STUDI INTERAKSI ANTARA SISTEIN (220) PADA p53 DAN MIRA-1 MELALUI PENDEKATAN MEKANIKA KUANTUM
STUDI INTERAKSI ANTARA SISTEIN (220) PADA p53 DAN MIRA-1 MELALUI PENDEKATAN MEKANIKA KUANTUM
Disusun Oleh :
NINDITA CLOURISA AMARIS SUSANTO
M0307058
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Kimia
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2012
commit to user
iii
Dengan ini saya menyatakan b ahwa skripsi saya yang berjudul “STUDI INTERAKSI ANTARA SISTEIN (220) PADA p53 DAN MIRA-1 MELALUI PENDEKATAN MEKANIKA KUANTUM ” belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga belum pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Surakarta, 7 September 2012
NINDITA CLOURISA AMARIS SUSANTO
STUDI INTERAKSI ANTARA SISTEIN (220) PADA p53 DAN MIRA-1 MELALUI PENDEKATAN MEKANIKA KUANTUM
commit to user
iv
Jurusan Kimia. Fakultas MIPA. Universitas Sebelas Maret.
ABSTRAK
MIRA-1 (Mutant p53-dependent Induction of Rapid Apoptosis 1) diusulkan membentuk adduct dan menginduksi reaktivasi p53. Kebolehjadian pembentukan adduct antara ikatan rangkap C-C MIRA-1 dan gugus tiol dari sistein (220) dapat dipengaruhi oleh rantai samping fleksibel dari MIRA-1 dan asam amino protein dari p53 disekitar MIRA-1. Kebolehjadian pembentukan adduct dipelajari dengan penambahan asam amino bertahap untuk membentuk sebuah konfigurasi terpilih. Hanya asam amino yang mempunyai minimal satu atom dengan jarak maksimum
5 Å dengan satu atom MIRA-1 yang dipilih untuk penelitian ini. Jarak yang relatif dekat diasumsikan memberikan pengaruh besar pada distribusi kerapatan elektron dari MIRA-1. Distribusi kerapatan elektron ditentukan melalui perhitungan single point NBO pada level teori HF (Hartree Fock) dan fungsi basis 6-31G *. Hasil perhitungan menunjukkan kontribusi rantai samping fleksibel dari MIRA-1 dan asam amino protein dari p53 disekitar MIRA-1 terhadap distribusi kerapatan elektron dari ikatan rangkap C-C dan dapat menyebabkan polarisasi. Polarisasi memberikan karbon bermuatan parsial positif sehingga terdapat kebolehjadian serangan nukleofilik dan pembentukan adduct tiol pada posisi ikatan rangkap C-C MIRA-1
Kata kunci: MIRA-1, konfigurasi, adduct, QM, NBO, polarisasi
INTERACTION STUDY BETWEEN CYSTEINE (220) OF p53 AND MIRA-1 BY MEANS OF QUANTUM MECHANICAL APPROXIMATION
commit to user
Department of Chemistry. Faculty of Mathematics and Natural Sciences. Sebelas Maret University.
ABSTRACT
MIRA-1 (Mutant p53-dependent Induction of Rapid Apoptosis 1) was proposed to form adduct and induces reactivation of p53. Probability of adduct formation between C-C double bond of MIRA-1 and thiol group of cysteine (220) can be affected by flexible side chain from MIRA-1 and surrounding protein amino acid of p53. The probability of adduct formation were studied by stepwise addition of amino acid to form a selected configurations. Only amino acids which have at least one atom at the distance of maximum 5Å to one atom of MIRA-1 were choosen for this study. Relative proximity is assumed to provide a major influence on the electron density distribution of MIRA-1. Electron density distribution was determined by means of NBO single point calculation at the HF (Hartree Fock) level of theory and 6-31G* basis function. The calculation results demonstrate a contribution of flexible side chain from MIRA-1 and surrounding protein amino acid of p53 to the distribution of electron density of C-C double bond and may induce polarization. Polarization gives a partial positive charge of carbon so there is possibility of nucleophilic attack and the formation of thiol adduct at position C-C double bond of MIRA-1.
