Penambatan Molekuler Senyawa Aktif Temulawak (Curcuma Xanthoriza) Dengan Enzim Cox-2 SebagaiKandidat Obat Anti Kanker Payudara.

PENAMBATAN MOLEKULER SENYAWA AKTIF TEMULAWAK
(Curcuma xanthoriza) DENGAN ENZIM COX-2 SEBAGAI
KANDIDAT OBAT ANTI KANKER PAYUDARA

RIDHO PRATAMA

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Penambatan Molekuler
Senyawa Aktif Temulawak (Curcuma Xanthoriza) dengan Enzim COX-2
SebagaiKandidat Obat Anti Kanker Payudara 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, Agustus 2015

Ridho Pratama
NIM G851130411

RINGKASAN
Ridho Pratama. Penambatan Molekuler Senyawa Aktif Temulawak (Curcuma
Xanthoriza) Dengan Enzim Cox-2 SebagaiKandidat Obat Anti Kanker Payudara.
Dibimbing oleh Laksmi Ambarsari dan Tony Ibnu Sumaryada.
Kasus kanker payudara adalah satu dari lima jenis penyakit kanker
terbesar di dunia. Kasus kanker payudara di Indonesia mencapai 347.792 jiwa
pada tahun 2013 (Kemenkes RI 2015). Kanker payudara diketahui memiliki
kaitan erat dengan inflamasi kronis yang dikontrol oleh Siklooksigenase 2 (COX2). Penghambatan pada enzim ini memiliki potensi untuk pengembangan obat
antikanker payudara. Beberapa obat sintetis telah digunakan secara komersial
untuk menghambat pertumbuhan sel kanker. Namun demikian obat ini memiliki
beberapa efek samping yang berbahaya bagi tubuh seperti kerontokan rambut,
diare, muntah, dan gangguan tidur. Untuk menghadapi tantangan ini, saat ini
banyak dikembangkan obat yang berasal dari tanaman herbal.

Temulawak (Curcuma xanthoriza) adalah tanaman rimpang biasa
digunakan sebagai tanaman obat terhadap beberapa penyakit antara lain sebagai
senyawa obat anti kanker, anti inflamasi dan menurunkan kadar kolesterol pada
manusia. Komponen temulawak terdiri dari kurkuminoid dan santorizol.
Kurkumin banyak diteliti karena memiliki berbagai khasiat obat yaitu dalam
penurunan plak β-amiloid, menunda degradasi saraf, pengkelat logam, anti
inflamasi, antioksidan, penurunan pembentukan mikroglia pada penyakit
alzaimer, hepatoprotektif ,dan menghambat angiogenesis. Santorizol merupakan
senyawa yang berperan sebagai zat antiproliferasi dengan cara menginduksi
proses apoptosis pada sel MDA-MB-231.
Potensi senyawa aktif dari temulawak sebagai inhibitor dari enzim COX2telah diuji dengan metode penambatan molekuler menggunakan perangkat lunak
Autodock Vina. Hasil uji senyawa ligan dengan aturan Lipinski didapatkan hasil
bahwa senyawa kurkuminoid dan santorizol memenuhikriteria sebagai senyawa
obat. Seluruh senyawa aktif berhasil tertambat pada sisi aktif enzim COX-2.
Kurkumin memiliki energi ikatan terbesar yaitu (ΔG) = -9,3 kkal/mol mendekati
afinitas ikatan obat komersial selekoksib. Terdapat 3 ikatan hidrogen pada asam
amino Arg106, Tyr341, dan His75,ketiga asam amino ini merupakan bagian sisi aktif
dari COX-2. Terdapat 16 asam amino yang memiliki ikatan yang sama dengan
obat komersial selekoksib. Senyawa kurkuminoid dan santorizol diprediksi
memiliki potensi sebagai agen anti kanker payudara.

Kata kunci: kanker payudara, COX-2, Kurkuminoid, Santorizol

SUMMARY
Ridho Pratama. Molecular docking of Temulawak (Curcuma xanthoriza) active
compound with COX-2 enzyme as anti breast cancer drug.
Breast cancer is one of the biggest 5 types of cancer in the world. In
Indonesia alone breast cancer cases are347.792 people (Kemenkes RI 2015).
Breast cancer is known to be closely related with chronic inflammation which is
controlled by cyclooxigenase 2 (COX-2). This enzyme synthesizes prostaglandins
and are known to be associated with the development of breast cancer. Inhibition
of these enzymes has potential for the development of anticancer drugs. Some of
the synthetic drugs have been used commercially to inhibit the growth of cancer
cells. However this drug has some side effects that are harmful to body like hair
loss, diarrhea, vomiting, and sleep disorders. Facing this challenge, currently
many developed drugs are derived from plants and herbs. Therefore this research
developed a candidate of herbal medicine that play a role in inhibiting COX-2
with minimal side effects.
Temulawak (Curcuma xanthoriza) is a rhizome plant that traditionally has
been used as medicinal plant against several diseases among other compounds as
anti-cancer drugs, anti-inflammatory and lowering cholesterol levels in humans.

The components of temulawak consists of curcuminoid and xanthorizol.
Curcumin was examined because it has many medicinal properties such us
decline in β-amyloid plaques, delaying the degradation of nerve, stuck the metals,
antioxidant, anti-inflammatory, decreased formation of microglia on alzaimer
diseases, hepatoprotective, and inhibits angiogenesis. Furthermore curcumin also
has anti-cancer effects. Xanthorizol is a compound that acts as an antiproliferation substance by inducing cell apoptosis process in MDA-MB-231.
Active compounds of temulawak test have done by molecular docking
withAutodock Vina. The principle of this methodis to simulate the interaction of
ligand as an inhibitor of COX-2 enzyme. The results of the test show that
curcuminoid and xanthorizol meets the criteria as medicinal compounds. The
entire active compounds successfully docked on the active site of the enzymes
COX-2. Curcumin has the largest binding free energy (∆ G) =-9.3 kcal/mol. This
energy is approached the affinity bonds of commercial drug celecoxib. There are
three hydrogen bonds in amino acid Arg106, Tyr341, and His75, these three amino
acid is part of the active side of COX-2. There are 16 another similar amino acids
bonding with commercial drug celecoxib. Curcuminoid and xantorizol compounds
predicted have potential as anti-breast cancer agents.
Keywords: Breast cancer, COX-2, Curcuminoid, Xanthorizol

© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015

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

PENAMBATAN MOLEKULER SENYAWA AKTIF TEMULAWAK
(Curcuma xanthoriza) DENGAN ENZIMCOX-2 SEBAGAI
KANDIDAT OBAT ANTI KANKER PAYUDARA

RIDHO PRATAMA

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

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

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

Judul Tesis : Penambatan Molekuler Senyawa Aktif Temulawak (Curcuma
Xanthoriza) Dengan Enzim COX-2 Sebagai Kandidat Obat Anti
Kanker Payudara
Nama
: Ridho Pratama
NIM
: G851130411

Disetujui Oleh
Komisi Pembimbing

Dr Laksmi Ambarsari, MS
Ketua

Dr Tony Ibnu Sumaryada, MSi
Anggota

Diketahui oleh

Ketua Program Studi
Biokimia

Prof Dr drh Maria Bintang, MS
MScAgr

Tanggal Ujian: 19 Agustus 2015

Dekan Sekolah Pascasarjana

Dr Ir Dahrul Syah,

Tanggal Lulus:

PRAKATA

Bismillahirrahmanirrahim
Alhamdulillah, puji dan syukur atas segala rahmat dan karunia Allah
SWT, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan thesis ini.
Sholawat dan salam atas Nabi junjungan alam, Muhammad SAW. Penulis
bersyukur dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan ilmiah berjudul
“Penambatan Molekuler Senyawa Aktif Temulawak (Curcuma xanthoriza)
Dengan Enzim COX-2 SebagaiKandidat Obat Anti Kanker Payudara”. Penelitian
ini berlangsung selama 6 bulan, yaitu pada bulan Oktober tahun 2014 hingga
bulan Maret tahun 2015 di Laboratorium Biofisika Institut Pertanian Bogor.
Penulis menyadari bahwa penelitian dan karya ilmiah ini dapat
diselesaikan atas izin yang Maha kuasa dengan perantara bantuan dan dorongan
semangat dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ucapkan terima kasih sebesarbesarnya kepada bapak dan ibu tercinta atas kesabaran dan kasih sayang yang
telah diberikan selama ini. Penulis mengucapkan terima kasih kepada ibu Dr
Laksmi Ambarsari, MS dan bapak Dr Tony Ibnu Sumaryada, MSi sebagai dosen
pembimbing penelitian yang telah banyak memberikan bimbingan, bantuan, kritik
dan saran selama penelitian dan penyusunan thesis ini. Selanjutnya kepada Komisi
pendidikan departmen Biokimia dan rekan sejawat yang telah membantu selama
penelitian ini. Semoga hasil penelitian ini dapat bermanfaat bagi semua pihak

yang memerlukan khususnya untuk kemajuan pengetahuan ilmu biokimia.
Bogor, Agustus 2015

Ridho Pratama

DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL

vi

DAFTAR GAMBAR

vi

DAFTAR LAMPIRAN

vi

1 PENDAHULUAN
Latar Belakang

Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian

1

2 METODE
Tempat dan Waktu Penelitian
Bahan
Alat
Prosedur Penelitian
3 HASIL
Preparasi Ligan
Ligan Yang Memenuhi Aturan Lipinski
Uji Toksisitas ADMET
Karakterisasi Enzim Siklooksigenase-2
Stabilitas enzim COX-2
Validasi Metode Penambatan
Afinitas Ikatan Dengan Menggunakan Autodock Vina
Visualisasi Interaksi Hidrogen yang Terdapat Pada Ligan dan COX-2

Analisis Kesamaan Ikatan dan Interaksi Hidrofobik
Analisis Ikatan Elektrostatik Pi dan Sigma
Visualisasi 3D Dengan Pymol
4 PEMBAHASAN
Preparasi Ligan
Ligan Yang Memenuhi Atruan Lipinski
Uji toksisitas Senyawa Aktif Menggunakan ADMET
Karakterisasi Enzim Siklooksigenase
Preparasi Enzim
Kestabilian Struktur COX-2
Validasi Metode Penambatan
Afinitas Ikatan Dengan Menggunakan Autodock Vina
Analisis Interaksi Hidrogen yang Terdapat Pada Ligan dan COX-2
Analisis Kesamaan Ikatan dan Interaksi Hidrofobik
Analisis Ikatan Elektrostatik Pi dan Sigma
5 SIMPULAN DAN SARAN
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

1
2
2
3
3
3
3
3
3
6
6
7
7
8
10
10
11
12
14
16
18
20
19
19
20
21
22
23
23
23
24
25
26
28
29
32

DAFTAR TABEL
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Struktur Senyawa aktif Kurkuminoid, Xanthorizhol dan Celecoxib
Ligan yang memenuhi aturan Lipinski
Uji Toksisitas ADMET
Asam amino penyusun struktur enzim COX-2
Interaksi hidrogen senyawa aktif dan substart alami
Data kemiripan interaksi

Halaman
4
7
8
8
14
15

DAFTAR GAMBAR
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.

Halaman
Struktur 3D enzim COX-2
5
Struktur sekunder COX-2 menggunakan klasifikasi DSSP
9
Plot Ramachandran COX-2 dengan PDB ID:3LN1
10
Validasi metode dengan self docking pada senyawa aktif Celecoxib
11
Data energi interaksi pada enzim COX-2
12
Kemiripan interaksi ikatan hidrogen dan interaksi hidrofobik
13
Kemiripan interaksi ikatan hidrogen dan interaksi hidrofobik
14
Interaksi sigma dan pi pada senyawa aktif selekoksib dan kurkumin
16
Interaksi sigma dan pi pada senyawa bis dan demetoksi kurkumin
16
Interaksi sigma dan pi pada santorizol dan asam arakidonat
17
Situs pengikatan senyawa aktif kurkuminoid dan santorizol
17
Superimpose struktur 3D interaksi kurkumin dan demetoksikurkumin
18
Superimpose struktur 3D interaksi bisedemetoksi dan santorizol
18
Mekanisme induksi COX-2 terhadap perkembangan kanker payudara
21
Resolusi ligan dalam metode penambatan molekuler
22

DAFTAR LAMPIRAN
1. Tahapan penelitian
2. Prosedur penambatan Autodock Vina

Halaman
32
33

1

1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kanker payudara merupakan kanker terbanyak yang menyerang wanita,
baik dinegara maju maupun negara berkembang. Berdasarkan data pada tahun
2011 oleh World Health Organization (WHO) (2013), jumlah kematian wanita
akibat kanker payudara diseluruh dunia mencapai 508.000 jiwa. Berdasarkan data
tersebut diketahui bahwa jumlah penderita kanker dinegara berkembang lebih
banyak daripada negara maju yaitu 58%. Kasus kanker payudara diIndonesia
menempati urutan tertinggi untuk kategori kanker yang diderita wanita, yaitu
mencapai 26 kasus untuk setiap 100.000 jiwa (Ibrahim 2008).
Beberapa obat komersial sebagai anti kanker payudara memiliki efek
samping yang berbahaya bagi tubuh seperti resiko stroke dan pengumpalan darah
(Connor et al. 2006). Oleh karena itu perlu dikembangkan senyawa obat yang
bersifat aman dan efektif dalam menghambat pertumbuhan sel kanker payudara.
Penanganan menggunakan senyawa obat yang berasal dari bahan alam banyak
dilakukan saat ini karena diharapkan bisa mendapatkan senyawa obat yang aman
dan efektif bagi pengobatan kanker payudara. Salah satunya adalah temulawak
(Curcuma xanthoriza).
Temulawak adalah tanaman yang mengandung senyawa aktif dengan
komponen utama kurkuminoid dan minyak atsiri (Wahyuni 2004). Selain itu
temulawak juga kaya akan santorizol. Kurkuminoid terdiri atas kurkumin,
demetoksikurkumin, dan bisdemetoksikurkumin. Kurkumin (1E, 6E)-1, 7-bis (4hydroxy-3-methoxyphenyl)-1, 6-heptadiene-3, 5 dione) (Zhou 2011) adalah
senyawa yang banyak diteliti karena memiliki berbagai khasiat obat yaitu dalam
penurunan plak β-amiloid, menunda degradasi saraf, pengkelat logam, anti
inflamasi, antioksidan, penurunan pembentukan mikroglia pada penyakit alzaimer
(Mishra 2008), hepatoprotektif (Sing 2011), dan menghambat angiogenesis
(Binion 2008). Selain itu kurkumin juga memiliki efek anti kanker. Senyawa
santorizol merupakan senyawa sesquiterpenoid yang diisolasi dari temulawak.
Senyawa ini juga telah dilaporkan memiliki kemampuan untuk menghambat
siklooksigenase 2 (COX-2) dan nitrit oksida sintase (Lee 2002).
Kanker payudara diketahui memiliki kaitan erat dengan inflamasi yang
bersifat kronis. Inflamasi dalam sel dikontrol oleh enzim siklooksigenase 2 (COX2). Enzim yang berperan mensintesis prostaglandin ini diketahui memiliki kaitan
dengan perkembangan kanker payudara. Sintesis berlebihan pada COX-2
ditemukan pada kanker payudara (Soslow et al. 2000). Penghambatan pada enzim
ini memiliki potensi untuk pengembangan obat antikanker payudara. Obat
komersial yang telah diuji aktivitasnya adalah selekoksib yang merupakan obat
yang telah diterima oleh Food and Drug Administration (FDA) dan memiliki efek
anti kanker. Namun demikian, konsumsi selekoksib memiliki efek negatif
terhadap kesehatan seperti peningkatan penyakit kardiovaskular sebesar 37%
(Bhala et al. 2013). Pengembangan senyawa aktif herbal khususnya temulawak
(kurkuminoid dan santorizol) yang berperan dalam menghambat COX-2 dengan
harapan memiliki efek samping yang minimal pada terapi kanker perlu dilakukan.
Pendekatan in vitro dan in vivo umum dilakukan untuk memperoleh
informasi efektifitas dari suatu senyawa aktif terhadap target enzim tertentu,

