Simulasi Docking Senyawa Kurkumin dan Analognya sebagai Inhibitor Enzim 12-Lipoksigenase

SIMULASI DOCKING SENYAWA KURKUMIN DAN
ANALOGNYA SEBAGAI INHIBITOR ENZIM
12-LIPOKSIGENASE

GITA SYAHPUTRA

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Simulasi Docking Senyawa
Kurkumin dan Analognya sebagai Inhibitor Enzim 12-Lipoksigenase adalah benar
karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam
bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang
berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari
penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di
bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut

Pertanian Bogor.

Bogor, Mei 2014
Gita Syahputra
NIM G851120111

RINGKASAN
GITA SYAHPUTRA. Simulasi Docking Senyawa Kurkumin dan Analognya
sebagai Inhibitor Enzim 12-Lipoksigenase. Dibimbing oleh LAKSMI
AMBARSARI dan TONY IBNU SUMARYADA.
Kurkumin adalah metabolit sekunder yang dihasilkan dari tanaman kunyi
(Curcuma longa) dan temulawak (Curcuma xanthorrhiza) dan temulawak yang
dapat dimanfaatkan sebagai terapi inflamasi. Kurkumin dapat menghambat kerja
enzim lipoksigenase yang merupakan enzim pendegradasi asam arakidonat yang
bertanggung jawab pada efek inflamasi
Interaksi kurkumin dengan enzim 12-lipoksigenase dapat dipelajari melalui
simulasi docking. Simulasi docking digunakan dalam mendesain obat secara
komputasi. Dalam penelitian ini kurkumin dan analognya diinteraksikan dengan
enzim lipoksigenase untuk mendapatkan interaksi yang optimum dengan
parameter yang diamati adalah energi bebas Gibbs (∆G) serta ikatan kimia yang

terbentuk.
Dalam penelitian ini menggunakan metode simulasi docking dengan aplikasi
AutoDockVina. Ligan yang digunakan adalah kurkumin enol, kurkumin keto,
bisdemetoksikurkumin, demetoksikurkumin, analog 1, dan analog 2 sedangkan
reseptornya adalah enzim 12-lipoksigenase. Aplikasi lain yang digunakan adalah
PyMol, LigPlot, dan VMD untuk persiapan ligan dan reseptor sertaToxTree untuk
prediksi toksisitas berdasarkan QSAR.
Hasil yang diperoleh adalah analog 2 memiliki kestabilan yang paling baik
dengan nilai ∆G sebesar -8,8 kkal/mol. Analog 2 diprediksi bersifat toksik dan
berpotensi sebagai senyawa karsinogenik. Analog 1 merupakan alternatif senyawa
sintetik yang potensial sebagai inhibitor enzim 12-lipksigenase berdasarkan nilai
energi bebas Gibbs (∆G) -8,6 kkal/mol, sifat solubilitas, geometri struktur, dan
prediksi toksisitas. Gugus fungsi yang berperan dalam interaksi ligan-reseptor
secara umum adalah gugus fungsi OH pada struktur aromatik, dan gugus fungsi
CO pada struktur rantai tengah.Berdasarkan analisis interaksi kurkumin dan
analognya dapat diketahui bahwa kunyit dan temulawak dapat digunakan sebagai
terapi herbal untuk mengurangi efek inflamasi.
Kata Kunci :Simulasi docking, Kurkumin, Analog, Enzim 12- Lipoksigenase

SUMMARY

GITA SYAHPUTRA. Docking Simulation of Curcumin and Its Analogs as
Inhibitors on 12-Lipoxygenase Enzyme.Supervised by LAKSMI AMBARSARI
and TONY IBNU SUMARYADA
Curcumin is a secondary metabolite which produced from Curcuma longa
and Curcuma xanthorrhiza can be used as an inflammatory therapy. Curcumin
can inhibit lipoxygenase enzymes which are arachidonic acid degrading enzymes
that are responsible for the inflammatory effects.
Interaction of curcumin with 12-lipoxygenase enzyme can be studied
through the docking simulations. Docking simulations used in computational drug
design. In this study the docking of curcumin and its analogs with lipoxygenase
enzymes is amiedto obtain an optimum interaction with the observed parameters
like Gibbs free energy ( G) and the chemical bonds that are formed.
In this research, the docking simulations were performed using
AutoDockVina program. Ligans used are enolcurcumin, ketocurcumin,
bisdemetoxycurcumin, demetoxycurcumin, analog 1, and analog 2 while 12lipoxygenase enzyme was used as the receptor. PyMOL, LigPlot, and VMD were
used for the data analysis in this research and for toxicity prediction, based QSAR,
using AutoDockVina program
The result shows that analog 2 has the best stability with G of -8.8 kcal /
mole. However, analog 2 predicted to be toxic because of potentially carcinogenic
compounds. Analog 1 has shown potential to become an alternative modification

compound as inhibitor of the enzyme 12-lipksigenase based on the value of the
Gibbs free energy ( G) -8.6 kcal / mol, solubility properties, geometry structure,
and toxicity prediction. Functional groups that play a role in ligand-receptor
interactions in general is OH in aromatic structures, and CO in the middle of the
chain structure. Based on the analysis of the interaction of curcumin and its
analogs, Curcuma longa and Curcuma xanthorriza can be used as a herbal
therapy to reduce the effects of inflammation.
Keywords :Docking simulation, curcumin, analog, 12-lipoxygenase enzyme

©Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis
ini dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB

SIMULASI DOCKING SENYAWA KURKUMIN DAN

ANALOGNYA SEBAGAI INHIBITOR ENZIM
12-LIPOKSIGENASE

GITA SYAHPUTRA

Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Biokimia

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014

Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Ir. I Made Artika, M.App.Sc

Judul Tesis : Simulasi Docking Senyawa Kurkumin dan Analognya sebagai Inhibitor Enzim
12-Lipoksigenase

Nama
: Gita Syahputra
NIM
: G851120111

Disetujui oleh
Komisi Pembimbing

Dr. Laksmi Ambarsari, M.S
Ketua

Dr. Tony Ibnu Sumaryada, M.Si
Anggota

Diketahui oleh

Ketua Program Studi
Biokimia

Dekan Sekolah Pascasarjana

Prof. Dr. drh. Maria Bintang, M.S

Dr. Ir. Dahrul Syah, MSc. Agr

Tanggal Ujian:14 Mei 2014

Tanggal Lulus :

PRAKATA
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah subhanahuwata’ala atas
rahmat dan karunia-Nya sehingga penulisan tesis ini dapat diselesaikan. Tesis ini
disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada
Program studi Biokimia Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor.
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada :
1. Dr. Laksmi Ambarsari, M.S dan Dr. Tony Ibnu Sumaryada, M.Si selaku dosen
pembimbing yang telah banyak memberikan ilmu, arahan, bimbingan, waktu,
saran, dan masukan kepada penulis dalam penulisan tesis.
2. Dr. I Made Artika, M.App.Sc selaku dosen penguji luar komisi atas masukan
dan saran bagi penulisan tesis ini.

3. Ibunda Anggarsih Tyas Utami dan ayahanda Gatot Mulyanto, atas segala doa,
perhatian, cinta kasih, motivasi, dan dukungan yang selama ini senantiasa
mengalir tak henti-hentinya kepada penulis.
4. Hari Fitriansyah dan Syahfarhan Pahlevi, kakak dan adik tersayang atas segala
doa dan dukungannya kepada penulis
5. Keluarga Bude Sri Wuryani atas segala doa, dukungan, dan motivasi kepada
penulis
6. Rekan seperjuangan di S2 Biokimia 2012 yang selalu menyemangati satu sama
lain.
7. Pihak yang tidak dapat dituliskan satu per satu, terimakasih atas kerjasamanya.