Keyword : MIRA-1, configuration, adduct, QM, NBO, polarization
MOTTO
commit to user
vi
selesai (dari sesuatu urusan), kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan) yang
lain dan hanya kepada Tuhanmulah hendaknya kamu berharap
(Al Insyiraah: 5-8)
Sebaik – baiknya manusia adalah manusia yang bermanfaat bagi orang lain
(H. R. Muslim)
You do not really understand something unless you can explain it to your grandmother (Albert Einstein)
PERSEMBAHAN
commit to user
vii
Karya ini saya persembahkan untuk,
Orangtuaku tersayang, maaf kalau tidak bisa menyelesaikan ini semua tepat waktu. Terimakasih atas kasih sayang dan do‟a yang selalu tercurah untukku. Adikku tercinta, yang selalu memberikan dukungan untukku. Semua pembaca, semoga dapat lebih bermanfaat.
KATA PENGANTAR
commit to user
viii
jalan yang indah bagi penulis sehingga skripsi ini dapat penulis selesaikan dengan baik sebagai salah satu persyaratan dalam memperoleh gelar sarjana sains Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta. Atas segala karunia-Nya pulalah penulis menyadari bahwa segala sesuatu memiliki proses dan waktunya masing-masing.
Dalam menyusun skripsi ini penulis menemui berbagai hambatan dan permasalahan yang beragam. Namun, atas bimbingan, kritikan, saran, dan dorongan semangat yang bermanfaat dari berbagai pihak, semua hambatan dan permasalahan tersebut dapat penulis atasi dengan baik. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu penulis, yaitu sebagai berikut.
1. Prof. Ir. Ari Handono Ramelan., M.Sc., Ph.D., selaku dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta
1. Dr. Eddy Heraldy., M.Si., selaku ketua jurusan Kimia Fakultas Matematika
dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret, Surakarta
2. Dr. Khoirina Dwi N., M.Si., selaku pembimbing akademik
3. Dr.rer.nat. Fajar R. Wibowo., M.Si., selaku pembimbing skripsi, yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis dari awal hingga akhir
4. I.F. Nurcahyo., M.Si., selaku ketua laboratorium Kimia Dasar, yang telah memberikan akses bagi penulis melakukan penelitian di laboratorium Kimia Dasar bagian Komputasi Kimia
5. Bapak Ibu dosen dan seluruh staf jurusan Kimia yang telah memberikan fasilitas dan pelayanan yang baik bagi penulis
6. Bapak, Mama dan Bela dirumah, terimakasih atas dukungan dan motivasi yang diberikan untuk segera menyelesaikan karya ini
7. Computational Chemistry Comunity, terimakasih atas bantuan dan motivasi yang telah diberikan
8. Teman- teman Kimia‟07 dan semua pihak yang tidak mungkin disebutkan satu per satu, terimakasih atas semua dukungannya selama ini
commit to user
ix
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari semua pihak dalam rangka untuk menyempurnakan skripsi ini. Akhirnya penulis berharap, semoga karya kecil ini dapat memberikan manfaat bagi ilmu pengetahuan dan bagi pembaca.
DAFTAR PUSTAKA
Halaman
Surakarta, September 2012
Nindita Clourisa Amaris Susanto
commit to user
xii
Tabel 1. Jari –jari van der Waals beberpa unsur .......................................... 14 Tabel 2. Jarak antara atom dari asam amino ke atom MIRA-1.................... 30 Tabel 3. Nilai muatan parsial masing – masing atom penyusun
MIRA-1 ........................................................................................ 34
DAFTAR GAMBAR
commit to user
xiii
Gambar 1. Struktur p53 termutasi yang menunjukkan letak atau posisi Y220C.. ......................................................................... 7 Gambar 2. PhiKan083 (surface warna hijau) berada pada lekukan mutasi (cavity) mutan Y220C ........................................... 7 Gambar 3. Posisi fragmen bezodiazol (warna merah muda) di lekukan mutasi mutan Y220C .................................................... 8 Gambar 4. Struktur turunan maleimida A. Turunan aktif maleimidan
B. Turunan tidak aktif maleimida ................................................... 9
Gambar 5. Struktur MIRA-3 dan MQ (produk dekomposisi PRIMA-1) ......... 10 Gambar 6. Mekanisme induced- fit pada enzim ................................................ 12 Gambar 7. Model untuk ilustrasi jarak antar atom .......................................... 14 Gambar 8. Mekanisme reaksi adisi nukeofilik 1,4
