Simulasi In Silico Proteksi Sel Beta Pankreas oleh Antosianin Monoasilasi dari Ubi Ungu (Ipomoea batatas L.).
SIMULASI IN SILICO PROTEKSI SEL BETA
PANKREAS OLEH ANTOSIANIN MONOASILASI
DARI UBI UNGU (Ipomoea batatas L.)
Skripsi
NI LUH KOMANG NOVIA PARAMITA
1208505027
JURUSAN FARMASI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS UDAYANA
2016
i
ii
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
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
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL
i
LEMBAR PENGESAHAN
ii
KATA PENGANTAR
iii
DAFTAR ISI
v
DAFTAR SINGKATAN
vii
DAFTAR ISTILAH
viii
DAFTAR TABEL
x
DAFTAR GAMBAR
xi
DAFTAR LAMPIRAN
xii
ABSTRAK
xiv
ABSTRACT
xv
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Rumusan Masalah
5
1.3 Tujuan Penelitian
6
1.4 Manfaat Penelitian
6
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tanaman Ubi Ungu
7
2.2 Antosianin pada Ubi Ungu
8
2.3 Diabetes Melitus
10
v
2.4 Sel Beta Pankreas
12
2.5 Docking Molecular
13
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Rancangan Penelitian
16
3.2 Lokasi dan Waktu Penelitian
16
3.3 Bahan Penelitian
16
3.4 Alat Penelitian
17
3.5 Prosedur Penelitian
3.5.1 Preparasi Protein
17
3.5.2 Validasi Metode Docking Molecular
17
3.5.3 Optimasi Molekul Cyanidin dan Peonidin
Monoasilasi 3 Dimensi
18
3.5.4 Docking Cyanidin dan Peonidin Monoasilasi pada
Protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ,
dan caspase 3
18
3.5.5 Analisis Data
18
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Preparasi Struktur 3D Protein
20
4.2 Validasi Metode Docking Molecular
21
4.3 Preparasi dan Optimasi Struktur 3 Dimensi Cyanidin dan
Peonidin Monoasilasi
22
4.4 Docking Cyanidin dan Peonidin Monoasilasi pada Protein
IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan Caspase 3
vi
24
4.5 Analisis Data
BAB V
26
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
30
5.2 Saran
30
DAFTAR PUSTAKA
31
LAMPIRAN
33
vii
DAFTAR SINGKATAN
FFA
: Free fatty acid
GD2PP
: Gula darah 2 jam post prandial
GDP
: Gula darah puasa
IFN-
: Interferon-gamma
IL-1
: Interleukin-1 Beta
iNOS
: Inducible nitric oxide synthase
IκB
: Inhibitor of kappa B
IκK
: Inhibitor of kappa B kinase
JAK
: Janus kinase
MAPK
: Mitogen-activated protein kinase
NF-κB
: Nuclear factor-kappa B
NO
: Nitric oxide
PPAR-
: Peroxisome proliferator-activated receptor-gamma
STAT 1
: Signal transducer and activation of transcription
TNF-α
:
TZD
: Thiazolidinedione
Tumour necrosis factor-alpha
viii
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
non-
karbohidrat, seperti asam laktat dan beberapa asam
amino
Hiperglikemi
: Keadaan dimana kadar gula darah lebih tinggi dari
nilai normal
In Silico
: Pemodelan virtual menggunakan komputer
In vitro
: 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
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
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1 Hasil docking molecular antara Native Ligand dengan Protein IL1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan caspase 3..................
22
Tabel 4.2 Hasil docking molecular antara cyanidin dan peonidin
monoasilasi dengan protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1,
JAK2, dan Caspase 3...................................................................