Bogor, Mei 2014

Gita Syahputra

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL

iii

DAFTAR GAMBAR

iii

DAFTAR LAMPIRAN

iii

1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian

1
1
3
3

2 METODE

Waktu dan Lokasi Penelitian
Alat dan Bahan
Prosedur Penelitian
Pencarian struktur reseptor dan ligan
Simulasi docking
Evaluasi hasil docking
Diagram Alir Penelitian
3 HASIL DAN PEMBAHASAN
Enzim 12-Lipoksigenase (Reseptor)
Kurkumin dan Analognya (Ligan)
Sifat Ligan Berdasarkan Aturan Lipinski
Hasil Analisis Docking
Energi Bebas Gibbs (∆G)
Interaksi Residu dangan Ligan
Ikatan Kimia Residu dengan Analog 2
Ikatan Kimia Residu dengan Asam Arakidonat
Ikatan Kimia Residu dengan Etodolak dengan
Ikatan Kimia Residu dengan Asam Kafeat, Analog 1, dan
Kurkumin Keto
Ikatan Kimia Residu dengan Kurkumin Enol,

Bisdemetoksikurkumin, dan Demetoksikurkumin
Toksisitas Ligan Berdasarkan QSAR
Diskusi Umum

4
4
4
4
4
4
5
5
6
6
9
12
13
14
15
15
16
17

4 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP

28
28
28
29
33
53

18
20
24
25

DAFTAR TABEL
1 Sifat ligan berdasarkan Aturan Lipinski

12

2 Energi bebas Gibbs (∆G) hasil docking
3 Ikatan hidrogen dan interaksi asam amino
4 Prediksi toksisitas ligan

14
22
24

DAFTAR GAMBAR
1 Struktur 5-lipoksigenase, 12-lipoksigenase, 15-lipoksigenase, dan
molekul 3D3L
2 Struktur sekunder enzim 12-lipoksigenase
3 Plot Ramachandran dari enzim 12-lipoksigenase
4 Struktur kurkumin keto, kurkumin enol, bisdemetoksikurkumin,
demetoksikurkumin
5 Struktur analog 1 dan analog 2 beserta gugus fungsi yang diganti dan
atau ditambahkan
6 Struktur asam kaffeat, etodolak, dan asam arakidonat
7 Interaksi dua dan tiga dimensi antara analog 2 dengan reseptor
8 Interaksi dua dan tiga dimensi antara asam arakidonat dengan
reseptor
9 Interaksi dua dan tiga dimensi antara etodolak dengan reseptor
10 Interaksi dua dan tiga dimensi antara asam kaffeat dengan reseptor
11 Interaksi dua dan tiga dimensi antara analog 1 dengan reseptor
12 Interaksi dua dan tiga dimensi antara kurkumin keto dengan reseptor
13 Interaksi dua dan tiga dimensi antara kurkumin enol dengan reseptor
14 Interaksi dua dan tiga dimensi antara bisdemetoksikurkumin dengan
reseptor
15 Interaksi dua dan tiga dimensi antara demetoksikurkumin dengan
reseptor
16 Struktur
kurkumin
enol,
bisdemetoksikurkumin,
dan
demetoksikurkumin dengan gugus hidroksi (OH) dan keton (CO)
yang berperan dalam ikatan hidrogen
17 Gugus yang berperan dalm sifat karsinogen pada analog 2

7
8
9
10
11
11
16
17
18
19
19
20
21
21
22
23
25

DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7

Jenis 20 asam amino
Kontak residu dengan ligan
Persiapan ligan dan protein target
Simulasi docking
Pengamatan interaksi hasil docking
Hasil deteksi rotatable bond ligan
Nilai ∆G ligan dengan reseptor

34
35
36
40
46
47
50

1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Salah satu cara tubuh untuk mempertahankan diri dari agen patologis adalah
dengan melakukan tindakan inflamasi. Ciri-ciri makroskopik dari proses inflamasi
yaitu, rubor (merah), tumor (bengkak), dolor (nyeri), kalor (panas), dan penurunan
fungsi tubuh. Agen patologis penyebab inflamasi adalah mikroba, benda tajam,
suhu, sinar X atau UV, listrik, zat kimia, dan lainnya. Inflamasi yang terjadi terus
menerus akan menyebabkan berbagai penyakit hingga terjadinya proliferasi sel
kanker (Kumar et al, 2005, Underwood, 2004, Constantinides, 1993)
Siklooksigenase (SOX) dan lipoksigenase (LOX) pada manusia merupakan
enzim yang berperan terhadap degradasi asam arakidonat melalui membran
fosfolipid. Siklooksigenase mengubah asam arakidonat menuju prostaglandin,
sedangkan lipoksigenase mengubah asam arakidonat menjadi asam
hidroperoksieikosatetranoat (HPETE) dan menjadi hidroksieikosatetraenoat
(HETE) atau menjadi leukotrien. Prostaglandin dan leukotrien merupakan
senyawa yang bertanggung jawab pada terjadinya inflamasi. Pengobatan inflamasi
yang dilakukan selama ini menggunakan obat jenis NSAID (Non Steroidal Antiinflamatory Drugs), tetapi obat tersebut memiliki efek samping pada
gastrointestinal, yaitu dapat menyebabkan iritasi lambung dan pendarahan (Wong
et al. 2001).
Terapi herbal merupakan salah satu alternatif pengobatan inflamasi salah
satunya menggunakan kurkumin. Kurkumin adalah metabolit sekunder dapat
dimanfaatkan sebagai terapi antiinflamasi. Kurkumin dilaporkan dapat
menghambat kinerja enzim lipoksigenase (LOX) yang merupakan enzim
pendegradasi asam arakidonat. Kurkumin memiliki ketahanan terhadap pH
lambung (Kumar et al, 2007, Tanu, et.al, 2002, Wong et.al, 2001, Jankun, et.al.
2000, Jankun et.al. 2006, Huang et.al. 1995, Aggrawal, et.al, 2008). Namun, efek
kurkumin terhadap enzim 12-lipoksigenase belum banyak diketahui interaksi
kestabilannya. Hal tersebut dapat diketahui secara in silico menggunakan metode
simulasi docking.
Kunyit (Curcuma longa) dan temulawak (Curcuma xanthorhiza) merupakan
tanaman yang biasa digunakan dan merupakan komoditas bahan alam andalan
Indonesia. Kedua tanaman tersebut dilaporkan mengandung senyawa
kurkuminoid yang bermanfaat untuk terapi suatu penyakit. Temulawak
mengandung turunan kurkuminoid berupa kurkumin dan demetoksikurkumin,
adapun pada kunyit mengandung kurkumin, demetoksikurkumin, dan
bisdemetoksikurkumin (Kertia & Sudarsono, 2005). Dalam perkembangannya,
kurkumin dilaporkan memiliki beberapa manfaat antara lain sebagai antioksidan
(Majed, et al. 1995, Rao, et al. 1993), antikanker (Huang, et.al. 1995, Aggrawal,
et.al, 2008, Shisodia, et.al, 2007, Kunnumakkara, et.al, 2008a, Kunnumakkara,
et.al, 2008b), anti-HIV (Mazmuder et.al, 1997, Barthelemy, et.al, 1998, Jagetia,
et.al, 2007), hepatoprotektif dan neproprotektif (Goel, et.al, 2008). Beberapa
negara seperti India, Cina, dan negara-negara Asia Tenggara seperti Indonesia,
memanfaatkan zat warna kuning dari kurkumin sebagai bahan tambahan
makanan, bumbu, maupun obat-obatan yang tidak berakibat toksik (Meiyanto,