(serangan pada C=C) ...................................................................... 16
Gambar 9. Kompleks p53 termutasi Y220C dengan MIRA-1 hasil docking
dan warna hitam menunjukkan MIRA-1 ........................................ 28 Gambar 10. Kompleks p53-MIRA-1 pada daerah mutan Y220C dan warna hitam menunjukkan MIRA-1 ........................................ 29
Gambar 11. Surface bagian asam amino – asam amino dari lekukan mutasi
yang berada di sekitar MIRA-1 dan warna hitam menunjukkan MIRA-1............................................................................................ 31
Gambar 12. Struktur MIRA-1 teroptimasi .......................................................... 33 Gambar 13. Struktur MIRA-1 dari kompleks Y220C-MIRA-1
hasil docking .................................................................................... 36
Gambar 14. Konfigurasi – konfigurasi dengan penambahan asam amino
secara parsial dan nilai ∆occupancy C1=C2 dari masing – masing tambahan asam amino.................................................................... 37
Gambar 15. Konfigurasi ke-2 dengan adanya tarikan elektron yang lebih besar
dari salah satu sisi ikatan rangkap C-C........................................... 42
Gambar 16. Polarisasi ikatan rangkap C-C dipengaruhi lekukan mutasi
(konfigurasi ke-8) ........................................................................... 43
commit to user
xiv
polarisasi tinggi pada ikatan rangkap C-C ...................................... 44
Gambar 18. Struktur MIRA-A, MIRA-B dan MIRA-C ................................... 46 Gambar 19. Struktur MIRA-1, MIRA-2 dan MIRA-3 ..................................... 47
DAFTAR LAMPIRAN
commit to user
xv
Lampiran 1. Perhitungan nilai ∆occupancy ikatan rangkap C-C MIRA-1 .......... 54
commit to user
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Protein p53 tumor suppressor berperan dalam pengendalian pertumbuhan sel sebagai pembatas terhadap adanya pertumbuhan sel menyimpang. Pertumbuhan sel menyimpang dapat diakibatkan oleh kerusakan DNA, aktivasi onkogen dan hipoksia (Bykov et al., 2002a, 2002b; Wiman, 2010). Apoptosis (bunuh diri sel terprogram) merupakan salah satu upaya untuk pengendalian pertumbuhan sel ketika terjadi kegagalan pada proses perbaikan kerusakan DNA dan kerusakan sel yang lain sebelum pembelahan terjadi pada sel tersebut (Albert et al ., 2002). Mutasi pada p53 akan berakibat hilangnya fungsi p53 sebagai penekan tumor (Bykov et al.,2002a, 2002b). Hal tersebut dapat memicu kanker atau cacat lain akibat tidak adanya penghentian pembelahan sel yang disebabkan kerusakan DNA dan kerusakan sel yang lain (Bykov et al., 2002a). Pengembalian fungsi p53 termutasi berpotensi menghentikan pertumbuhan sel kanker sehingga menjadikan p53 target yang cukup penting untuk terapi kanker (Bykov et al., 2002a, 2002b; Lambert et al., 2009; Wiman, 2010).
Lazimnya ada enam titik atau hot-spot mutasi yang sering terkait dengan kanker manusia dan pro-onkogenik. Y220C merupakan mutasi yang sering terjadi di β-sandwich dan jauh dari daerah DNA-binding (Joerger et al, 2006). Mutasi pada p53 mengubah satu asam amino pada protein menjadi asam amino lain. Mutasi Y220C merupakan mutasi tirosin menjadi sistein dan merupakan satu dari sekian mutasi onkogen yang terjadi pada p53 (Joerger et al., 2006; Basse et al., 2010). Mutasi Y220C ini menciptakan lekukan pada permukaan protein yang menyebabkan ketidakstabilan protein karena perubahan konformasi protein (Joerger et al., 2006).
Pengembalian fungsi p53 termutasi karena perubahan konformasi dilakukan melalui penempelan molekul kecil atau peptida pendek. Fungsi p53 dapat dikembalikan dengan mengatur konformasi dari mutan p53 sehingga
commit to user
mengembalikan fungsi p53 termutasi diantaranya PRIMA-1 (p53 reactivation induction of massive apoptosis ) (Bykov et al., 2002a, 2002b; Lambert et al., 2009; Wiman, 2010) dan turunan maleimida (MIRA-1 (Mutant p53-dependent Induction of Rapid Apoptosis I), MIRA-2, MIRA-3) (Bykov et al., 2005). Bykov (2005) menunjukkan bahwa MIRA-1 mempunyai kestabilan aktivitas pada mutan SKOV-His273, SKOV-His175 dan HI299-His175 dibandingkan MIRA-2 dan MIRA-3 pada konsentrasi yang cukup tinggi.