2

namun metode ini membutuhkan waktu dan biaya yang mahal. Selain itu metode
ini tidak bisa memberikan detail interaksi molekuler yang terjadi. Pengembangan
senyawa obat baru perlu diketahui mekanisme interaksi yang terlibat antara target
dan senyawa aktif. Informasi interaksi ini bisa menjadi patokan untuk merancang
senyawa obat baru yang memiliki selektifitas dan efektifitas yang tinggi terhadap
target. Suatu obat bisa berinteraksi secara langsung dengan protein maupun secara
tidak langsung sehingga menyebabkan perubahan sifat fisik dari protein (Spratto
2010). Metode penambatan molekuler dilakukan untuk mengetahui mekanisme
interaksi antara senyawa temulawak dan COX-2. Metode ini adalah metode in
silico yang merupakan metode gabungan ilmu structural molekuler biologi dan
komputasi obat. Tujuan penelitian ini adalah untuk memperoleh informasi
interaksi dan orientasi tiga dimensi dari protein dan ligan (senyawa uji) dengan
menggunakan indikator energi bebas interaksi (∆G). Informasi jenis ikatan dan
kekuatan interaksi memberikan data yang dapat memperlihatkan mekanisme
inhibisi suatu senyawa aktif terhadap reseptor spesifik yang berperan dalam
pengembangan penyakit (Morris et al. 2008). Pada penelitian Pendekatan in silico
yang digunakan adalah metode penambatan molekuler dengan Autodock Vina.
Metode ini memiliki keakuratan yang tinggi dan waktu simulasi yang cepat.
Rumusan Masalah
Temulawak memiliki kemampuan dalam mengatasi penyakit kanker
payudara yang diakibatkan oleh proses inflamasi, namun mekanisme interaksi
antara senyawa aktif dengan protein yang terlibat dalam inflamasi belum
diketahui dengan pasti. Senyawa kurkuminoid dan santorizol memiliki potensi
sebagai senyawa anti kanker yang tidak toksik, Oleh karena itu diperlukan analisis
melalui pemodelan komputer untuk membandingkan efektifitas ikatan
kurkuminoid dan santorizol dengan senyawa obat selekoksib yang beredar di
pasaran.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh informasi model interaksi
ikatan senyawa kurkuminoid dan santorizol dengan enzim COX-2,
membandingkan afinitas ikatan senyawa aktif dengan obat komersial yaitu
selekoksib, serta mengetahui senyawa aktif yang paling potensial sebagai non
steroidal anti-inflammatory drug (NSAID) atau sebagai inhibitor COX-2.
Ruang Lingkup
Ruang lingkup untuk mencapai tujuan penelitian dibatasi dengan
menggunakan senyawa aktif dari temulawak sebagai bahan kajian senyawa obat.
Alat pensimulasi pada penelitian ini menggunakan metode penambatan molekuler
dengan Autodock Vina. Analisis yang digunakan adalah analisis energi ikatan
Gibbs (∆G), jarak ikatan, ikatan hidrogen, interaksi hidrofobik, interaksi Van der
Waals, ikatan kovalen (interaksi Pi, interaksi Sigma).

3

Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat membantu dalam mendesain senyawa obat
kanker payudara yang berasal dari senyawa aktif kurkuminoid dan santorizol
sebagai antikanker payudara menggunakan pendekatan in silico yaitu metode
penambatan molekuler.
2 METODE PENELITIAN
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Oktober 2014-Maret 2015 di
Laboratorium Komputasi Biofisika, Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA), Institut Pertanian Bogor (IPB), Bogor.
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah struktur ligan uji
kurkumin, demetosikurkumin, bisdemetoksikurkumin, santorizol dan obat
komersial inhibitor enzim siklooksigenase 2 yaitu selekoksib. Struktur 3 dimensi
Protein diperoleh dari bank data protein yang bisa diakses pada situs
(http://www.rcsb.org) dengan ID 3LN1.
Alat-alat yang digunakan adalah berupa perangkat keras dan perangkat
lunak komputer. Perangkat kerasnya yaitu komputer dengan spesifikasi prosesor
Quad Core (Intel Core I7, Amerika), RAM delapan Gigabyte, Kartu Grafis
NVIDIA Ge Force GTS 9400 (Taiwan). Sedangkan perangkat lunak yang
digunakan adalah, sistem operasi Windows 8 (Amerika). Perangkat lunak LigPlot+
1.5.4 (Roman Lawkowski), PyMOL 1.3 (Delano Scientific LLC, Italia), Autodock
Vina, Autodock Tools 1.5.6 (The Scripps Research Institute, Amerika). Open
Babel 2.3.1. Discovery Studio 4.0.PyRx.
Prosedur Penelitian
Preparasi Struktur Ligan (Arwansyah 2014)
Preparasi struktur ligan dibuat dalam struktur dua dimensi (2D) kemudian
ditransformasikan menjadi struktur tiga dimensi (3D) dengan menggunakan
program Marvinsketch 6.0. Struktur 3D kemudian dioptimasi dengan
menambahkan atom hidrogen menggunakan software open babel 2.3.1. Analisis
daya serap ligan dilakukan dengan filter Lipinski. Ligan yang memenuhi kriteria
Lipinski kemudian diuji toksisitasnya dengan metode ADMET.
Preparasi Struktur Makromolekul (Wang 2010)
COX-2 diperoleh dari basis data protein (PDB) pada situs
http/www/pdbbeta.rscb.org/pdb. Kode identifikasi enzim adalah 3LN1. Format
data PDB mengandung data koordinat x,y,z visualisasi struktur 3 dimensi
(Gambar1). Resolusi protein yang dipakai adalah 2.5 Å. Karakterisasi protein
dilakukan dengan uji stabilitas struktur protein dengan analisis plot
Ramachandran.