2

1999). Kurkuminoid diketahui berpotensi sebagai antiinflamasi (Jankun, et.al.
2000, Jankun et.al. 2006, Huang et.al. 1995, Aggrawal, et.al, 2008).
Berdasarkan hasil analisis struktur kurkumin, secara farmakologi aktivitas
kurkumin terdapat pada gugus-gugus fungsionalnya seperti ikatan rangkap pada
rantai tengah, gugus gugus β-diketon, dan gugus hidroksi fenolik. Aktifitas
antiinflamasi oleh kurkumin terdapat pada gugus fungsi hidroksi fenolik
(Mukhopadhyay et.al, 1982). Penelitian mengungkapkan bahwa kurkumin dapat
menghambat enzim 12-lipoksigenase pada trombosit manusia. Kurkumin dengan
dosis tertentu dapat menekan pembentukan leukotrien. Hasil penelitian
menyebutkan bahwa dosis kurkumin 5-10 M berpotensi menghambat
metabolisme asam arakidonat sekitar 50% (Huang et.al. 1995)
Penggunaan senyawa analog kurkumin digunakan untuk pengembangan
kandidat obatn dengan mencari senyawa yang berpotensi memiliki aktivitas
farmakologi yang sama dengan kurkumin. Strategi yang digunakan adalah dengan
mencari senyawa baru dengan dua cara, yaitu: (1) modifikasi struktur dan turunan
kurkumin serta (2) formulasi. Penelitian hingga kini banyak dilakukan modifikasi
analog dan turunan kurkumin, untuk memperoleh senyawa yang lebih potensial,
stabil, aman, dan memiliki aktivitas yang lebih spesifik (Ritmaleni dan Ari
Simbara, 2010). Modifikasi struktur senyawa kurkumin secara in silico
diharapkan dapat menjadi langkah awal desain senyawa obat sebelum dilakukan
penelitian secara in vivo dan in vitro. Selain itu, pendekatan secara in silico dapat
memberikan keuntungan yaitu menghemat biaya dan waktu penelitian.
Modifikasi struktur molekul berguna untuk mendapatkan struktur yang lebih
stabil dalam berinterksi dengan protein target (enzim 12-lipoksigenase).
Modifikasi struktur senyawa kurkumin bertujuan untuk mengetahui kandidat obat
yang potensial berdasarkan kemampuan interaksinya (interaksi inhibisi) dengan
enzim yang berkaitan dengan aktivitasnya. Salah satu modifikasi struktur senyawa
kurkumin yaitu Pentagamavunon-0 (PGV-0) (Yuwono, T dan Oetari, R.A, 2004).
Adelin (2013) melakukan penelitian dengan memodifikasi struktur kurkumin dan
melihat pengaruh inhibisi terhadapat enzim siklooksigenase-2 secara in silico.
Penelitian mengenai interaksi molekular antara 12-lipoksigenase dengan
kurkumin, bisdemetoksikurkumin, dan demetoksikurkumin telah dilakukan oleh
Utami (2009), Tasbichaty (2010), dengan menganalisis dinamika molekularnya.
Akan tetapi, energi bebas Gibbs (∆G) yang didapatkan memiliki nilai ∆G positif,
yang menunjukan tidak adanya interaksi antara enzim 12-lipoksigenase dengan
kurkumin dan kedua turunan alaminya. Selain itu penelitian lain yang serupa
telah dilakukan oleh Edwita (2012), tetapi penelitian tersebut tidak
menggambarkan kestabilan interaksi dengan perhitungan energi bebas Gibbs (∆G)
dan tidak diketahui residu yang terlibat dengan enzim.
Simulasi docking dalam penelitian ini menggunakan piranti lunak AutoDock
Vina. Reseptor yang digunakan adalah enzim 12-lipoksigenase dan ligan yang
digunakan adalah kurkumin enol, kurkumin keto, bisdemetoksikurkumin,
demetoksikurkumin, analog 1, dan analog 2. Tahap awal adalah persiapan reseptor
dan ligan. Reseptor diamati kestabilannya dengan Plot Ramachandran sedangkan
ligan diamati sifat hidrofob/hidrofil dengan aturan Lipinski. Parameter yang
diamati dalam docking adalah kestabilan konformasi reseptor-ligan melalui nilai
∆G dan interksi ligan-reseptor. Tahap akhir adalah evaluasi hasi docking dengan
mengamati interaksi ligan-reseptor melalui piranti lunak PyMol dan LigPlot++.

3

Prediksi toksisitas (QSAR) dari ligan diamati dengan ToxTree. Manfaat penelitian
ini dapat digunakan sebagai informasi ilmiah kandidat obat dari bahan aktif
senyawa kurkumin dan analognya sebagai inhibitor enzim 12-lipoksigenase.

Perumusan Masalah
Pemanfaatan kurkumin telah dilakukan secara empirik oleh masyarakat
tanpa adanya suatu kontrol. Kurkumin tersebut dilaporkan dapat menjadi terapi
herbal untuk penyembuhan penyakit. Beberapa penelitian menyebutkan bahwa
kurkumin dapat menginhibisi enzim 12-lipoksigenase sehingga dapat mengurangi
efek inflamasi. Pemanfaatan kurkumin dan turunannya sebagai terapi herbal suatu
penyakit belum diketahui senyawa aktif spesifik yang bertanggung jawab dalam
mengurangi efek inflamasi. Melalui teknik in silico, penelitian ini dapat diketahui
interaksi antara kurkumin dan analognya sebagai inhibitor enzim 12lipoksigenase.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah mendapatkan energi bebas Gibbs (∆G) dan
interaksi ikatan kimia yang terbentuk antara kurkumin dan analognya terhadap
enzim 12-lipoksigenase dengan simulasi docking. Penelitian ini juga menentukan
senyawa analog kurkumin terbaik sebagai inhibitor enzim 12-lipoksigenase

2 METODE
Waktu dan Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan pada bulan Juli - Desember 2013 di Laboratorium
Komputer, Departemen Fisika, Institut Pertanian Bogor (IPB), Bogor, Jawa Barat.
Alat dan Bahan
Penelitian ini dilakukan secara in silico sehingga alat yang digunakan
berupa seperangkat peralatan komputer. Bahan pada penelitian in silico tidak
menggunakan bahan alami, tetapi menggunakan struktur kimia enzim 12lipoksigenase, kurkumin dan analognya yang dapat diunduh melalui situs
database.
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini dibagi dalam dua kelompok,
yaitu piranti keras dan piranti lunak. Piranti keras yang digunakan dalam
penelitian memiliki spesifikasi Random Access Memory (RAM) 12GB, prosesor
Intel Core i7 3,3 GHz. Perangkat computer tersebut telah dilengkapi piranti lunak
Marvin Sketch 6.0, AutoDock Vina, PyMol 1.3, LigPlot ++ 1.4.5, VMD.
Bahan – bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah struktur molekul
enzim 12-lipoksigenase, kurkumin enol, kurkumin keto, bisemetoksikurkumin,
demetoksikurkumin, serta dua buah analog (analog 1 dan analog 2). Kontrol
agonis adalah subtsrat asam arakidonat yang berikatan secara normal dengan
enzim 12-lipoksigenase, sedangkan sebagai kontrol antagonis digunakan etodolak
dan asam kaffeat. Data struktur kristal 3 dimensi (3D) dari enzim 12lipoksigenase diunduh dari RSCB PDB (Berman et.al 2000)
Prosedur Penelitian
Pencarian struktur reseptor dan ligan
Tahap awal untuk melakukan simulasi docking adalah menentukan reseptor
dan ligan yang akan diuji. Reseptor yang digunakan berupa enzim 12lipoksigenase. Struktur protein target dapat diunduh melalui situs
www.rscb.org/pdb, adapun struktur ligan dapat diperoleh dengan menggambarkan
struktur 2 dimensi (2D) dan 3 dimensi (3D) pada piranti lunak MarvinSketch.
Simulasi docking diperlukan struktur 3D dari protein target dan ligan. Sebelum
melakukan simulasi docking, data-data struktur molekul dan data lainnya
disimpan dalam satu folder pada satu direktori kerja.
Sebelum dilakukan simulasi docking perlu dilakukan analisis sifat
bioavaibilitas ligan dengan menggunakan aturan Lipinski (Lipinski, 2007).
Protein yang akan dilakukan simulasi docking perlu dilakukan analisis struktur
sekunder dan posisi ramachandran dengan menggunakan piranti lunak VMD.
Prosedur penelitian lengkap dapat dilihat pada lampiran 3.
Simulasi docking
Setelah mendapatkan protein target dan ligan, maka simulasi docking siap
dilakukan. menggunakan piranti lunak AutoDock Vina. Protein target dan ligan