Interaksi yang terjadi antara p53 dengan MIRA-1 dapat menyebabkan modifikasi pada struktur p53. MIRA-1 dapat mengubah konformasi mutan p53 ke dalam konformasi aktif dengan berikatan secara spesifik pada asam amino tertentu dari DNA dan mempunyai aktivitas antitumor secara in vitro (Bykov et al., 2005). Modifikasi mutan p53 melalui pembetukan adduct tiol pada satu atau beberapa asam amino sistein mutan p53 diperkirakan mampu mengembalikan konformasi dan fungsi p53 mendekati wild-type-nya sehingga dapat menginduksi apoptosis dalam sel yang mengekspresikan mutan p53 (Lambert et al, 2009).
Lambert (2009) melaporkan pembentukan adduct tiol antara PRIMA-1 dengan N-acetylcysteine (NAC). Hal tersebut memungkinkan pembentukan adduct tiol yang terjadi pada sistein dalam p53. Pembentukan adduct tiol PRIMA-
1 dan NAC melalui substitusi nukleofilik pada salah satu gugus hidroksi PRIMA-
1. Lambert (2009) melaporkan juga bahwa pembentukan adduct lebih mudah melalui konversi PRIMA-1 menjadi MQ (Methylene Quinoclidinone) dimana MQ mempunyai ikatan rangkap C-C yang reaktif. Sehingga pembentukan adduct tiol antara MQ dan NAC diperkirakan melalui addisi nukleofilik. MIRA-3 dapat membentuk adduct tiol dengan NAC. Proses reaktivasi p53 dengan MIRA-3 melibatkan interaksi sistein pada p53. Turunan maleimida juga berinteraksi dengan sistein melalui ikatan rangkap C-C. MQ terdapat atom N dan gugus karbonil yang tarikan elektronnya terpusat pada salah satu atom C pada ikatan rangkap C-C-nya. Ikatan rangkap C-C MIRA-1 mendapatkan tarikan elektron dari dua gugus karbonil yang mengapitnya. Tarikan elektron yang ada cenderung sama besar pada kedua atom C-nya.
commit to user
B. Perumusan Masalah
1. Identifikasi Masalah
MIRA-1 mempunyai aktivitas antitumor yang hampir sama dengan PRIMA-1 secara in vitro. Aktivitas antitumor kedua senyawa ini diyakini melalui reaktivasi p53 termutasi. PRIMA-1 diketahui membentuk adduct dengan gugus tiol dalam proses reaktivasi p53. Konversi PRIMA-1 menjadi MQ diperlukan dalam pembentukan adduct. Gugus hidroksi PRIMA-1 diubah menjadi ikatan rangkap C-C pada MQ. Ikatan rangkap C-C dengan kondisi yang mirip juga terdapat pada MIRA-3 yang merupakan struktur analog MIRA-1, yaitu ikatan rangkap C-C yang terkonjugasi dengan karbonil. Ikatan rangkap C-C yang terdapat pada MIRA-1 maupun MQ sama - sama mendapat tarikan elektron dari karbonil yang mempunyai atom O dengan keelektronegatifan tinggi. MIRA-3 dipercaya dapat membentuk adduct tiol seperti halnya MQ. MIRA-1 dimungkinkan mempunyai aktivitas yang hampir sama dengan MIRA-3. Namun demikian diduga terdapat perbedaan reaktivitas ikatan rangkap C-C. MIRA-1 dengan MIRA-3 mempunyai perbedaan pada bagian alifatiknya. Seperti halnya MIRA-3, MIRA-1 juga mempunyai dua gugus karbonil disebelah kanan dan kiri ikatan rangkap C-C sehingga tarikan elektron terhadap ikatan rangkap C-C simetris, sedangkan MQ mempunyai satu gugus karbonil maka tarikan elektronnya hanya dari satu arah. Perbedaan polaritas ikatan rangkap C-C pada MIRA-1 atau MIRA-3 dengan MQ menunjukkan kebolehjadian pembentukan adduct turunan maleimida lebih kecil dari MQ. Namun demikian MIRA-3 memiliki aktivitas yang cukup tinggi dibandingkan dengan MQ.