25
Tabel 4.3 Energi ikatan antara cyanidin dan peonidin dengan protein IL-1 ,
TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan Caspase 3.......................
xi
28
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
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Skema Umum Penelitian
33
Lampiran 2. Visualisasi interaksi yang terjadi antara cyanidin dan peonidin
dengan protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan
Caspase 3
34
xiii
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 IL1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, 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
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-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, 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
SIMULASI IN SILICO PROTEKSI SEL BETA
PANKREAS OLEH ANTOSIANIN MONOASILASI
DARI UBI UNGU (Ipomoea batatas L.)
Skripsi
NI LUH KOMANG NOVIA PARAMITA
1208505027
JURUSAN FARMASI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS UDAYANA
2016
i
ii
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
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
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL
i
LEMBAR PENGESAHAN
ii
KATA PENGANTAR
iii
DAFTAR ISI
v
DAFTAR SINGKATAN
vii
DAFTAR ISTILAH
viii
DAFTAR TABEL
x
DAFTAR GAMBAR
xi
DAFTAR LAMPIRAN
xii
ABSTRAK
xiv
ABSTRACT
xv
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Rumusan Masalah
5
1.3 Tujuan Penelitian
6
1.4 Manfaat Penelitian
6
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tanaman Ubi Ungu
7
2.2 Antosianin pada Ubi Ungu
8
2.3 Diabetes Melitus
10
v
2.4 Sel Beta Pankreas
12
2.5 Docking Molecular
13
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Rancangan Penelitian
16
3.2 Lokasi dan Waktu Penelitian
16
3.3 Bahan Penelitian
16
3.4 Alat Penelitian
17
3.5 Prosedur Penelitian
3.5.1 Preparasi Protein
17
3.5.2 Validasi Metode Docking Molecular
17
3.5.3 Optimasi Molekul Cyanidin dan Peonidin
Monoasilasi 3 Dimensi
18
3.5.4 Docking Cyanidin dan Peonidin Monoasilasi pada
Protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ,
dan caspase 3
18
3.5.5 Analisis Data
18
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Preparasi Struktur 3D Protein
20
4.2 Validasi Metode Docking Molecular
21
4.3 Preparasi dan Optimasi Struktur 3 Dimensi Cyanidin dan
Peonidin Monoasilasi
22
4.4 Docking Cyanidin dan Peonidin Monoasilasi pada Protein
IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan Caspase 3
vi
24
4.5 Analisis Data
BAB V
26
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
30
5.2 Saran
30
DAFTAR PUSTAKA
31
LAMPIRAN
33
vii
DAFTAR SINGKATAN
FFA
: Free fatty acid
GD2PP
: Gula darah 2 jam post prandial
GDP
: Gula darah puasa
IFN-
: Interferon-gamma
IL-1
: Interleukin-1 Beta
iNOS
: Inducible nitric oxide synthase
IκB
: Inhibitor of kappa B
IκK
: Inhibitor of kappa B kinase
JAK
: Janus kinase
MAPK
: Mitogen-activated protein kinase
NF-κB
: Nuclear factor-kappa B
NO
: Nitric oxide
PPAR-
: Peroxisome proliferator-activated receptor-gamma
STAT 1
: Signal transducer and activation of transcription
TNF-α
:
TZD
: Thiazolidinedione
Tumour necrosis factor-alpha
viii
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
non-
karbohidrat, seperti asam laktat dan beberapa asam
amino
Hiperglikemi
: Keadaan dimana kadar gula darah lebih tinggi dari
nilai normal
In Silico
: Pemodelan virtual menggunakan komputer
In vitro
: 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
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
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1 Hasil docking molecular antara Native Ligand dengan Protein IL1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan caspase 3..................
22
Tabel 4.2 Hasil docking molecular antara cyanidin dan peonidin
monoasilasi dengan protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1,
JAK2, dan Caspase 3...................................................................
