indeks Harary yang dinyatakan dengan H diturunkan dari hubungan timbal balik resiprokal matriks jarak dan dari sejumlah sifat-sifat yang menarik. UIN Syarif Hidayatullah Jakarta Indeks ini berdasarkan pada dugaan para kimiawan bahwa situs-situs yang terletak berjauhan dalam suatu struktur seharusnya memiliki pengaruh yang lebih kecil antara satu dengan lainnya daripada situs-situs yang letaknya berdekatan Fatimah, 2008. Indeks Randic atau indeks konektivitas molekular Randic sangat mirip dengan indeks Zagreb, namun lebih dapat diterima dan digunakan secara luas. Secara matematis dituliskan pada persamaan: Sesuai dengan definisi yang diberikan, maka semakin rapat grafik, maka akan semakin rendah harga χ Fatimah, 2008. Selain itu descriptor parameter sterik yang biasa digunakan adalah Refraksi molar molar refraction = M R Refraksi molar dihitung melalui persamaan Lorenz-Lorenz sebagai berikut: M R = n 2 -1 x BM n 2 -1 x d n : indeks refraksi d : kerapatan density Siswandono, 2008. 2.9.4 Analisis statistik HKSA Hansch Perhitungan statistic yang sering digunakan dalam hubungan struktur dan aktivitas melalui parameter-parameter kimia fisika adalah analisa regresi linier dan non linier. Untuk mengetahui hubungan kuantitatif antara struktur kimia dan aktivitas biologis melalui parameter kimia fisika, dapat dilakukan perhitungan statistic dengan bantuan computer, menggunakan program MICROSAT, ABSTAT, QSAR, STATGRAPHIC, STATISTICA, SIGMASTAT, SPSS, atau program statistic lainnya Siswandono, 2008. UIN Syarif Hidayatullah Jakarta Analisa regresi linier bila dilihat dari jumlah variabel bebas yang digunakan, terbagi menjadi dua yaitu analisa regresi linier tunggal yang menggunakan satu variabel bebas dan analisa regresi multi linier Multilinier Regresion yang menggunakan lebih dari satu variabel bebas. Perhitungan regresi linier digunakan untuk mencari hubungan antara aktivitas biologis dengan satu parameter kimia fisika atau lebih. Salah satu contoh bentuk persamaan untuk regresi multilinier yang menggunakan dua dan tiga parameter adalah sebagai berikut: Y = aX 1 + bX 2 + c Y= aX 1 + bX 2 + cX 3 + d X 1 , X 2 , X 3 : parameter-parameter kimia fisika 1, 2, dan 3 Siswandono, 2008. 2.9.5 Kriteria Statistik Keabsahan persamaan yang diperoleh dan arti perbedaan parameter yang digunakan dalam hubungan struktur-aktivitas model Hansch, dapat dilihat dengan beberapa kriteria statistik, seperti r, r 2 , F, t dan s. arti kriteria statistik: a Nilai r koefisien kolerasi menunjukkan tingkat hubungan antara data aktivitas biologis pengamatan percobaan dengan data hasil perhitungan berdasarkan persamaan yang diperoleh dari analisi regresi. Koefisien korelasi adalah angka bervariasi mulai dari 0 sampai 1. Semakin tinggi nilai koefisien kolerasi maka semakin baik hubungannya. b Nilai r 2 menunjukkan berapa aktivitas biologis yang dapat dijelaskan hubungannya dengan parameter sifat fisika-kimia yang digunakan. UIN Syarif Hidayatullah Jakarta c Nilai F menunjukkan kemaknaan hubungan bila dibandingkan dengan tabel F. Makin besar nilai F makin besar derajat kemaknaan hubungan. Nilai F adalah indikator bilangan untuk menunjukkan bahwa hubungan yang dinyatakan oleh persamaan yang didapat, adalah benar atau merupakan kejadian kebetulan. Semakin tinggi nilai F semakin kecil kemungkinan hubungan tersebut adalah karena kebetulan. d Nilai t menunjukkan perbedaan koefisien regresi a, b, c, dan d dari persamaan regresi bila dibandingkan dengan tabel t e Nilai s simpangan baku menunjukkan nilai variasi kesalahan dalam percobaan.

2.10 Penambatan molekuler Molecular Docking