4

Simulasi penambatan molekuler ligan uji dan ligan pembanding
terhadap reseptor (Trott 2010)
COX-2 dan ligan dipreparasi menggunakan perangkat lunak Open Babel
2.3.1 dan Autodock Tools 1.5.6 (shi et al 2012). Open Bable 2.3.1 untuk
menambahkan gugus hidrogen pada ligan dan Autodock tools1.5.6 untuk
memberikan ikatan hidrogen dan muatan Gasteiger, penghilangan molekul air,
serta penambahan sudut torsi. Hasil preparasi disimpan dalam format PDBQT.
Area penambatan (Grid) dimuat dengan menyesuaikan area penambatan
obat pada protein danparameter penambatan dilakukan dengan ADT 1.5.6 dan
penambatan molekuler dilakukan dengan Autodock Vina (Scripps Research
Institute, USA) diasumsikan semua rotatable bond (ikatan siklik) dari molekul
kecil dapat berotasi (fleksibel) dan makromolekul adalah tetap (rigid) (Morris et
al.1998). Area Penambatan dibagi menjadi 2 yaitu area penambatan yang ditarget
dan area penambatan yang mencakupi semua enzim COX-2 (penambatan
molekular tak tertarget). Jumlah ulangan (Exaustiveness) dilakukan sebanyak 100
kali. Proses penambatan molekuler dilakukan dengan menggunakan PyRx.
Enzim COX-2 dan ligan analisis berupa kurkuminoid dan santorizol
dalam format *.pdb diubah ke dalam format *.pdbqt melalui program Auto Dock
Tools 1.5.6 (Shi et al 2012). Masing-masing ligan berada pada kondisi fleksibel
yang akan berinteraksi dengan biomakromolekul pada kondisi rigid (Kumar et al
2012). Autodock Vina digunakan pada simulasi penambatan molekuler ligan
analisis dan ligan pembanding terhadap COX-2. Hasil penambatan molekuler
diberi peringkat dan diperoleh nilai terbaik (ΔG paling negatif) diamati pada area
penambatan ligan terhadap COX-2. Area COX-2dalam format *.pdbqt dikonversi
ke dalam format*.pdb melalui program Auto Dock Tools 1.5.6. Interaksi berupa
ikatan hidrogen, interaksi hidrofobik, dan jarak ikatan dapat divisualisasikan
dengan menggunakan LigPLot+ 1.5.4 dan PyMOL 1.3 dengan radius interaksi 5Å
dari posisi ligan tertambat. Penambatan kurkuminoid dan santorizol selanjutnya
dibandingkan dengan selekoksib.
Proses penambatan molekuler dilakukan dengan memasukkan data area
penambatan ligan dan reseptor agar bisa disimulasikan menggunakan software
PyRx. Hasil penambatan molekuler akan memberikan informasi 10 nilai energi
bebas Gibbs (∆G) dengan nilai yang negatif tertinggi pada energi bebas Gibbs
(∆G) urutan pertama. Hasil penambatan molekuler kemudian dipilih yang paling
negatif energi bebas Gibbsnya (∆G) kemudian dikonversi ke format PDB
menggunakan software Discovery Studio 4.0. Selanjutnya dilakukan analisis 2
dimensi dengan software Ligplot dengan melakukan analisis ikatan hidrogen,
jarak ikatan, dan interaksi hidrofobik. Untuk visualisasi struktur 3 dimensi
dilakukan dengan menggunakan software Pymol 1.3.

5

3 HASIL
Hasil Preparasi Struktur Enzim COX-2 dan Ligan
Enzim target dan ligan merupakan 2 komponen paling penting dalam
penambatan molekuler. Kedua komponen ini harus memiliki format file yang
sama agar bisa diproses oleh perangkat lunak. Enzim COX-2 diperoleh dari hasil
penelitan laboratorium dengan cara kristalisasi menggunakan alatX-ray difraction
(XRD). Data hasil kristalisasi berupa koordinat 3 dimensi dalam format PDB.
Koordinat ini merupakan data yang bisa diolah oleh sistem perangkat lunak
penambatan molekuler. Data ini didapatkan dari basis data Research
Collaboratory for Structural Bioinformatics(RCSB) dengan kode akses 3LN1.
Enzim COX-2 yang didapatkan teridiri atas heterodimer yang berisfat identik
(Gambar 1). Pada penelitian ini digunakan satu monomer yang mewakili semua
struktur COX-2.

Gambar 1. Struktur 3D enzim COX-2 (RCSB 2015)
Struktur ligan harus dalam format 3 dimensi agar bisa disimulasikan
dengan Autodock Vina. Struktur ini didesain dengan perangkat lunak
Marvinsketch 6.0 dengan terlebih dahulu membuat struktur 2 dimensinya. Hasil
preparasi ligan terdiri atas senyawa kurkumin, bisdemetoksikurkumin, santorizol,
asam arakidonat dan selekoksib adalah struktur 2 dimensi dengan berbagai
karakteristik gugus fungsi. Kurkuminoid tersusun atas gugus fungsi fenil yang
terhubung oleh rantai karbonilα,β. Kurkumin memiliki gugus bismetoksi.
Demetoksikurkumin kehilangan 1 gugus metoksi pada salah satu gugus fenil dan
bisdemetoksikurkumin kehilangan gugus metoksi pada kedua gugus fenilnya.
Senyawa obat selekoksib tersusun atas 1 cincin 3 frolor pentasiklik dan 2 gugus
fenil. Sedangkan senyawa asam arakidonat tersusun atas rantai asam karboksilat
dengan 20 rantai karbon dan 4 ikatan ganda cis (Tabel 1).

6

Tabel 1. Struktur 2 dimensi senyawa aktif (kurkuminoid, santorizol, dan
selekoksib) dan substrat dari enzim COX-2.
No.
Struktur
IUPAC
1.

Kurkumin

2.

Demetoksi Kurkumin

3.

Bisdemetoksi Kurkumin

4.

Santorizol

5.

Selekoksib

6

Asam Arakidonat

Ligan yang Memenuhi Aturan Lipinski
Senyawa kandidat obat harus memenuhi beberapa kriteria agar bisa
diserap secara optimal, yaitu aturan Lipinski. Parameter yang digunakan untuk
dalam aturan Lipinski berkaitan dengan struktur ligan uji yaitu jumlah donor
hidrogen kurang dari 5, jumlah akseptor hidrogen kurang dari 10, koefisien molar
kurang 40-130, Log P besar dari 5, dan berat molekul kurang dari 500.
Berdasarkan hasil uji, senyawa kurkuminoid (kurkumin, demetoksikurkumin, dan
bisdemetoksikurkumin) dan santorizol memenuhi aturan Lipinski (Tabel 2).
Senyawa kandidat obat ini bisa dikonsumsi secara oral karena senyawa obat ini
memiliki kemampuan untuk menembus membran intestinal usus.

7

Tabel 2.Aturan Lipinski senyawa kurkuminoid dan santorizol.
Aturan Lipinski

Kurkumin

Bidemetoksi
Kurkumin
310
4
4

Santorizol

366
1
4

Demetoksi
kurkumin
340
4
5

216
1
1

Selekok
sib
312
5
6

Berat Molekul
Donor Hidrogen
Akseptor
hidrogen
Log P
Refraktifitas
Molar

4.37
109.16

3.64
97.55

3.63
91.00

4.33
69.83

-0.053
77.14

Toksisitas ADMET
Senyawa kandidat obat harus memiliki sifat non toksik terhadap manusia
dan lingkungan oleh karena itu dilakukan simulasi toksisitas menggunakan
perangkat lunak ADMET. Semua ligan uji (kurkuminoid dan santorizol)
memenuhi kriteria ADMET (Tabel 3). Terdapat 7 parameter uji keamananan suatu
senyawa kandidat obat yaitu potensi terhadap serangan jantung, mutagenitas,
karsinogenitas, toksisitas terhadap lebah, ikan, T pyyriformis. Parameter sifat
suatu senyawa ditentukan dari gugus fungsi penyusun dan direpresentasikan
dalam bentuk presentase. Semakin tinggi presentase maka semakin besar sifat
model dari senyawa ligan.
Tabel 3. Toksistas senyawa ligan dan obat komersial l) Kurkumin, 2) Bisdeme
metoksikurkumin,3)Demetoksikurkumin,4)Santorizol,5) Selekoksib.
Model

Struktur
1
Human Ether-a-go- Inhibitor
go-Related Gene lemah
0.9654
Inhibisi
NonInhibitor
0.8883
Toksisitas
Non AMES
AMES
toksik
0.9173
Karsinogenisitas
Nonkarsinogen
0.8689
Karsinogenisitas
Tidak
(Tiga kelas)
dibutuhkan
0.6289
Toksisitas Oral
III
Akut
0.5180
Toksisitas pada
Tinggi
ikan
FHMT
0.9672
Toksisitas pada T. Tinggi TPT
pyriformis
0.9989
Toksisitas pada
Tinggi HBT
lebah
0.7948