25
Tabel 4.3 Energi ikatan antara cyanidin dan peonidin dengan protein IL-1 ,
TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan Caspase 3.......................
xi
28
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
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Skema Umum Penelitian
33
Lampiran 2. Visualisasi interaksi yang terjadi antara cyanidin dan peonidin
dengan protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan
Caspase 3
34
xiii
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 IL1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, 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
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-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, 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
SIMULASI IN SILICO PROTEKSI SEL BETA
PANKREAS OLEH ANTOSIANIN MONOASILASI
DARI UBI UNGU (Ipomoea batatas L.)
Skripsi
NI LUH KOMANG NOVIA PARAMITA
1208505027
JURUSAN FARMASI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS UDAYANA
2016
i
ii
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
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
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL
i
LEMBAR PENGESAHAN
ii
KATA PENGANTAR
iii
DAFTAR ISI
v
DAFTAR SINGKATAN
vii
DAFTAR ISTILAH
viii
DAFTAR TABEL
x
DAFTAR GAMBAR
xi
DAFTAR LAMPIRAN
xii
ABSTRAK
xiv
ABSTRACT
xv
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Rumusan Masalah
5
1.3 Tujuan Penelitian
6
1.4 Manfaat Penelitian
6
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tanaman Ubi Ungu
7
2.2 Antosianin pada Ubi Ungu
8
2.3 Diabetes Melitus
10
v
2.4 Sel Beta Pankreas
12
2.5 Docking Molecular
13
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Rancangan Penelitian
16
3.2 Lokasi dan Waktu Penelitian
16
3.3 Bahan Penelitian
16
3.4 Alat Penelitian
17
3.5 Prosedur Penelitian
3.5.1 Preparasi Protein
17
3.5.2 Validasi Metode Docking Molecular
17
3.5.3 Optimasi Molekul Cyanidin dan Peonidin
Monoasilasi 3 Dimensi
18
3.5.4 Docking Cyanidin dan Peonidin Monoasilasi pada
Protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ,
dan caspase 3
18
3.5.5 Analisis Data
18
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Preparasi Struktur 3D Protein
20
4.2 Validasi Metode Docking Molecular
21
4.3 Preparasi dan Optimasi Struktur 3 Dimensi Cyanidin dan
Peonidin Monoasilasi
22
4.4 Docking Cyanidin dan Peonidin Monoasilasi pada Protein
IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan Caspase 3
vi
24
4.5 Analisis Data
BAB V
26
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
30
5.2 Saran
30
DAFTAR PUSTAKA
31
LAMPIRAN
33
vii
DAFTAR SINGKATAN
FFA
: Free fatty acid
GD2PP
: Gula darah 2 jam post prandial
GDP
: Gula darah puasa
IFN-
: Interferon-gamma
IL-1
: Interleukin-1 Beta
iNOS
: Inducible nitric oxide synthase
IκB
: Inhibitor of kappa B
IκK
: Inhibitor of kappa B kinase
JAK
: Janus kinase
MAPK
: Mitogen-activated protein kinase
NF-κB
: Nuclear factor-kappa B
NO
: Nitric oxide
PPAR-
: Peroxisome proliferator-activated receptor-gamma
STAT 1
: Signal transducer and activation of transcription
TNF-α
:
TZD
: Thiazolidinedione
Tumour necrosis factor-alpha
viii
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
non-
karbohidrat, seperti asam laktat dan beberapa asam
amino
Hiperglikemi
: Keadaan dimana kadar gula darah lebih tinggi dari
nilai normal
In Silico
: Pemodelan virtual menggunakan komputer
In vitro
: 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
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
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1 Hasil docking molecular antara Native Ligand dengan Protein IL1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan caspase 3..................
22
Tabel 4.2 Hasil docking molecular antara cyanidin dan peonidin
monoasilasi dengan protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1,
JAK2, dan Caspase 3...................................................................
25
Tabel 4.3 Energi ikatan antara cyanidin dan peonidin dengan protein IL-1 ,
TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan Caspase 3.......................
xi
28
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
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Skema Umum Penelitian
33
Lampiran 2. Visualisasi interaksi yang terjadi antara cyanidin dan peonidin
dengan protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan
Caspase 3
34
xiii
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 IL1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, 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
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-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, 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
PANKREAS OLEH ANTOSIANIN MONOASILASI
DARI UBI UNGU (Ipomoea batatas L.)