5

yang akan dilakukan simulasi menggunakan format .pdbqt yang merupakan
format untuk molekul yang telah ditambahkan muatan atom. Kalkulasi docking
menggunakan algoritma Lamarckian Genetic Algorithm (LGA). Setiap ligan yang
disimulasi dilakukan replikasi sebanyak sepuluh kali untuk mendapatkan energi
bebas Gibbs (∆G) yang terbaik. Prosedur penelitian lengkap dapat dilihat pada
lampiran 4.
Evaluasi hasil docking
Tahap terakhir adalah evaluasi hasil docking dengan menggunakan piranti
lunak Ligplot ++ dan PyMol . Hasil yang didapatkan adalah interaksi antara
kurkumin dengan enzim 12-lipoksigenase. Penentuan konformasi protein dengan
ligan hasil docking dengan memilih konformasi ligan yang memiliki energi bebas
Gibbs (∆G) yang paling rendah. Analisis ikatan hidrogen dan residu kontak antara
ligan dan protein target dapat diamati dengan menggunakan piranti lunak Ligplot
++
dengan format .pdb. Prosedur penelitian lengkap dapat dilihat pada lampiran 5
Diagram Alir Penelitian

Ligan

Reseptor

-Pencarian struktur kurkumin
dan analognya
-Penggambaran struktur 2D
-Konversi menjadi struktur 3D
-Mendapatkan aturan lipinski

-Pengunduhan molekul protein
-Penghilangan molekul air
-Penghilangan molekul kontaminan
-Melihat plot Ramachandran
Simulasi Docking

Struktur kurkumin dan analog

Struktur enzim 12-lipoksigenase
AutoDock Vina

-Pengaturan grid box
-Pendeteksian rotatable bond
-Interaksi protein dan ligan
-Mendapatkan energi bebas Gibbs (∆G)
Hasil Docking

Analisis

Energi bebas Gibss (∆G)

Ikatan Hidrogen

Interaksi Hidrofob

Prediksi Toksisitas (QSAr)

3 HASIL DAN PEMBAHASAN
Docking adalah metode yang digunakan untuk memprediksikan orientasi
antara satu molekul dengan molekul yang lainnya ketika terjadi suatu gaya satu
sama lain untuk membentuk suatu ikatan yang stabil (Langauer dan Rarey, 1996).
Prinsipnya adalah teknik penempatan ligan ke dalam sisi aktif reseptor yang
dilanjutkan dengan evaluasi molekul berdasarkan konformasi struktur dan sifat
seperti elektrostatik (Kroemer, 2003). Simulasi docking dapat dipergunakan untuk
memperoleh mekanisme kerja suatu senyawa kimia atau makromolekul seperti
protein maupun peptida, dalam skala molekuler sehingga dimungkinkan untuk
mendesain obat berbasis struktur (Ali et.al, 2007). Kegunaannya adalah
pembuatan konformasi ligan-protein. Pada program penambatan, proses pencarian
posisi dengan mengkondisikan ligan bersifat fleksibel dan protein bersifat kaku.
Setiap posisi dievaluasi berdasarkan bentuk dan karakteristik seperti elektrostatik
untuk menemukan posisi yang paling disukai (Okimoto et al. 2009)
Enzim 12-Lipoksigenase (Reseptor)
Tahap awal pada penelitian ini adalah pencarian struktur reseptor dan ligan.
Reseptor adalah makromolekul yang digunakan sebagai target spesifik dari
penambatan suatu ligan (obat, hormon, neurotransmiter), sedangkan ligan adalah
senyawa dengan bobot molekul kecil yang terikat spesifik pada reseptor (Okimoto
et al. 2009). Struktur ligan disiapkan menggunakan piranti lunak MarvinSketch,
sedangkan struktur reseptor diunduh dari Protein Data Bank (PDB) pada website
www.rscb/pdb.org. Tahap ini bertujuan untuk mempersiapkan reseptor dan ligan
untuk dapat dilakukan simulasi docking.
Protein Data Bank (PDB) adalah arsip dari data struktural makromolekular
biologis yang mencakup lebih dari 32.500 struktur. Data tersebut terdiri atas
proyek yang menyumbangkan struktur, pengidentifikasi target, nama protein,
organism sumber, status produksi (klon, ekspresi, dan kristalisasi), referensi
terkait, serta link untuk proyek terkait. Protein target dapat dicari berdasarkan
nama protein, nama pengidentifikasi target, sekuens yang mirip, program, atau
organism asal. Hasil yang disimpan dalam format FASTA, .txt, dan .pdb
(Kouranov et al. 2006). MarvinSketch merupakan aplikasi untuk menggambar
struktur kimia yang dapat menampilkan karakteristik dari struktur tersebut dengan
menggunakan menu-menu yang disediakan.
Hasil yang didapatkan pada tahap ini adalah struktur enzim 12-lipoksigenase
yang diunduh dari PDB dengan indeks 3D3L, sedangkan ligan yang digunakan
adalah
kurkumin
enol,
kurkumin
keto,
bisdemetoksikurkuimin,
demetoksikurkumin, analog 1, dan analog 2 yang strukturnya dirancang melalui
Marvin Sketch merujuk pada database NCBI (National Center for Biotechnology
Information).
Lipoksigenase yang terdapat pada manusia terdiri atas tiga bentuk isozim,
yaitu 5-lipoksigenase (EC 1.13.11.34), 12-liposkigenase (EC 1.13.11.31), dan 15lipoksigenase (EC 1.13.11.33) (gambar 1a, 1b, 1c) (Brash 1999). Enzim 12lipoksigenase merupakan protein globular dengan indeks pada PDB (Protein Data
Bank) adalah 3D3L (A crystal structure of lipoxygenase domain of human

7

arachidonate 12-lipoxygenase, 12S-type (CASP Target)). Makromolekul 3D3L
adalah struktur enzim 12-lipoksigenase yang berikatan dengan Fe (zat besi).
Makromolekul 3D3L terdapat pada sitoplasma sel pada jaringan kulit manusia.
Protein 3D3L merupakan monomer dengan dua subunit (gambar 1d), yang tiap
subunitnya memiliki 663 residu asam amino. Kristal 3D3L memiliki resolusi 2,6
Å dan menempati volume sebesar 5,9 x 7,0 x 7,8 nm3 (Tresaugues, 2008).
Struktur protein 3D3L memiliki dua subunit, tetapi hanya digunakan salah satu
subunitnya saja. Hal ini didasarkan pada penelitian Tresaugues (2008), yang
melaporkan bahwa kedua subunit memiliki jumlah, urutan asam amino, sifat fisik
serta asam amino pengikat ligan yang sama.