2
Inhibitor
lemah
0.9165
NonInhibitor
0.9576
Non AMES
toksik
0.8291
Nonkarsinogen
0.8092
Tidak
dibutuhkan
0.5092
III
0.6175
Tinggi
FHMT
0.9710
Tinggi TPT
0.9895
Tinggi HBT
0.8154

3
4
5
Inhibitor
Inhibitor
Inhibitor
lemah
lemah
Lemah
0.9536
0.6323
0.705
NonNon-inhibitor NonInhibitor
0.8091
Inhibitor
0.9016
0.7151
Non AMES Non AMES Non AMES
toksik
toksik
toksik
0.8048
0.8995
0.6162
NonNonNonkarsinogen karsinogen Karsinogen
0.8845
0.8229
0.8527
Tidak
Tidak
Tidak
dibutuhkan dibutuhkan dibutukan
0.5711
0.6691
0.6531
IV
III
III
0.5520
0.8442
0.6157
Tinggi
Tinggi
Tinggi
FHMT
FHMT
FHMT
0.9691
0.9715
0.9961
Tinggi TPT Tinggi TPT Tinggi TPT
0.9993
0.9806
0.9361
Tinggi HBT Tinggi HBT Rendah HBT
0.7720
0.8330
0.8324

8

Karakterisasi Enzim Siklooksigenase-2
Asam Amino Penyusun COX-2
Enzim tersusun oleh asam-amino tertentu yang berpengaruh terhadap
aktifitas reaksi yang dikatalisisnya. Enzim COX-2 tersusun atas asam amino
bermuatan, tidak bermuatan, polar dan non polar (Tabel 4). Penentuan asam
amino penyusun COX-2 dilakukan menggunakan perangkat lunak MEGA 5 dari
basis data Research Collaboratory for Structural Bioinformatics (RCSB). Enzim
COX-2 memiliki 124 asam amino yang bermuatan, 205 asam amino polar, 258
asam amino non polar dengan struktur sekunder penyusun asam amino sebanyak
253 residu memiliki struktur heliks dan 52 residu memiliki struktur β Sheet.
Tabel4.Asam amino penyusun struktur enzim COX-2.
No

Asam
Amino

Kode
1 Huruf

Jumlah

Persentasi
(%)

Sifat

D
E

25
38

4.26
6.47

Bermuatan
Bermuatan

1
2

Aspartat
Glutamat

3
Huruf
Asp
Glu

3

Lisin

Lys

K

35

5.96

Bermuatan

4

Arginin

Arg

R

26

4.43

Bermuatan

124

21.12

Total Asam amino bermuatan
5

Sistein

Cys

C

12

2.04

Polar

6

Histidin

His

H

18

3.07

Polar

7

Metionin

Met

M

13

2.21

Polar

8

Asparagin

Asn

N

30

5.11

Polar

9

Glutamin

Gln

Q

29

4.94

Polar

10

Serin

Ser

S

33

5.62

Polar

11

Treonin

Thr

T

37

6.30

Polar

12

Triptofan

Trp

W

6

1.02

Polar

13

Tirosin

Tyr

Y

27

4.60

Polar

205

34.92

Total Asam Amino Polar
14

Alanin

Ala

A

25

4.26

Non Polar

15

Fenilalanin

Phe

F

36

6.13

Non Polar

16

Glisin

Gly

G

37

6.30

Non Polar

17

Isolusin

Ile

I

34

5.79

Non Polar

18

Leusin

Leu

L

55

9.37

Non Polar

19

Prolin

Pro

P

39

6.64

Non Polar

20

Valin

Val

V

32

5.45

Non Polar

Total Asam Amino Non-Polar

258

43.95

Total

587

100%

9

Struktur Sekunder COX-2
Sisi pengikatan senyawa obat dengan COX-2 bisa diketahui dari
visualisasi struktur sekunder asam amino COX-2. Struktur COX-2 didominasi
oleh struktur alfa heliks yaitu sebanyak 26, 10 jenis struktur β sheet (Gambar 2),
22 struktur β bridge, 7 rangkaian struktur 3/10 heliks, dan 29 Turn. Struktur
sekunder berkaitan erat dengan jenis katalisis dari suatu enzim. Enzim COX-2
memiliki sifat sebagai enzim oksireduktase. Struktur sekunder merupakan dasar
untuk membentuk struktur tersier dan kuartener. Sisi aktif tempat pengikatan
obat komersial selekoksib ditandai dengan lingkaran berwarna kuning yang
terdapat pada wilayah heliks 106,335,338,339,499,512,513,518, Turn 178.

Gambar 2. Struktur sekunder COX-2 menggunakan klasifikasi Dictionary of
Secondary Structure of Proteins(DSSP)
E:
Rantai beta
T:
Turn
Wilayah kosong tidak ada struktur sekunder
G:
Rantai heliks 3/10
B:
Jembatan beta
S:
Belokan
H:
Alpha heliks
=
Sisi pengikatan selekoksib
243% Heliks(31 helik; 253 residu)
8% Lembaran Beta (32 Untai; 52 residu)
Struktur Sekunder : DSSP (Dictionary of Secondary Structure of Protein)

10

Stabilitas Enzim COX-2
Akurasi hasil simulasi sangat dipengaruhi oleh kestabilan enzim. Enzim
yang stabil memiliki kecendrungan menyerupai keadaan dialam yaitu memiliki
asam amino penting yang lengkap dan memiliki struktur yang menyerupai
keadaan alami. Hasil analisis enzim COX-2 menggunakan plot Ramachandran
menunjukkan bahwa COX-2 memiliki stabilitas yang baik. Asam amino tersebar
pada 4 wilayah kuadran. Asam amino ditandai dengan warna titik pada setiap
kuadran. Terdapat 3 karakteristik wilayah yaitu wilayah yang diizinkan, wilayah
yang diizinkan sebagian dan wilayah yang tidak dizinkan sebagian. Protein yang
tidak stabil memiliki kecenderungan asam amino yang tersebar pada wilayah
kuadran ke 4. Enzim COX-2 memiliki asam amino pada wilayah yang diizinkan
sebanyak 96%, asam amino diizinkan sebagian sebanyak 4% dan tidak ada asam
amino pada wilayah yang tidak diizinkan (Gambar3).

I

II

III

IV

Gambar 3. Plot Ramachandran COX-2 PDB ID: 3LN1
Validasi Metode Penambatan
Hasil uji penambatan molekuler dengan Autodock Vina memerlukan uji
keabsahan metode baik itu terhadap area penambatan dan jumlah ulangan yang
digunakan dalam proses penambatan molekuler. Hal ini dilakukan dengan cara
melakukan penambatan ulang senyawa selekoksib yang sudah tertambat dengan
kompleks enzim COX-2. Hasil penambatan ulang kemudian dibandingkan dengan
saat proses pembuatan data PDB hasil penelitian di laboratorium.
Ligan uji ditandai dengan warna kuning, ligan asli hasil penambatan uji
laboratorium ditandai dengan warna coklat. Ligan uji ditambatkan ulang dengan
dua metode penambatan, yaitu penambatan tertarget dan penambatan menyeluruh.
Penambatan tertarget dibatasi pada sisi aktif enzim dengan menggunakan wilayah
penambatan (grid) dengan pusat center_x=30.60, center_y=-22.56, center_z= 16.76. Penambatan menyeluruh mencakupi semua area enzim COX-2. Hasil
penambatan menunjukkan bahwa penambatan terarah memberikan kemiripan
visualisasi 3 dimensi yang lebih besar jika dibandingkan dengan penambatan

11

menyeluruh (Gambar 4). Namun demikian, penambatan menyeluruh juga berhasil
tertambat kesisi aktif enzim. Penambatan menyeluruh baik digunakan jika sisi
aktif enzim tidak diketahui secara pasti. Jumlah ulangan yang optimal adalah
sebanyak 100 kali ulangan. Semakin tinggi nilai ulangan maka semakin akurat
data yang dihasilkan. Namun pada batas optimal data yang dihasilkan dari
pengulangan tidak memberikan hasil yang berbeda nyata.