Gugus tiol merupakan nukleofil lemah. Lemahnya nukleofilitas tiol memerlukan modifikasi pada ikatan rangkap C-C menjadi lebih reaktif sebelum masuknya gugus tiol. Lingkungan disekitar gugus tiol dimungkinkan memberikan pengaruh terhadap polaritas ikatan rangkap C-C. Pada p53 terdapat gugus tiol dengan lingkungan yang berbeda, sehingga memberikan kemungkinan reaksi pembentukan adduct yang berbeda pula. Lingkungan disekitar gugus tiol dapat
commit to user
lekukan yang landai. Reaktivitas suatu ikatan rangkap C-C dilihat melalui kerapatan elektron yang dipengaruhi lingkungan. Kerapatan elektron dapat ditunjukkan melalui metode analisis populasi berbantuan komputer yang dikenal antara lain Mulliken, NBO (Natural Bond Orbital) atau ESP (Electrostatic Potential). Analisis populasi harus dilakukan dengan metode mekanika kuantum mengingat analisis ini melibatkan stuktur elektronik suatu molekul. Metode – metode dari mekanika kuantum mempunyai akurasi dan kecocokan dengan sistem yang berbeda – beda. Akurasi metode mekanika kuantum antara lain ditentukan oleh level teori yang digunakan yaitu: Hartree Fock (HF), Pertubasi Moller-Pleset, Configuration Interaction (CI), atau Coupled Cluster (CC). Perhitungan komputasi yang menggambarkan karakter pengaruh lingkungan juga membutuhkan fungsi basis yang sesuai. Fungsi basis diantaranya fungsi basis minimal, fungsi basis yang membagi elektron valensi, fungsi basis yang menambahkan fungsi polarisasi atau yang menambahkan fungsi difusi. Mengingat tingginya sumber daya yang diperlukan, pemilihan metode yang tepat merupakan syarat utama efisiensi perhitungan.
2. Batasan Masalah
1. Reaktivitas MIRA-1 dalam pembentukan adduct ditunjukkan dengan polarisasi kerapatan elektron pada ikatan rangkap C-C terkonjugasi dengan dua gugus karbonil.
2. Perubahan kerapatan elektron ditinjau dari pengaruh asam amino terdekat dalam lekukan mutasi p53.
3. Struktur interaksi yang digunakan adalah hasil docking dengan MOE kode PDB 2X0W kompleks p53 termutasi (Y220C) dengan MIRA-1 pada posisi ikatan rangkap C-C dekat dengan gugus tiol.
4. Metode analisis populasi menggunakan NBO dengan level teori HF dan fungsi basis 6-31G*
commit to user
3. Rumusan Masalah
1. Apakah kerapatan elektron ikatan rangkap C-C MIRA-1 dapat menjadi asimetris sehingga terdapat kebolehjadian serangan nukleofil?
2. Apakah ikatan rangkap C-C MIRA-1 dapat terpolarisasi sebagai pengaruh lekukan mutasi sehingga terdapat kebolehjadian pembentukan adduct tiol?
3. Bagaimana bagian alifatik MIRA-1 berpengaruh terhadap kebolehjadian pembentukan adduct tiol?
C. Tujuan Penelitian
1. Mengetahui apakah kerapatan elektron ikatan rangkap C-C MIRA-1 dapat menjadi asimetris sehingga terdapat kebolehjadian serangan nukleofil.
2. Mengetahui pengaruh lekukan mutasi terhadap polarisasi ikatan rangkap C-C MIRA-1 sehingga terdapat kebolehjadian pembentukan adduct tiol.
3. Mengetahui pengaruh bagian alifatik MIRA-1 terhadap kebolehjadian pembentukan adduct tiol.
D. Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan mampu memberikan informasi mengenai pengaruh lekukan mutasi Y220C dan bagian alifatik MIRA-1 terhadap kebolehjadian pembentukan adduct tiol dengan menggunakan pendekatan mekanika kuantum.
commit to user
LANDASAN TEORI
A. Tinjauan Pustaka
1. Mutan Y220C
Protein p53 tumor suppressor (penekan tumor) berperan sebagai target terapi (Bykov et al., 2002a, 2002b; Wiman, 2010). Mutasi pada p53 berakibat pada hilangnya fungsi p53 sebagai penekan tumor (Bykov et al., 2002a, 2002b). Protein p53 sebagai target terapi terdapat tiga alasan pertimbangannya. Pertama, p53 berperan penting dalam menentukan nasib sel ketika DNA mengalami kerusakan yakni menentukan sel rusak akan memperbaiki diri atau mengalami apoptosis apabila kerusakan terlalu ekstensif (Wiman, 2010) sehingga p53 yang mengalami mutasi berperan terhadap perkembangan tumor, progesi dan resistensi kemoterapi. Kedua, sebagian besar perubahan genetik dalam tumor baik delesi atau mutasi pada lebih dari 50 % kanker manusia ternyata p53 mengalami mutasi (Joerger et al., 2006). Ketiga, kehilangan p53 mengakibatkan penurunan apoptosis dan menurunkan sensitivitas terhadap radioterapi dan kemoterapi (Wiman, 2010).