(a)

(b)

(c)

(d)
Gambar 1 Struktur (a) 5- lipoksigenase, (b) 12-lipoksigenase (c)
15-lipoksigenase, dan (d) molekul 3D3L
Struktur protein yang diunduh dari PDB umumnya memiliki struktur protein
yang masih mengandung molekul pelarut (air), dan residu lainnya. Dalam
simulasi docking diperlukan struktur protein tersebut dihilangkan molekul ligan

8

dan air. Penghilangan molekul ligan dan air digunakan untuk mendapatkan
struktur sekunder 3D3L dan kemudian disimpan dalam format .pdb (gambar 1b).
Struktur dari enzim 12-lipoksigenase yang telah siap untuk dilakukan simulasi
docking (gambar 2)
Struktur sekunder merupakan rantai polipeptida yang membentuk susunan
yang ikatan hidrogen teratur di antara ikatan peptida. Struktur α-heliks dan β-sheet
terbentuk akibat adanya ikatan hidrogen di dalam atau di luar rantai. Ikatan
hidrogen memberikan stabilitas yang tinggi pada α-heliks dan β-sheet (Lehininger,
1982)

Keterangan:

: lembaran beta
: putaran
: tidak ada struktur sekunder
: spiral 3/10

: spiral alfa
: spiral phi
: belokan

: jembatan beda

Gambar 2 Struktur sekunder enzim 12-lipoksigenase (sumber: www.pdb.org)
Hasil pengamatan struktur sekunder (PDB) dapat diketahui bahwa enzim 12lipoksigenase terdiri atas 44% α-heliks dan 4% β-sheet. Adapun 52% strukturnya
merupakan struktur turn dan loop. Turn dan loop merupakan struktur sekunder
yang menghubungkan struktur α-heliks dan β-sheet dengan panjang bervariasi dan
bentuk tak beraturan (Ngili, 2013). Residu pada enzim 12-lipoksigenase yang
dapat membentuk struktur turn maupun loop adalah prolin, treonin, atau serin.
Prolin yang memiliki struktur imidazol sedangkan treonin dan serin memiliki
struktur alifatik yang fleksibel untuk membentuk struktur loop dan turn. (Ngili,
2013)
Berdasarkan plot Ramachandran digunakan terlihat bahwa enzim 12lipoksigenase merupakan struktur yang stabil (gambar 3).

9

I

II

Ψ

III
IV
Φ
Gambar 3 Plot Ramachandran dari enzim 12-lipoksigenase menggunakan VMD
Hasil yang didapatkan bahwa plot Ramachandran yang dimiliki oleh enzim
12-lipoksigenase menunjukan bahwa lebih dari 90% residu asam amino terdapat
pada daerah hijau atau biru (kuadran I dan III). Adapun residu yang berada di luar
wilayah hijau biru (kuadran II dan IV) merupakan asam amino yang memiliki
halangan sterik yang besar, sehingga menurunkan jumlah konformasi yang
terbentuk, seperti residu Glisin (Gly)..
Sudut phi (Φ) dan psi (Ψ) menggambarkan koordinat tiga dimensi protein.
Sudut phi terbentuk sepanjang ikatan N – Cα, sedangkan sudut psi terbentuk
sepanjang ikatan Cα – C. Setiap residu asam amino memiliki sudut phi dan psi
tertentu untuk membentuk struktur sekunder yang stabil. Asam amino yang berada
pada koordinat I stabil pada struktur β-sheet paralel dan antiparalel, adapun
koordinat II menggambarkan asam amino yang stabil pada α-helix (tangan kiri).
Koordinat III merupakan asam amino yang stabil pada struktur α-helix (tangan
kanan), sedangkan koordinat IV merupakan ditempati oleh asam amino dengan
halangan sterik yang besar (Ngili, 2013)
Kurkumin dan Analognya (Ligan)
Ligan yang digunakan dalam penelitian ini adalah senyawa kurkumin dan
analognya yaitu kurkumin enol dan keto, bisdemetoksikurkumin,
demetoksikurkumin, analog 1, dan analog 2. Struktur ligan dapat diketahui dari
website www.ncbi.nih.gov/pubmed. Sebelum dilakukan simulasi docking, ligan
disiapkan dengan cara menggambar struktur dalam struktur dua dimensi kemudian
diubah menjadi tiga dimensi dalam format .pdb menggunakan Marvin Sketch
(gambar 4)
Kurkumin dan analognya memiliki struktur dasar yang sama, dengan adanya
dua gugus benzena dan rantai alifatik ditengahnya. Kurkumin keto memiliki
gugus metoksi (OCH3) dan hidroksi (OH) pada kedua gugus benzena, sedangkan
pada rantai tengah adanya gugus diketon (CO) (gambar 4a). Kurkumin enol
(gambar 4b) memiliki struktur yang sama dengan kurkumin keto, hanya berbeda
pada rantai tengahnya, kurkumin keto menambahkan satu gugus hidroksi (OH)
pada gugus diketon (CO) pada kurkumin keto. Struktur bisdemetoksikurkumin

10

dan demetoksikurkumin (gambar 4c dan 4d) memiliki struktur yang hampir mirip,
keduanya memiliki gugus hidroksifenolik pada kedua gugus benzena. Rantai
tengah kedua struktur tersebut memiliki gugus hidroksi dan keton. Namun pada
demetoksikurkumin memiliki perbedaan dengan adanya tambahan gugus metoksi
pada salah satu gugus benzena.

(a)

(b)

(c)

(d)

Gambar 4 Struktur (a) kurkumin keto (b) kurkumin enol
(c) bisdemetoksikurkumin (d) demetoksikurkumin
Penggunaan ligan (kurkumin dan analognya) adalah merujuk pada aktifitas
farmakologinya sebagai penghambat eznim 12-lipoksigenase. Kurkumin memilik
efek farmakologi sebagai antiinflamasi dengan menghanmbat enzim 12lipoksigenase (Nardo et al. 2009). Penelitian membuktikan bahwa respon imun
oleh kurkumin memainkan peranan penting dalam pengobatan inflamasi
(Srivastava et al. 2010). Kurkumin memperlihatkan aktivitas antiinflamasi dan
antipoliferasi dengan menurunkan oksidatif reaktif (ROS/reactive ocygen species)
(Ravindran et al. 2010).
Kurkumin juga dilaporkan dapat menghambat pembentukan sel kanker,
seperti kanker prostat, kanker payudara, dan kanker paru-paru (Nie et al. 1998),
(Natarajan et al. 1997), (Soriano et al. 1999). Mekanisme antiinflamasi yang
terlibat dalam potensi antikanker adalah: (1) penghambatan NF-kB dan COX-2
(peningkatan kadar COX-2 berhubungan dengan jenis kanker) (Surh et.al, 2001.,
Huang, et.al. 1991) ,(2) penghambatan metabolisme asam arakidonat melalui
enzim lipoksigenase dan pengikatan radikal bebas oleh jalur enzimatik ini
(Huang, et.al. 1991), (3) penurunan ekspresi inflamasi IL-1b, Il-6, dan TNF-α,
yang mengakibatkan hambatan pertumbuhan sel kanker (Cho et.al, 2007), (4)
penghambatan regulasi enzim seperti protein kinase C, yang dapat bertindak
sebagai agen inflamasi dan proliferasi sel tumor (Liu et.al, 1993).
Analog 1 dan 2 (gambar 5a dan 5b) merupakakan senyawa sintetik yang
strukturnya mirip dengan kurkumin. Penelitian ini menggunakan dua analog
kurkumin yang telah dimodifikasi oleh Ohtsu, H et.al. (2002). Penggunakan dua
analog tersebut karena kedua analog tersebut mempertahankan topografi struktur
kurkumin, sehingga diharapkan memiliki aktivitas biologi yang sama, selain itu
modifikasi senyawa kurkumin diharapkan sebagai usaha untuk mengembangkan

11

kandidat obat baru. Analog kurkumin yang digunakan dalam penelitian ini dipilih
yang memiliki gugus fungsi yang ditambahkan atau diganti dengan gugus hidroksi
(-OH) atau metoksi (-OCH3). Gugus fungsi pada analog dengan gugus yang lebih
polar memungkinkan adanya interaksi yang lebih baik terhadap residu asam
amino enzim 12-lipoksigenase.