Senyawa redocking

Senyawa redocking

Senyawa awal
Senyawa awal

A
B
Gambar4. Validasi metode ; A) interaksi selekoksib dengan residu asam amino
COX-2 pada penambatan menyeluruh B) interaksi selekoksib dengan
residu asam amino COX-2 pada hasil penambatan terarah. (keterangan:
Ligan berwarna kuning: hasil penambatan ulang, Abu-abu: Ligan
bawaan protein).
Afinitas Ikatan dengan Menggunakan Autodock Vina
Kekuatan interaksi antara ligan dengan sisi aktif enzim bisa diketahui
dengan indikator energi bebas Gibbs. Nilai negatif pada energi bebas Gibbs
menunjukkan bahwa reaksi yang terjadi adalah reaksi yang bersifat spontan.
Reaksi yang berlansung secara spontan merupakan indikasi bahwa terjadinya
interaksi yang setimbang dialam jika senyawa ligan dan enzim tersebut
direaksikan. Nilai energi bebas Gibbs yang positif menunjukkan bahwa reaksi
tersebut tidak terjadi secara spontan, yaitu memerlukan energi eksternal untuk bisa
terbentuknya kesetimbangan reaksi. Hasil penambatan molekuler menggunakan
Autodock Vina menunjukkan nilai energi bebas Gibbs seluruh ligan uji bernilai
negatif. Hasil ini didapatkan dari simulasi menggunakan Autodock Vina pada
ulangan 100 kali menggunakan emulator PyRx.
Kurkumin memiliki nilai energi bebas ΔG = -9.3 Kkal/mol,
bisdemetoksikurkumin ΔG = -8.5 Kkal/mol, demetoksikurkumin ΔG = -8.3
Kkal/mol, santorizol ΔG = -7.8 Kkal/mol. Semua ligan memiliki interaksi yang
terarah ke sisi aktif enzim COX-2 pada semua ligan. Substrat alami enzim COX-2
yaitu asam arakidonat memiliki ΔG = -7.8 Kkal/mol. Kurkuminoid dan santorizol
memiliki nilai energi bebas yang tinggi dibandingkan dengan substrat alami, hal
ini menunjukkan bahwa senyawa kandidat obat dapat berkompetisi dengan
substrat asam arakidonat dan menghambat aktifitas enzim COX-2. Kurkumin
memiliki energi bebas Gibbs tertinggi dibandingkan dengan senyawa
kurkuminoid yang lainnya. Nilai ini yang paling mendekati dengan energi bebas
Gibbs obat komersial selekoksib ΔG = -12,6 Kkal/mol (Gambar 5).

-7.8

Xanthorizol
Santorizol

-8.5

Bisdemetoksikurkumin

-8.3

Demetoksikurkumin

-9.3

Kurkumin

-7.8

Asam Arakidonat

-12.5
-14

-12

selekoksib
-10

-8

-6

-4

-2

∆G (Kkal/mol)
Gambar 5. Data energi interaksi pada enzim COX-2

0

Senyawa uji (ligan, substrat dan obat komersial)

12

Visualisasi Interaksi Hidrogen yang Terdapat Pada Ligandan COX-2
Semua senyawa ligan uji memiliki kesamaan interaksi dengan selekoksib
berdasarkan analisis Ligplus. Atom ligan ditandai dengan ikatan berwarna biru
sedangkan atom asam amino ditandai dengan ikatan berwarna coklat. Analisis
Ligplus memberikan data interaksi ikatan hidrogen yang ditandai dengan garis
putus-putus berwarna hijau. Selanjutnya interaksi hidrofobik dengan tanda merah
yang bergaris. Kesamaan interaksi yang terjadi dapat diketahui dengan pola
lingkaran yang terbentuk antar asam amino. Interaksi ini divisualisasikan dengan
rentang maksimal 5 Å (Gambar 6,7).
Pada penambatan terarah kurkumin terdapat 3 ikatan hidrogen pada asam
amino Arg106, Tyr341, His75 (Gambar 6).

b) Kurkumin
a) Selekoksib
Gambar 6. Kemiripan interaksi hidrogen dan hidrofobik antara (a) Selekoksib, (b)
Kurkumin

13

Senyawa kurkuminoid lainnya yaitu bisdemetoksikurkumin terdapat 4 ikatan
hidrogen pada asam amino His 75, Tyr 371, Arg 106, dan Tyr 341. Demetoksi
kurkumin terdapat 5 ikatan hidrogen pada asam amino His 75, Tyr 371, Arg 106, Tyr
341
, dan Met 508. Santorizol terdapat 1 ikatan hidrogen pada asam amino Ser516
(Gambar 7).

c)Bisdemetoksikurkumin

d)Demetoksikurkumin

e) Santorizol
Gambar

7. Kemiripan interaksi hidrogen dan hidrofobik antara
Bisdemetoksikurkumin, (d) Demetoksikurkumin, (e) santorizol

(c)

Data hasil visualisasi Ligplus (tabel 5) terdiri dari jumlah ikatan hidrogen
yang terbentuk, gugus asam amino dan ligan apa yang terlibat dalam interaksi
hidrogen tersebut, jarak ikatan dalam rentang 5 Å, dan kekuatan ikatan. Jenis dan
jarak ikatan mempengaruhi kekuatan ikatan yang terbentuk. Semakin dekat jarak
ikatan maka semakin kuat ikatan yang terbentuk. Data ini mempermudah dalam
mengetahui gugus manakah yang berperan penting dalam proses interaksi. Dari
tabel ini diketahui bahwa asam yang memiliki peran penting dalam menstabilkan
ikatan menggunakan ikatan hidrogen adalah His339, Gln178, Leu338,Arg499. His75
terdapat pada semua senyawa aktif kurkuminoid, senyawa substrat asam
arakidonat dan obat komersial selekoksib. Asam amino ini diduga memiliki peran
penting dalam interaksi kurkuminoid dan COX-2.

14

Jarak ikatan juga menjadi indikator kekuatan suatu interaksi. Jarak ikatan
melebihi 3 Å cenderung memberikan kekuatan ikatan yang lemah. Selekoksib
memiliki 3 ikatan sedang dan satu ikatan lemah, kurkumin memiliki 3 ikatan
sedang, demetoksikurkumin memiliki 5 ikatan sedang, bisdemetoksikurkumin
memiliki 4 ikatan sedang, santorizol memiliki 1 ikatan hirogen sedang.
Tabel5. Interaksi hidrogen yang terbentuk antara senyawa aktif (kurkuminoid,
Santorizol) dan substrat alami asam arakidonat.
Senyawa