Skripsi
NI LUH KOMANG NOVIA PARAMITA
1208505027
JURUSAN FARMASI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS UDAYANA
2016
i
ii
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
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
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL
i
LEMBAR PENGESAHAN
ii
KATA PENGANTAR
iii
DAFTAR ISI
v
DAFTAR SINGKATAN
vii
DAFTAR ISTILAH
viii
DAFTAR TABEL
x
DAFTAR GAMBAR
xi
DAFTAR LAMPIRAN
xii
ABSTRAK
xiv
ABSTRACT
xv
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Rumusan Masalah
5
1.3 Tujuan Penelitian
6
1.4 Manfaat Penelitian
6
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tanaman Ubi Ungu
7
2.2 Antosianin pada Ubi Ungu
8
2.3 Diabetes Melitus
10
v
2.4 Sel Beta Pankreas
12
2.5 Docking Molecular
13
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Rancangan Penelitian
16
3.2 Lokasi dan Waktu Penelitian
16
3.3 Bahan Penelitian
16
3.4 Alat Penelitian
17
3.5 Prosedur Penelitian
3.5.1 Preparasi Protein
17
3.5.2 Validasi Metode Docking Molecular
17
3.5.3 Optimasi Molekul Cyanidin dan Peonidin
Monoasilasi 3 Dimensi
18
3.5.4 Docking Cyanidin dan Peonidin Monoasilasi pada
Protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ,
dan caspase 3
18
3.5.5 Analisis Data
18
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Preparasi Struktur 3D Protein
20
4.2 Validasi Metode Docking Molecular
21
4.3 Preparasi dan Optimasi Struktur 3 Dimensi Cyanidin dan
Peonidin Monoasilasi
22
4.4 Docking Cyanidin dan Peonidin Monoasilasi pada Protein
IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan Caspase 3
vi
24
4.5 Analisis Data
BAB V
26
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
30
5.2 Saran
30
DAFTAR PUSTAKA
31
LAMPIRAN
33
vii
DAFTAR SINGKATAN
FFA
: Free fatty acid
GD2PP
: Gula darah 2 jam post prandial
GDP
: Gula darah puasa
IFN-
: Interferon-gamma
IL-1
: Interleukin-1 Beta
iNOS
: Inducible nitric oxide synthase
IκB
: Inhibitor of kappa B
IκK
: Inhibitor of kappa B kinase
JAK
: Janus kinase
MAPK
: Mitogen-activated protein kinase
NF-κB
: Nuclear factor-kappa B
NO
: Nitric oxide
PPAR-
: Peroxisome proliferator-activated receptor-gamma
STAT 1
: Signal transducer and activation of transcription
TNF-α
:
TZD
: Thiazolidinedione
Tumour necrosis factor-alpha
viii
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
non-
karbohidrat, seperti asam laktat dan beberapa asam
amino
Hiperglikemi
: Keadaan dimana kadar gula darah lebih tinggi dari
nilai normal
In Silico
: Pemodelan virtual menggunakan komputer
In vitro
: 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
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
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1 Hasil docking molecular antara Native Ligand dengan Protein IL1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan caspase 3..................
22
Tabel 4.2 Hasil docking molecular antara cyanidin dan peonidin
monoasilasi dengan protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1,
JAK2, dan Caspase 3...................................................................
25
Tabel 4.3 Energi ikatan antara cyanidin dan peonidin dengan protein IL-1 ,
TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan Caspase 3.......................
xi
28
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
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Skema Umum Penelitian
33
Lampiran 2. Visualisasi interaksi yang terjadi antara cyanidin dan peonidin
dengan protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan
Caspase 3
34
xiii
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 IL1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, 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
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-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, 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
SIMULASI IN SILICO PROTEKSI SEL BETA
PANKREAS OLEH ANTOSIANIN MONOASILASI
DARI UBI UNGU (Ipomoea batatas L.)