(a)

(b)

Gambar 5 Struktur (a) analog 1 (b) analog 2 beserta gugus fungsi
yang diganti dan atau ditambahkan
Ligan yang digunakan sebagai kontrol dalam penelitian ini merupakan obat
antiinflamasi yang telah digunakan yaitu etodolak dan asam kaffeat. Kontrol
lainnya merupakan asam arakidonat yang merupakan ligan alami dari enzim 12lipoksigenase.

(a)

(b)

(c)
Gambar 6 Struktur (a) asam kaffeat (b) etodolak, dan (c) asam arakidonat
Struktur asam kaffeat (gambar 6a) memiliki struktur yang rigid dengan
adanya tiga buah rotatable bond (lampiran 6), dengan adanya gugus benzena
dengan dua buah gugus OH yang tersubstitusi orto.Struktur etodolak (gambar 6b)
memiliki struktur yang rigid, dengan memiliki lima buah rotatable bond, yaitu
ikatan yang dapat berotasi. Jumlah rotatable bond mempengaruhi fleksibilitas
struktur dalam berinteraksi dengan residu dari reseptor, makin banyak rotatable
bond, maka makin fleksibel senyawa tersebut. Struktur etodolak memiliki struktur
benzena dan imidazol dengan tambahan gugus alkil dan karboksilat. Struktur

12

asam arakidonat (gambar 6c) merupakan asam lemak essensial yang tersusun dari
20 atom C dengan empat ikatan rangkap.
Alasan penggunaan asam kafeat dan etodolak merujuk pada struktur dari
keduanya yang memiliki cincin siklik yang dimiliki juga oleh kurkumin (gambar
6), asam kafeat dan etodolak dilaporkan menghambat spesifik pada enzim 12lipoksigenase.
Sifat Ligan Berdasarkan Aturan Lipinski
Pemilihan ligan dan analognya serta kontrol yang digunakan dalam
penelitian ini selanjutnya dilakukan analisis menggunakan aturan Lipinski. Aturan
Lipinski dapat menunjukan tingkat hidrofob/hidrofilitas molekul obat sebelum
dilakukan simulasi docking. Aturan Lipinski tersebut adalah (1) berat molekul
kurang dari 500 Da (2) logP kurang dari 5, (3) jumlah donor ikatan hidrogen
kurang dari 5, dan (4) jumlah akseptor ikatan hidrogen kurang dari 10 (Lipinski
et.al, 1997). Berdasarkan data dari tabel 3 dapat dilihat bahwa kurkumin dan
analognya memiliki berat molekul kurang dari 500 mg/mol, nilai hydrogen bond
donor maupun acceptor, dan nilai log P yang memenuhi kriteria dari Aturan
Lipinski.
Tabel 1 Sifat ligan berdasarkan Aturan Lipinski
Nama Struktur
Kurkumin enol
Kurkunin keto
Bisdemetoksikurkumin
Demetoksikurkumin
Analog 1
Analog 2
Etodolak
Asam kafeat
Asam arakidonat

Rumus
Struktur
C21H20O6
C21H36O6
C19H16O4
C20H18O5
C22H22O6
C24H26O6
C17H21NO3
C11H12O2
C20H32O2

Berat
Molekul

Log
P

368,3799 3,76
385,5069 2,18
308,3279 4,07
338,3539 3,92
382,4065 3,9
410,4596 4,45
287,3535 3,44
176,2118 2,87
304,4669 6,59

Jumlah
donor
ikatan
hidrogan
3
2
3
3
2
1
1
2
0

Jumlah
akseptor
ikatan
hidrogen
6
6
4
5
6
6
3
2
2

Sifat fisikokimia ligan berdasarkan aturan Lipinski digunakan untuk
menentukan karakter hidrofobik/hidrofilik suatu senyawa untuk melalui membran
sel secara difusi pasif. Nilai log P menyatakan koefisien kelarutan dalam
lemak/air yang memiliki rentang -0,4 – 5. Berat molekul yang lebih dari 500 Da
tidak dapat berdifusi menembus membran sel dengan cara difusi pasif. Semakin
besar nilai log P, maka semakin hidrofobik molekul tersebut. Molekul yang
memiliki sifat terlalu hidrofobik cenderung memiliki tingkat toksisitas yang tinggi
karena akan tertahan lebih lama pada lipid bilayer dan terdistribusi lebih luas di
dalam tubuh sehingga selektifitas ikatan terhadap enzim target menjadi berkurang.
Nilai log P yang terlalu negatif juga tidak baik karena jika molekul tersebut tidak
dapat melewati membran lipid bilayer. Jumlah donor dan akseptor ikatan hidrogen
mendeskripsikan semakin tinggi kapasitas ikatan hidrogen, maka semakin tinggi
energi yang dibutuhkan agar proses absorpsi dapat terjadi. Secara umum aturan