Jumlah
ikatan
H

Residu
asam amino
yang
berikatan

Gugus
asam amino
yang
berinteraksi

His339
Gln178
Leu338
Arg499

Gugus
Ligan
yang
berinterak
si
-NH2
-NH2
-NH2
-OH

Selekoksib

4

Asam
Arakidonat

Jarak kekuatan
Ikatan

-OH
-O
-O
-NH2

2.96
3.08
2.71
3.34

Sedang
Sedang
Sedang
Lemah

3

His75
Arg499

-OH
-OH

-

-

-

Kurkumin

3

Tyr341
Arg106
His75

-OH
-OH
-OH

-OH
-OH
-NH2

3.10
3.17
2.94

Sedang
Sedang
Sedang

Demetoksi
kurkumin

5

Tyr341
Arg106
His75
Tyr371
Met508

-OH
-OH
-OH
-OH
-OH

-OH
-NH2
-NH2
-OH
-OH

2.97
2.86
2.80
2.97
2.91

Sedang
Sedang
Sedang
Sedang
Sedang

Bisdemetok
si kurkumin

4

Tyr341
Arg106
His75
Tyr371

-OH
-OH
-OH
-OH

-OH
-NH2
-NH2
-OH

2.99
2.80
2.80
3.08

Sedang
Sedang
Sedang
Sedang

Santorizol

1

Ser516

-OH

-OH

3.04

Sedang

Analisis Kesamaan Ikatan Hidrogen dan Interaksi Hidrofobik
Jenis inhibisi ligan terhadap COX-2 diketahui dari data kesamaan interaksi
hidrogen dan hidrofobik. Ligan kurkumin memiliki jumlah kesamaan reaksi yang
paling tinggi jika dibandingkan dengan ligan lainnya. Senyawa aktif memiliki
kesamaan ikatan pada beberapa asam amino yang terdapat pada sisi katalitik
enzim COX-2 (Tabel 6). Kurkumin dengan presentase kemiripan 35%,
demetoksikurkumin dan bisdemetoksikurkumin sebanyak 30% dan Santorizol
sebesar 22% . Kemiripan interaksi senyawa obat komersial memiliki hubungan
yang linear dengan kekuatan energi bebas Gibbs yang terbentuk.

15
Tabel 6. Presentase kemiripan interaksi dengan obat komersial Selekoksib
dengan sisi aktif enzim COX-2. 1) Selekoksib, 2) Asam arakidonat, 3)
Kurkumin, 4) Demetoksikurkumin, 5) Bisdemetoksikurkumin,
6)Santorizol
∆G
No (Kkal/
mol)

Konstanta
Inhibisi
(M)

Kesamaan interaksi asam amino
terhadap Selekoksib

Total
kemiripin
(Persentase)

1

-12.5

6.7183
x10-10

Tyr40, Glu52, Asn53, His75, Arg106, Glu126,
Asn130,Tyr133, Glu165, Arg170, Arg171,Gln178,
Ala185, Phe186, Gln189, His193, Phe196, Lys197,
Thr198, His200, Arg202, Asp225, Val281,Val335,
Leu338, Ser339, Tyr341, Leu345, Asn368, Tyr371,
His372, Trp373, His374, Gln392, Leu394, Asn396,
Ile399, Ile 428, Gln431, Val433, Arg499, Phe504,
Val509, ly512, Ala513, Leu517

2

-7.8

1.8889
x10-6

Val335, Tyr341, Ser339, Ala502, His75

3

-9.3

1.4979
x10-7

Ala513, Val335, Trp373, Tyr371, Tyr341, Ser339,
Ser516, Gly152, Ala502, Val509, His75, Phe504,
Arg499, Leu338, Ile503, Gln178

16(35%)

4

-8.3

8.1152
x10-7

Gln178, Leu338, Phe504, Ala509, His75, Ala502,
Gly512 , Ser516, Tyr371 , Trp373, Val335, Ala513,
Tyr341, Ser339

14 (30%)

5

-8.5

5.7881
x10-7

Tyr341, Ala513, Val335, Trp737, Ser339, Tyr371,
Ala502 , Ser316, Gly512 , Val509, His75, Phe504,
Leu338, Gln178

14 (30%)

6

-7.8

1.8889
x10-6

Leu398, Phe504, Val509, Gly512, Ser516, Tyr371,
Val335, Ser339, Val335, Ala513

10(22%)

46 (100%)

5(11%)

Analisis ikatan elektrostatik, Pi dan Sigma
Ikatan Pi dan Sigma divisualisasikan dengan menggunakan perangkat
lunak Discovery Studio 4.0. Interaksi hidrogen ditandai dengan garis putus-putus
berwarna biru. Interaksi elektrostatik ditandai dengan lingkaran berwarna ungu,
Interaksi van der Waals ditandai dengan lingkaran berwarna hijau. Interaksi sigma
dan Pi diketahui dari garis ikatan yang berwarna orange.
Senyawa obat komersil selekoksib memiliki 1 ikatan sigma pada gugus
fenolik dan 1 ikatan Pi pada gugus penta siklik. Senyawa kurkumin memiliki 1
ikatan sigma dan 1 ikatan Pi sebagai penstabil interaksi dengan sisi aktif enzim.
Ikatan Pi dan sigma yang terbentuk pada kurkumin terdapat pada gugus fenil.
bisdemetoksikurkumin dan demetoksikurkumin memiliki ikatan Pi pada gugus
fenil (Gambar 7,8,& 9).

16

B
A

A

B

b)
a)
Gambar 8. Interaksi Sigma dan pi yang terdapat pada a) Selekoksib, b)
Kurkumin

B

A

B
A

a)
Gambar

b)
9. Interaksi Sigma dan pi yang terdapat
Bisdemetoksikurkumin, b) Demetoksikurkumin

pada

a)

b)
a)
Gambar 9. Interaksi Sigma dan pi yang terdapat pada a) Santorizol, b)
b
Asam arakidonat
Interaksi Residu
Elektrostatik
Keterangan:
Ikatan Van der Waals
Ikatan Kovalen

Gugus aktif

Air
Logam

17

Visualisasi 3D dengan Discovery Studio 4 Ligan Terhadap Sisi Aktif COX-2
COX-2 merupakan heterodimer yang memiliki 2 monomer. Penelitian ini
digunakan satu monomer COX-2 karena sudah mewakili secara utuh struktur
enzim COX-2. Heterodimer memiliki monomer dengan penyusun asam amino
yang bersifat identik. Setiap monomer mempunyai dua sisi pengikatan yaitu sisi
alosterik dan sisi aktif. Substrat enzim COX-2 yaitu asam arakidonat berikatan
pada sisi aktif enzim maupun sisi regulator. Selekoksib terikat pada sisi aktif
enzim COX-2. Sisi aktif pengikatan ini divisualisasikan dengan membentuk awan
molekuler ikatan hidrogen yang melingkupi ligan.
Sisi pengikatan selekoksib terhadap sisi aktif merupakan patokan yang
digunakan untuk proses penambatan molekuler karena telah diketahui sebelumnya
bahwa selekoksib terbukti secara empiris dapat menghambat aktifitas dari COX-2.
Oleh karena itu penambatan difokuskan pada area sisi aktif sebagai target
pengikatan. Sisi pengikatan obat terdapat pada sisi aktif yang menjorok kedalam
dari struktur enzim (Gambar 11). Hasil analisis dengan ruang lingkup spesifik ini
akan meningkatkan akurasi data penambatan.