Skripsi
NI LUH KOMANG NOVIA PARAMITA
1208505027
JURUSAN FARMASI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS UDAYANA
2016
i
ii
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
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
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL
i
LEMBAR PENGESAHAN
ii
KATA PENGANTAR
iii
DAFTAR ISI
v
DAFTAR SINGKATAN
vii
DAFTAR ISTILAH
viii
DAFTAR TABEL
x
DAFTAR GAMBAR
xi
DAFTAR LAMPIRAN
xii
ABSTRAK
xiv
ABSTRACT
xv
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Rumusan Masalah
5
1.3 Tujuan Penelitian
6
1.4 Manfaat Penelitian
6
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tanaman Ubi Ungu
7
2.2 Antosianin pada Ubi Ungu
8
2.3 Diabetes Melitus
10
v
2.4 Sel Beta Pankreas
12
2.5 Docking Molecular
13
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Rancangan Penelitian
16
3.2 Lokasi dan Waktu Penelitian
16
3.3 Bahan Penelitian
16
3.4 Alat Penelitian
17
3.5 Prosedur Penelitian
3.5.1 Preparasi Protein
17
3.5.2 Validasi Metode Docking Molecular
17
3.5.3 Optimasi Molekul Cyanidin dan Peonidin
Monoasilasi 3 Dimensi
18
3.5.4 Docking Cyanidin dan Peonidin Monoasilasi pada
Protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ,
dan caspase 3
18
3.5.5 Analisis Data
18
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Preparasi Struktur 3D Protein
20
4.2 Validasi Metode Docking Molecular
21
4.3 Preparasi dan Optimasi Struktur 3 Dimensi Cyanidin dan
Peonidin Monoasilasi
22
4.4 Docking Cyanidin dan Peonidin Monoasilasi pada Protein
IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan Caspase 3
vi
24
4.5 Analisis Data
BAB V
26
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
30
5.2 Saran
30
DAFTAR PUSTAKA
31
LAMPIRAN
33
vii
DAFTAR SINGKATAN
FFA
: Free fatty acid
GD2PP
: Gula darah 2 jam post prandial
GDP
: Gula darah puasa
IFN-
: Interferon-gamma
IL-1
: Interleukin-1 Beta
iNOS
: Inducible nitric oxide synthase
IκB
: Inhibitor of kappa B
IκK
: Inhibitor of kappa B kinase
JAK
: Janus kinase
MAPK
: Mitogen-activated protein kinase
NF-κB
: Nuclear factor-kappa B
NO
: Nitric oxide
PPAR-
: Peroxisome proliferator-activated receptor-gamma
STAT 1
: Signal transducer and activation of transcription
TNF-α
:
TZD
: Thiazolidinedione
Tumour necrosis factor-alpha
viii
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
non-
karbohidrat, seperti asam laktat dan beberapa asam
amino
Hiperglikemi
: Keadaan dimana kadar gula darah lebih tinggi dari
nilai normal
In Silico
: Pemodelan virtual menggunakan komputer
In vitro
: 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
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
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1 Hasil docking molecular antara Native Ligand dengan Protein IL1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan caspase 3..................
22
Tabel 4.2 Hasil docking molecular antara cyanidin dan peonidin
monoasilasi dengan protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1,
JAK2, dan Caspase 3...................................................................
25
Tabel 4.3 Energi ikatan antara cyanidin dan peonidin dengan protein IL-1 ,
TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan Caspase 3.......................
xi
28
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
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Skema Umum Penelitian
33
Lampiran 2. Visualisasi interaksi yang terjadi antara cyanidin dan peonidin
dengan protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan
Caspase 3
34
xiii
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 IL1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, 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
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-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, 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
SIMULASI IN SILICO PROTEKSI SEL BETA
PANKREAS OLEH ANTOSIANIN MONOASILASI
DARI UBI UNGU (Ipomoea batatas L.)