13

Lipinski menggambarkan solubilitas senyawa tertentu untuk menembus membran
sel oleh difusi pasif (Lipinski et.al, 1997).
Hasil Analisis Docking
Simulasi docking bertujuan untuk mengetahui orientasi antara kurkumin dan
analognya terhadap enzim 12-lipoksigenase untuk membentuk ikatan yang stabil.
Adapaun parameter kestabilan yang ditentukan adalah energi bebas Gibbs (∆G)
dan interaksi ikatan kimia yang terbentuk. Simulasi docking merupakan
pendekatan untuk desain rasional obat menggunakan komputasi untuk menguji
aktivitas biologis suatu senyawa. (Giraldo et.al, 2007, Reddy et.al, 2007)
Docking merupakan metode simulasi untuk mengetahui orientasi antara
ligan dengan reseptor. Proses docking terbagi atas dua jenis, yaitu blind docking
dan oriented docking. Blind docking merupakan proses docking yang dilakukan
tanpa mengetahui letak sisi aktif dari reseptor dengan tepat, sedangkan oriented
docking merupakan proses docking yang dilakukan dengan telah mengetahui letak
sisi aktif dari reseptor dengan tepat. Penelitian ini dilakukan dengan proses blind
docking, karena belum mengetahui parameter grid box dari enzim 12lipoksigenase. Reseptor yang digunakan bersifat rigid sedangkan ligan besifat
fleksibel. (Giraldo et.al, 2007, Reddy et.al, 2007)
AutoDock Vina adalah salah satu piranti lunak docking, dirancang untuk
memprediksikan bagaimana molekul-molekul kecil seperti substrat atau inhibitor
terikat pada reseptor dalam bentuk struktur 3D. Pada dasarnya, AutoDock Vina
terdiri dari dua program utama, yaitu AutoDock yang membantu proses docking
dari ligand ke sekumpulan grids yang mendiskripsikan protein yang dituju,
AutoGrid yang membantu perhitungan grids tersebut. Hal ini dapat digunakan
sebagai pedoman dalam perancangan struktur kimia agar diperoleh ikatan yang
lebih baik lagi. Bahan yang telah siap dipreparasi dengan parameter AutoGrid,
kemudian dilakukan validasi menggunakan kontrol. Setelah itu, dilakukan
penambatan dan dilakukan analisis visual dengan piranti lunak tertentu
(Lindstrom, et. al. 2008, O. Troot dan A.J Olson, 2010)
Proses docking pada AutoDock Vina menggunakan algoritma Lamarckian
Genetic Algorithm (LGA). Algoritma tersebut merupakan penggabungan antara
algoritma Local Search dan Genetic Algorithm. Nilai energi hasil docking
dipengaruhi oleh search run, yang merupakan pengulangan yang dilakukan dalam
proses docking (Samira, 2009). Penelitan ini dilakukan pengulangan sebanyak 10
kali dalam sekali docking, sehingga akan dihasilan 10 pose pada ligan untuk
mendapatkan energi bebas Gibbs (∆G) terbaik (Lampiran 7)
Sebelum dilakukan simulasi docking format .pdb pada ligan dan reseptor
harus diubah ke dalam format .pdbqt. Format .pdb pada ligan dan reseptor
menunjukan tidak adanya muatan pada molekul tersebut, sedangkan format .pdbqt
menunjukan adanya muatan parsial pada masing-masing atom. Proses persiapan
lain yang dilakukan sebelum dilakuan simulasi docking adalah persiapan ligan
dengan mengetahui jumlah rotatable bond dari ligan. Hal ini digunakan untuk
mengetahui fleksibilitas suatu ligan. Semakin banyak jumlah rotatable bond, ligan
yang digunakan makin fleksibel (Lampiran 6). Proses lain yang perlu disiapkan
adalah penentuan grid box untuk menentukan ruang rotasi ligan terhadap posisi
reseptor. Penelitian ini menggunakan grid box yang besar, agar ligan dapat

14

berotasi bebas untuk mencari tempat paling stabil pada reseptor (Samira, 2009).
Koordinat grid box yang digunakan adalah x=-0,722, y=-4,000 dan z=-6,889
Energi Bebas Gibbs (∆G) Reseptor dengan Ligan
Simulasi docking pada penelitian ini dilakukan dalam kondisi ligan fleksibel.
Kondisi fleksibel digunakan untuk penyesuaian struktur ligan yang paling stabil
berinteraksi dengan reseptor. Parameter kestabilan yang diamati adalah energi
bebas Gibbs (∆G). Semakin negatif nilai ∆G menunjukan tingkat kestabilan yang
baik antara ligan dan reseptor, sehingga ikatan yang terbentuk akan semkain kuat.
Tabel 2 menunjukan energi bebas Gibbs (∆G) hasil simulasi docking. Hasil
simulasi docking berdasarkan nilai ∆G menyatakan kurkumin dan analognya
memiliki kestabilan yang baik.
Hasil simulasi docking yang dilakukan sebanyak 10 kali memiliki 10 pose
hasil docking yang memiliki energi ikatan masing-masing. Analog 2 memiliki
kestabilan yang paling baik merujuk dari nilai ∆G (-8,8 kkal/mol). Kurkumin dan
analognya memiliki nilai ∆G lebih rendah dari asam arakidonat yang merupakan
ligan alami dari enzim 12-lipoksigenase (tabel 2) Hal ini menyatakan bahwa
kurkumin dan analognya memiliki kestabilan yang lebih baik dibanding ligan
alami (asam arakidonat). Kurkumin dan analognya dilaporkan menunjukan
aktivitas antiinflamasi dengan menghambat metabolisme asam arakidonat melalui
enzim lipoksigenase dan menghambat radikal bebas pada jalur enzimatik
tersebbut (Huang et.al, 1991) Asam arakidonat akan menghasilkan leukotrien
akibat reaksi enzimatik oleh enzim 12-lipoksigenase sehingga dapat terjadinya
inflamasi. Senyawa kurkumin dan analognya dilaporkan dapat menghambat
pembentukan leukotrien sehingga menghambat terjadinya inflamasi (Wong et.a,
200l) Sedangkan, etodolak dan asam kafeat memiliki nilai (∆G) yang lebih tinggi
dari pada senyawa kurkumin dan analognya. Hal ini dapat diartikan bahwa
senyawa kurkumin dan analognya dapat berikatan lebih stabil terhadap reseptor
enzim 12-lipoksigenase. Senyawa kurkumin dan analognya diprediksi memiliki
aktivitas inhibitor terhadap enzim 12-lipoksigenase.
Beberapa penelitian mengenai nilai ∆G dari interaksi kurkumin dengan
beberapa protein telah dilakukan. Penelitian Zukhrullah, et.al (2012) menyatakan
bahwa interaksi kurkumin dengan siklooksigenase-2 menghasilkan nilai ∆G
sebesar -6,51 kkal/mol. Putra, et.al (2008) melaporkan nilai ∆G kurkumin dengan
reseptor estrogen alfa sebesar -11, 17 kkal/mol. Hal ini dapat dinyatakan bahwa
nilai interaksi kurkumin dengan enzim 12-lipoksigenase termasuk stabil dan baik.
Tabel 2 Energi bebas Gibbs (∆G) hasil docking
No.
Nama Senyawa
Energi Bebas Gibbs (∆G (kkal/mol))
1
Kurkumin enol
-8,4
2
Kurkumin keto
-8,3
3
Bisdemetoksikurkumin
-7,8
4
Demetoksikurkumin
-7,3
5
Analog 1
-8,6
6
Analog 2
-8,8
7
Etodolak
-7,8
8
Asam kaffeat
-6,5
9
Asam arakidonat
-7,1