Gambar 11. Situs pengikatan senyawa aktif kurkuminoid dan santorizol
Superimpose semua senyawa aktif dilakukan dengan menggunakan
perangkat lunak Pymol 1.3. Senyawa yang berwarna hijau adalah obat komersial
yaitu selekoksib. Senyawa yang berwarna merah adalah senyawa kurkuminoid
yang merupakan senyawa uji. Senyawa lainnya yang melingkupi merupakan
struktur asam amino yang berinteraksi dengan senyawa obat maupun senyawa uji.
Senyawa kurkuminoid tertambat dengan baik ke sisi aktif enzim COX-2 dengan
mode ikatan inhibisi kompetitif (Gambar12). Mode ikatan kompetitif terjadi

18

karena semua ikatan terjadi pada sisi aktif enzim dan memiliki kemiripan gugus
yang berikatan. Gugus ini saling menggantikan tergantung dengan kekuatan
ikatan gugus pengganti.

a)

b)

Gambar 12. Superimpose struktur tiga dimensi interaksi ligan dan Selekoksib (a)
Kurkumin, (b) Demetoksikurkumin

a)
b)
Gambar 13. Superimpose struktur tiga dimensi interaksi ligan dan Selekoksib c
a) Bisdemetoksikurkumin, b) Santorizol

19

4 PEMBAHASAN
Preparasi Ligan
Molekul obat yang digunakan pada penelitian ini adalah kurkuminoid
yang terdiri atas kurkumin, bisdemetoksikurkumin dan demetoksikurkumin dan
santorizol. Senyawa ini terdapat pada tanaman obat Temulawak (Curcuma
xanthoriza). Senyawa ini juga dikenal berurutan dengan nama kurkumin I,
kurkumin II, dan kurkumin III. Senyawa ini banyak ditemukan di rimpang kunyit,
temulawak, dan temu hitam (Wahyuni 2004). Kurkumin terdiri atas asam ferulat
yang terikat melalui jembatan metilen pada atom C karbonil dengan rumus
molekul C12H20O6dan berat molekul 368.67. Titik lebur kurkumin sekitar 183 oC.
Kurkumin kurang larut di dalam air, namun larut dalam pelarut organik (Seafast
2012).
Senyawa aktif kurkumin terdiri atas cincin aromatik yang memiliki fenol
yang terikat pada gugus karbonil α,β-tak jenuh (Retno 2009). Demetoksi
kurkumin adalah senyawa turunan kurkumin yang terdapat dialam, senyawa ini
kehilangan gugus metil pada salah satu rantai fenol sedangkan yang memiliki
fenol yang terikat pada gugus karbonil α,β-tak jenuh senyawa bisdemetoksi
kurkumin merupakan senyawa aktif yang kehilangan kedua gugus metil pada
kedua gugus fenolnya (Gambar 2). Selain kurkuminoid, juga terdapat senyawa
aktif santorizol dengan struktur metil fenol yang memiliki aktifitas sebagai agen
antioksidan dan antiproliferasi (Cheah 2006).
Ligan yang Memenuhi Aturan Lipinski
Untuk mengetahui senyawa kurkuminoid memiliki kemampuan untuk
menembus membran dan mudah diserap oleh tubuh, maka digunakan aturan
Lipinski. Aturan ini ditetapkan berdasarkan uji coba 90% kandidat obat yang
diserap melalui mulut yang diuji oleh Lipinski (1997) melewati 5 aturan. Aturan
ini berlaku untuk obat yang ditransfer secara difusi pasif, namun tidak berlaku
untuk obat yang dibawa ke membran sel melalui protein transport.
Aturan ini terdiri dari 5 kriteria yaitu memiliki berat molekul kurang dari
500, molekul dengan berat kurang dari 500 akan mudah menembus pembatas
pembuluh darah otak dan saluran usus. Daya larut dalam lipid atau Log P
(perbandingan kelarutan oktanol dan air) kurang dari 5, nilai Log P menentukan
daya serap dari ligan didalam tubuh. Nilai Log P merupakan nilai perbandingan
dari konsentrasi pada dua fase cair yang setimbang (Leo et al 1971). Jumlah
gugus yang mendonorkan atom hidrogen terhadap ikatan hidrogen kurang dari 5.
Donor hidrogen merupakan jumlah gugus hidroksil dan amina dalam suatu
senyawa obat. Jumlah donor atom hidrogen yang lebih dari 5 dapat mengganggu
daya serap melewati membran bilayer. Jumlah akseptor hidrogen kurang dari 10.
Jumlah akseptor hidrogen dihitung dari jumlah atom oksigen dan atom nitrogen),
terlalu banyak akseptor hidrogen juga menggangu serapan melewati membran
bilayer. Kriteria terakhir adalah refraktifitas molar 40 -130. Nilai ini merupakan
ukuran total polarisasi 1 mol substansi terhadap suhu, tekanan dan indeks refraksi
(Born et al. 1999). Nilai ini adalah indikator kepolaran secara umum. Senyawa
kurkuminoid dan santorizol memenuhi semua kriteria aturan Lipinski (Tabel 2)
sehingga bisa ditransfer oleh tubuh melalui difusi pasif dan mampu menembus
membran bilayer. Hal ini mengindikasikan bahwa senyawa kurkumin bisa

20

dikonsumsi secara oral. Senyawa selekoksib memiliki kelarutan yang minimal
pada pelarut air namun masih bisa dikonsumsi secara oral (Drugbank 2015).
Uji Toksisitas Senyawa Aktif Menggunakan ADMET
hERG (the Human Ether-a-go-go-Related Gen) merupakan gen yang
mengkodekan protein kanal kalium yang berkontribusi untuk aktivitas detak
jantung. Penghambatan pada produksi protein dapat menyebabkan ganguan yang
fatal pada jantung. Obat yang dapat mengakibatkan penghambatan kuat pada gen
ini dapat mengakibatkan kematian secara tiba-tiba (Ekins et al 2006).
Kurkuminoid dan santorizol tidak merupakan inhibitor dari hERG (Tabel 3).
Berdasarkan data pada Tabel 3 diketahui bahwa kurkuminoid dan santorizol
merupakan senyawa yang termasuk inhibitor lemah berdasarkan klasifikasi
Robinson (2011). Klasifikasi ini terbagi menjadi 3 bagian yaitu senyawa dengan
sifat inhibitor kuat (IC ≤ 1 µM) inhibitor sedang (IC=1-10 µM) dan inhibtor
lemah (IC ≥ 10 µM). Senyawa dengan sifat inhibisi lemah merupakan senyawa
yang memenuhi kriteria sebagai kandidat obat yang aman dari efek samping
serangan jantung. Data ini juga didukung oleh klasifikasi Wang (2012).
Klasifikasi ini diambil berdasarkan basis data 803 senyawa yang terdiri atas 433
senyawa inhibitor (IC50>50 µM) dan 373 senyawa noninhibitor hERG
(pIC50≤50 μM). Berdarkan klasifikasi ini kurkuminoid dan santorizol termasuk
senyawa noninhibitor hERG. Data uji senyawa mutagen dianalisis dengan
menggunakan metode Ames dengan menggunakan basis data dari Xu (2012).
Basis data ini terdiri atas 7617 senyawa yang berbeda yang terdiri atas 4252
mutagen dan 3365 senyawa yang tidak mutagen menggunakan model yang dapat
memprediksi senyawa mutagen secara akurat. Data ini menunjukkan bahwa
kurkuminoid dan santorizol memiliki sifat yang tidak mutagen. Sedangkan untuk
mengetahui potensi suatu senyawa memiliki sifat karsinogen atau tidak maka
dilakukan pengujian dengan klasifikasi Lagunin (2005), yaitu dengan melihat
struktur dasar dari senyawa karsinogen pada hewan pengerat. Data ini juga
didukung oleh klasifikasi senyawa potensial karsinogenik menggunakan hewan
model tikus. Semua senyawa uji dengan klasifikasi ini merupakan senyawa yang
tidak bersifat karsinogenik.
Toksisitas akut suatu senyawa jika dikonsumsi secara oral dibagi dalam 4
kategori. Kategori I yaitu kategori yang memiliki nilai LD50 < 50mg/Kg.
Kategori II yaitu senyawa dengan nilai LD50 antara 50-500 mg/Kg. Sedangkan
kategori III merupakan senyawa dengan nilai LD50 antara 500-5000 mg/Kg.
Kategori IV merupakan senyawa dengan nilai LD > 5000 mg/Kg. Metode pada
penelitian ini menggunakan 12204 basis data senyawa. Klasifikasi senyawa
berdasarkan metode ini menunjukkan bahwa senyawa kurkumin,
bisdemetoksikurkumin, dan Santorizol masuk dalam kategori III yang artinya
senyawa ini memiliki nilai LD 500-5000 mg/kg. Nilai LD50 untuk senyawa
demetoksikurkumin adalah masuk pada kategori IV yang