Skripsi
NI LUH KOMANG NOVIA PARAMITA
1208505027
JURUSAN FARMASI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS UDAYANA
2016
i
ii
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
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
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL
i
LEMBAR PENGESAHAN
ii
KATA PENGANTAR
iii
DAFTAR ISI
v
DAFTAR SINGKATAN
vii
DAFTAR ISTILAH
viii
DAFTAR TABEL
x
DAFTAR GAMBAR
xi
DAFTAR LAMPIRAN
xii
ABSTRAK
xiv
ABSTRACT
xv
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Rumusan Masalah
5
1.3 Tujuan Penelitian
6
1.4 Manfaat Penelitian
6
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tanaman Ubi Ungu
7
2.2 Antosianin pada Ubi Ungu
8
2.3 Diabetes Melitus
10
v
2.4 Sel Beta Pankreas
12
2.5 Docking Molecular
13
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Rancangan Penelitian
16
3.2 Lokasi dan Waktu Penelitian
16
3.3 Bahan Penelitian
16
3.4 Alat Penelitian
17
3.5 Prosedur Penelitian
3.5.1 Preparasi Protein
17
3.5.2 Validasi Metode Docking Molecular
17
3.5.3 Optimasi Molekul Cyanidin dan Peonidin
Monoasilasi 3 Dimensi
18
3.5.4 Docking Cyanidin dan Peonidin Monoasilasi pada
Protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ,
dan caspase 3
18
3.5.5 Analisis Data
18
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Preparasi Struktur 3D Protein
20
4.2 Validasi Metode Docking Molecular
21
4.3 Preparasi dan Optimasi Struktur 3 Dimensi Cyanidin dan
Peonidin Monoasilasi
22
4.4 Docking Cyanidin dan Peonidin Monoasilasi pada Protein
IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan Caspase 3
vi
24
4.5 Analisis Data
BAB V
26
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
30
5.2 Saran
30
DAFTAR PUSTAKA
31
LAMPIRAN
33
vii
DAFTAR SINGKATAN
FFA
: Free fatty acid
GD2PP
: Gula darah 2 jam post prandial
GDP
: Gula darah puasa
IFN-
: Interferon-gamma
IL-1
: Interleukin-1 Beta
iNOS
: Inducible nitric oxide synthase
IκB
: Inhibitor of kappa B
IκK
: Inhibitor of kappa B kinase
JAK
: Janus kinase
MAPK
: Mitogen-activated protein kinase
NF-κB
: Nuclear factor-kappa B
NO
: Nitric oxide
PPAR-
: Peroxisome proliferator-activated receptor-gamma
STAT 1
: Signal transducer and activation of transcription
TNF-α
:
TZD
: Thiazolidinedione
Tumour necrosis factor-alpha
viii
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
non-
karbohidrat, seperti asam laktat dan beberapa asam
amino
Hiperglikemi
: Keadaan dimana kadar gula darah lebih tinggi dari
nilai normal
In Silico
: Pemodelan virtual menggunakan komputer
In vitro
: 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
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
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1 Hasil docking molecular antara Native Ligand dengan Protein IL1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan caspase 3..................
22
Tabel 4.2 Hasil docking molecular antara cyanidin dan peonidin
monoasilasi dengan protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1,
JAK2, dan Caspase 3...................................................................
25
Tabel 4.3 Energi ikatan antara cyanidin dan peonidin dengan protein IL-1 ,
TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan Caspase 3.......................
xi
28
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
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Skema Umum Penelitian
33
Lampiran 2. Visualisasi interaksi yang terjadi antara cyanidin dan peonidin
dengan protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan
Caspase 3
34
xiii
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 IL1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, 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
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-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, 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