15

Ikatan Kimia Residu dengan Ligan
Pengamatan interaksi residu (asam amino) bertujuan untuk
mengidentifikasikan interaksi yang terjadi antara ligan dan reseptor. Ikatan
hidrogen meruapakan interaksi yang dapat menstabilkan ikatan ligan dengan
reseptor. Interaksi lain antara ligan dan reseptor yang dapat meningkatkan
kestabilan konformasi adalah interaksi elektrostatik dan interaksi van der Walls.
Pengamatan interaksi residu menggunakan piranti lunak PyMol untuk pengamatan
3D dan LigPlot untuk pengamatan 2D. Garis putus-putus mendeskripsikan ikatan
hidrogen yang terjadi antara residu dengan gugus pada ligan.
Ikatan Kimia Residu dengan Analog 2
Analog 2 merupakan ligan yang memiliki kestabilan yang baik dengan
enzim 12-lipoksigenase dibandingkan dengan ligan lainnya karena memiliki nilai
∆G yang lebih rendah (Tabel 2). Energi yang rendah menunjukan bahwa ligan
tersebut stabil ketika berikatan dengan reseptor. Faktor-faktor yang menyebabkan
analog 2 dan enzim 12-lipoksigenase memiliki interaksi kestabilan yang baik
adalah adanya peran gugus fungsi, ikatan hidrogen (jumlah ikatan hidrogen dan
panjang ikatan hidrogen) yang terbentuk, dan daerah interkasi hidrofob. (Giraldo
et.al, 2007, Reddy et.al, 2007)
Residu yang memiliki interaksi baik ikatan hidrogen maupun interaksi
hidrofobik adalah Val (190), Leu (194), Leu (597), Ser (594), Glu (356), Gln
(547), Cys (559), Ile (593), Gln (590), Phe (352), Leu (361), His (365), His (360).
Pengamatan menunjukan adanya ikatan hidrogen yang terjadi antara Glu (356)
dengan salah satu gugus keton pada analog 2 dengan jarak 3.01 Ā. Ikatan
hidrogen tersebut terjadi dengan cara atom O pada gugus Glu (356) merupakan
residu asam amino bermuatan negatif pada gugus karboksil (COO) dengan atom
O dari gugus keton (CO) pada analog 2 (gambar 7). Gugus keton cenderung
sebagai akseptor pada ikatan hidrogen, karena memiliki kecenderungan kuat
untuk menarik elektron. Hal ini sesuai dengan laporan dari Mukhopadhyay et.al.
(1982) yang menyatakan bahwa gugus keton merupakan daerah aktivitas
farmakologi kurkumin sebagai antiinflamasi.
Adanya residu asam amino hidrofobik seperti Val (190), Leu (194), Leu
(597), Leu (361) dan adanya residu Phe (352), Ile (593), Ser (594), merupakan
residu yang menjadi target interaksi dengan ligan. Interaksi hidrofobik merupakan
interaksi antara gugus nonpolar molekul ligan dan daerah nonpolar reseptor.
Interaksi hidrofobik mampu menstabilkan interaksi ligan-reseptor dengan
menurunkan nilai ∆G karena interaksi tersebut merupakan paduan antara ikatanikatan yang interaksinya lemah seperti ikatan van der Waals, dipol-dipol, dan
elektrostatik.
Daerah interaksi hidrofobik analog 2 dengan enzim 12-lipoksigenase sesuai
dengan Penelitian dari Tasbichaty (2010) yang menyatakan bahwa residu Phe
(352), Ile (593), Ser (594), dan Val (418) merupaan residu penting dalam
pengkitan dengan ligan. Hal ini dikarenakan nilai RMSF (Root Mean Square
Fluctuation) keempat residu tersebut memiliki fleksibilitas yang rendah. Analog 2
terikat stabil pada daerah hidrofobik tersebut yang menghasilkan nilai energi
bebas Gibbs (∆G) yang paling baik dibanding analog 1, yaitu sebesar (-8,8

16

kkal/mol). Selain ituu aadanya ikatan hidrogen menambah stabil ika
katan antara
analog 2 dengan beberap
rapa residu asam amino pada enzim 12-lipoksigena
enase.

(a)

(b)

raksi dua dimensi (a) dan tiga dimensi (b) antaraa analog
a
2
Gambar 7 Interaks
dengan
ngan reseptor
Ikatan Kimia Residu de
dengan Asam Arakidonat
Residu yang memi
miliki kontak adalah Gly (309), Leu (311), Lyss (310), Trp
(647), Leu (645), Gluu (2
(226), Tyr (230), Leu (227), Leu (233). Hasil pe
pengamatan
memperlihatkan adanya
nya satu ikatan hidrogen antara gugus amina (NH3) pada Leu
(311) sebagai donor prot
proton dengan gugus hidroksi (OH) dari asam arakidonat
sebagai akseptor proton (gambar 8). Asam arakidonat merupakan ligan
an alami dari
enzim 12-lipoksigenase
se tetapi tidak terikat stabil pada sisi aktiff eenzim 12lipoksigenase.
dibandingkan
Nilai ∆G asam aarakidonat sebesar -7,1 kkal/mol, apabila diba
dengan analog 2 maka nnilai ∆G lebih tinggi. Hal ini dapat dilihat dari str
struktur dari
asam arakidonat yang m
memiliki struktur karbon lurus, berbeda denga
ngan struktur
analog 2 yang memiliki
ki dua struktur aromatik pada strukturnya. Struktur
uktur aromatik
mempengaruhi kestabil
bilan pengikatan antara analog 2 dengan
n eenzim 12lipoksigenase. Selainn itu struktur aromatik yang nonpolar pada anolog
nolog 2 dapat
menarik residu-residu ppada enzim 12-lipoksigenase, untuk membentuk
ntuk interaksi
hidrofobik. Hal ini da
dapat dilihat bahwa ada 13 residu asam am
amino yang
berinteraksi hidrofobikk ddengan analog 2, berbeda dengan asam arakidon
kidonat yang
hanya 9 residu asam aamino. Konformasi stabil asam arakidonat tid
tidak berada
disekitar daerah residuu hi
hidrofob penarik ligan, sehingga kurang stabilny
nya interaksi
ligan dengan reseptor.
Ikatan hidrogenn jjuga mempengaruhi lebih stabilnya interaksi
si analog 2
dibanding asam arakido
kidonat. Jumlah ikatan hidrogen pada asam araki
akidonat dan
analog 2 adalah satu buuah. Namun, perbedaanya terjadi antara gugus fung
fungsi yang
terlibat dalam ikatan hidr
hidrogen dan panjang ikatan hidrogen. Gugus ya
yang terlibat

17

dalam ikatan hidrogenn pada
pa analog 2 adalah pada gugus karboksil (CO
OO) dengan
atom O dari gugus keton
ton (CO) lebih kuat terikat daripada gugus amina
na (NH3) dan
gugus hidroksi (OH).. Kekuatan ikatan tersebut mempengaruhi panja
njang ikatan
hidrogen, pada analog 2 panjang ikatan yang terbentuk adalah 3,01 Ā, sedangkan
pada asam arakidonat sebe
sebesar 3,18 Ā.

(a
(a)

(b)

Gambar 8 Interaksi
I
dua dimensi (a) dan tiga dimensi (b) antara
ant asam
a
arakidonat
dengan reseptor
Ikatan Kimia Residu de
dengan Etodolak
Residu yang memi
miliki kontak adalah Leu (311), Gly (309), Glu
u (226),
(
Leu
(645), Leu (459), Trp (647),
(647) Tyr (230), Lys (310), Leu (233) (gambar 9)
9). Etodolak
merupakan bahan aktif
ktif yang biasa digunakan sebagai inhibitor eenzim 12lipoksigenase.
etodol dengan enzim 12-lipoksigenase adalah
h ssebesar -7,8
Nilai ∆G antara etodolak
kkal/mol lebih tinggi dibandingkan dengan analog 2. Ikatan hidroge
drogen pada
etodolak berjumlah tiga
iga buah yaitu pada kedua atom O1 dan O2 pada
pa daerah
karboksilat (COO). Atom
tom O1 memiliki satu ikatan hidrogen dengann gugus OH
pada Tyr (230) dengann pa
panjang 3,09 Ā , sedangkan atom O2 memiliki
ki dua ikatan
dengan gugus OH pada
da T
Tyr (230) dengan panjang 3,08 Ā, dan dengann gu
gugus COO
pada Trp (647) dengann panjang 2,96 Ā. Etodolak memiliki lebih banyak
bany ikatan
hidrogen dari pada analo
alog 2, tetapi belum mampu membuat nilai ∆G lebi
lebih rendah.
Hali ini dapat dipengar
aruhi oleh: (1) Residu hidrofob yang berada disekeliling
di
ligan. Residu-residu pena
enarik ligan tidak berada di sekeliling etodolakk ((2) jumlah
residu hidrofob lebihh se
sedikit dari analog 2 (3) struktur etodolak tidak
ak memiliki
struktur alifatik sehingga
ngga kurang fleksibel dalam berinteraksi dengann enzim 12lipoksigenase. Fleksibili
bilitas struktur etodolak dapat dilihat dari penga
gamatan 3D
dimana strukturnya terli
rlihat kaku. Berdasarkan jumlah rotatable bond , etodolak
memiliki 5 buah lebihh ssedikit dari jumlah rotatable bond analog 2 b