Mutasi yang terjadi pada p53 umumnya terdapat enam titik atau hot-spots yang teridentifikasi terkait kanker manusia yaitu R175H, G245S, R248Q, R249S, R273H dan R282W (Joerger and Fersht., 2007). Selain itu terdapat juga mutasi pada β-sandwich yaitu V143A, L145Q, P151S, V157F, I195T, Y220C, I232T, I255F dan F270C (Bullock, 2000; Joerger et al., 2006). Mutasi pada Y220C merupakan mutasi yang sering terjadi di β-sandwich sekitar 75000 kasus kanker baru di dunia (Joerger et al., 2006; Basse et al., 2010). Mutasinya terletak jauh dari DNA- binding yang dimulai dari loop yang terhubung dengan β-strands S7 dan S8 ditunjukkan Gambar 1.
commit to user
Gambar 1. Struktur p53 termutasi yang menunjukkan letak atau posisi Y220C. Mutan Y220C dapat dihilangkan sifat onkogen dengan menurunkan stabilitasnya
sehingga bisa didenaturasi pada temperatur tubuh akibatnya tidak lagi memicu kanker (Boeckler et al., 2008).
Penempelan molekul selektif dapat mengembalikan konformasi dan fungsi mutan p53 mendekati wild-type (Joerger dan Fersht., 2006; Boeckler, 2008; Basse et al ., 2010)). Molekul selektif salah satunya terdapat PhiKan083 (turunan karbazol) melalui docking pada lekukan mutasi (cavity) yang diciptakan oleh Y220C dengan afinitas yang baik dan menstabilkan mutan (Boeckler et al., 2008) yang ditunjukan Gambar 2.
Gambar 2. PhiKan083 (surface warna hijau) berada pada lekukan mutasi (cavity)
mutan Y220C.
commit to user
terdapat dalam lekukan mutasi (kode ID PDB 2X0W) pada posisi tegak yang ditunjukkan Gambar 3. Itu diposisikan demikian, nitrogen tiazol berada pada jarak ikatan hidrogen dengan gugus hidroksi Thr150 (threonin 150) dan gugus metoksinya yang mengapit ikatan rangkap C-C berada dekat dengan Cys220 (sistein 220) (Basse et al., 2010)
Gambar 3. Posisi fragmen bezodiazol (warna merah muda) di lekukan mutasi
mutan Y220C
Kedua molekul selektif pada penelitian tersebut berupaya untuk membuktikan bahwa sisi mutasi mutan Y220C merupakan target yang spesifik untuk desain obat kanker.
2. Aktivitas MIRA-1
NCI (Natural Cancer Institutes) melaporkan penemuan dua molekul yang dapat mengaktifkan kembali mutan p53 yaitu PRIMA-1 (p53 Reactivation and Induction of Massive Apoptosis ) dan MIRA-1 (Mutant p53-Dependent Induction of Rapid Apoptosis ) (Bykov et al., 2005). Molekul seperti PRIMA-1 dan MIRA-1 atau produk hidrolisisnya dapat bereaksi secara kovalen dengan p53 melalui modifikasi asam amino sistein (Lambert et al., 2009). MIRA-1 mempunyai aktivitas antitumor lebih baik dibandingkan PRIMA-1 (Bykov et al., 2005).
MIRA-1 merupakan salah satu turunan maleimida yang dapat mengaktifkan kembali mutan p53 in vitro dan mengembalikan transkripsi- tansaktivasi dengan mutan p53 pada sel hidup (Bykov et al., 2005). MIRA-1 untuk pengembangan obat antikanker yang menargetkan mutan p53. Bykov (2005) dalam penelitiannya melaporkan MIRA-1 dapat menekan pertumbuhan
commit to user
strukturnya dapat ditunjukkan pada Gambar 4. Struktur turunan maleimida yang aktif dan mempunyai aktivitas hampir sama dengan MIRA-1 yaitu MIRA-2 dan MIRA-3 ditunjukkan pada Gambar 4A. Selain itu terdapat juga struktur analog MIRA-1 yang tidak aktif yaitu MIRA-A, MIRA-B dan MIRA-C ditunjukkan pada Gambar 4B.
MIRA-1 MIRA-2 MIRA-3
Gambar 4. Struktur turunan maleimida A. Turunan aktif maleimida B. Turunan
tidak aktif maleimida.
Hasil pengujian terhadap SKOV-His273, SKOV-His175 dan HI299-His175 pada konsentrasi yang tinggi memberikan kestabilan aktivitas dibandingkan MIRA-2 dan MIRA-3. Kedua turunan maleimida tersebut mempunyai aktivitasnya pada konsentrasi yang rendah. MIRA-3 pada konsentrasi yang tinggi dapat memberikan efek toksik (Bykov et al., 2005).
Lambert (2009) melaporkan pembentukan adduct lebih mudah melalui konversi PRIMA-1 menjadi MQ dimana MQ mempunyai iktan rangkap yang reaktif dan terkonjugasi dengan gugus karbonil sehingga pembentukan adduct tiol antara MQ dan NAC diperkirakan melalui addisi nukleofilik. MIRA-3
commit to user
Gambar 5 sehingga terdapat kecenderungan interaksi dengan tiol seperti pada MQ yaitu melalui reaksi addisi nukleofilik.
Gambar 5. Struktur MIRA-3 dan MQ (produk dekomposisi PRIMA-1).
MIRA-1 yang merupakan struktur analog MIRA-3 kecenderungan interaksi dengan tiol hampir sama. MQ produk dekomposisi dari PRIMA-1 merupakan akseptor Michael (Lambert et al., 2009). Begitu pula MIRA-1 disebut akseptor Michael yang berpotensi untuk modifikasi sistein dalam protein (Bykov et al ., 2005a; Wiman, 2010). Beberapa molekul penstabil mutan p53 yang memiliki aktivitas akseptor Micahel menunjukkan bahwa reaktivasi mutan p53 dengan senyawa tersebut melibatkan redoks yang umumnya mengontrol aktivitas p53 wild-type (Wiman, 2010).
3. Reaksi Enzimatis
Reaksi dalam kehidupan berlangsung sangat lambat tanpa katalis. Enzim dapat meningkatkan kecepatan reaksi. Bagian utama dari enzim adalah protein, tetapi tidak semua protein adalah enzim. Protein terdiri dari satu atau lebih rantai polipeptida yang masing - masing terdiri beberapa asam amino. Sama seperti protein, enzim tersusun dari rantai lurus asam amino yang kemudian mengalami proses pelipatan membentuk suatu struktur tiga dimensi. Aktivitas dari enzim akan sangat dipengaruhi struktur tiga dimensi yang dimilikinya. Ukuran enzim pada umumya jauh lebih besar daripada substrat yang akan diikatnya. Hanya sebagian kecil dari struktur tiga dimensi enzim yang terlibat secara langsung
commit to user
enzim dan merupakan tempat terjadinya ikatan antara enzim dengan substrat. Sisi aktif ini memiliki ukuran yang berkisar hanya tiga sampai empat asam amino. Jauh lebih kecil dibandingkan ukuran enzim secara keseluruhan. Komposisi dan ukuran protein bergantung pada jenis dan jumlah sub unit asam aminonya (Copeland, 2000).
Jenis ikatan yang terjadi antara enzim dan substrat dapat berupa kovalen, ionik, hidrogen dan van der Waals. Ikatan hidrogen dan van der Waals berperan dalam orientasi struktural komplek enzim-substrat (Copeland, 2000). Ukuran polaritas dari suatu ikatan kovalen dari suatu atom dapat dipengaruhi oleh jarak antar inti atom. Interaksi dari satu titik dari protein tidak hanya mempengaruhi daerah tersebut saja, tetapi akan mempengaruhi pada titik yang lain.
Protein dibangun oleh sekitar 20 macam asam amino melalui ikatan peptida. Asam amino mempunyai muatan amino dan muatan karbonil pada ujung – ujungnya yang dinetralkan melalui pembentukan ikatan peptida. Dalam sistem protein penyusunnya disebut asam amino, dimana yang membedakan antara asam amino yang satu dengan asam amino yang lain berupa struktur rantai samping yang berbeda pada asam amino – asam amino tersebut sehingga berpengaruh pada reaktivitas kimia. Beberapa asam amino seperti valin, leusin, alanin dan lain – lain terdiri dari hidrokarbon sehingga bersifat non polar, diharapkan mampu menarik molekul yang polar. Asam amino hidrofobik ini membantu menstabilkan pengikatan molekul substrat non polar ke dalam enzim. Ikatan hidrogen ini dapat menstabilkan struktur protein. Ukuran dan bentuk dari rantai samping asam amino menentukan tipe interaksi dengan gugus aktif tertentu. (Copeland, 2000).
Reaksi enzimatis melibatkan suatu proses pengikatan substrat ke dalam sisi aktif enzim. Terdapat dua mekanisme yang diusulkan untuk menjelaskan proses pengikatan substrat tersebut yaitu mekanisme Lock & Key yang dikemukakan oleh Emil Fischer pada tahun 1984, dan mekanisme Induced-Fit. Mekanisme yang terakhir dikemukakan pada tahun 1958 oleh Daniel Koshland.
Pada mekanisme Lock & Key, enzim dan substrat dapat dianggap sebagai suatu gembok dan kuncinya dimana kunci ini hanya akan cocok dengan gembok
commit to user
komplemen satu sama lain nya. Model ini mampu menjelaskan sifat spesifik dari suatu enzim namun tidak dapat menjelaskan tingkat kestabilan yang mampu dicapai oleh kompleks teraktifkan enzim-substrat.
Mekanisme Induced-Fit merupakan modifikasi dari mekanisme Lock & Key . Dalam mekanis me ikut dipertimbangkan struktur enzim yang relatif fleksibel dimana bagian sisi aktif enzim dapat terus mengalami perubahan ketika mulai terjadi interaksi antara enzim dengan substrat. Jadi ketika substrat mulai mendekat, sisi aktif enzim mulai menyesuaikan diri dengan geometri dari substrat sehingga pada akhirnya kedua geometri molekul yang terlibat saling komplemen. Mekanisme ini dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Mekanisme induced- fit pada enzim.
Gambar 6 yang relevan dengan penelitian ini dibatasi hingga pembentukan kompleks enzim-substrat. Hal tersebut dapat menunjukkan bahwa sisi aktif enzim harus dibantu oleh substrat sehingga membetuk kompleks.
4. Gaya Antar Molekul
Gaya antar molekul merupakan gaya suatu molekul dengan molekul lain yang sejenis atau berbeda dapat mengadakan interaksi tolak menolak atau tarik - menarik. Gaya antar molekul dapat terjadi antara molekul non polar dengan molekul non polar, molekul polar dengan molekul non polar dan molekul polar dengan molekul polar. Antaraksi berbagai dipol – dipol (tarikan atau tolakan) secara kolektif disebut gaya van der Waals (Pudjaatmaka, 1999).
commit to user
yang disebut gaya london. Gaya london timbul dari dipol yang diinduksi dalam satu molekul oleh molekul yang lain. Gaya london dapat terjadi bila pasangan elektron suatu molekul, baik yang bebas maupun yang terikat selalu bergerak mengelilingi inti. Elektron yang bergerak dapat mengimbas atau menginduksi sesaat pada tetangga sehingga molekul tetangga menjadi polar terinduksi sesaat. Molekul ini pula dapat menginduksi molekul tetangga lainnya sehingga terbentuk molekul – molekul dipol sesaat (Effendy, 2005).
Molekul polar berada pada jarak tertentu dengan molekul non polar maka molekul polar dapat menginduksi molekul non polar sehingga molekul non polar tersebut menjadi molekul polar induksian. Setelah proses induksian berlangsung antara kedua molekul tersebut terjadi gaya tarik elektrostatik yang disebut gaya dipol – dipol induksi (Effendy, 2005). Elektrostatik merupakan studi interaksi antara muatan benda yang penting untuk memahami interaksi dari elektron yang digambarkan dengan kerapatan elektron. Pendukung utama dari elektrostatik adalah hukum Coulomb yang merupakan deskripsi matematis tentang bagaimana muatan tolak menolak dan tarik menarik. Tarikan dan tolakan terutama timbul dari antaraksi dipol – dipol, tarik menarik antara muatan yang berlainan tanda dan tolak menolak antara muatan yang sama tanda. Persamaan hukum Coulomb untuk kekuatan interaksi antara dua partikel dapat ditunjukkan pada persamaan 1.
. ......................................persamaan 1.
Keterangan :
F = kekuatan interaksi antar dua partikel = muatan partikel pertama
= muatan partikel kedua = jarak antar dua buah partikel
Persamaan tersebut menunjukkan kekuatan interaksi antara dua partikel atau molekul berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antaranya (Young, 2001). Jarak berpengaruh penting terhadap kekuatan gaya antarmolekul. Jarak antar atom berdasarkan pada jari – jari van der Waals dapat diilustrasikan pada Gambar 7.
commit to user
Gambar 7. Model untuk ilustrasi jarak antar atom. Apabila jarak A-H lebih pendek daripada jarak H-B maka ikatan A-H
merupakan ikatan kovalen. Ikatan H-B bila jaraknya sama atau lebih besar dari jumlah jari – jari van der Waals atom H dan atom B maka jarak H-B dapat menunjukkan adanya interaksi tanpa ikatan (nonbonded interaction). Tabel 1 menampilkan jari – jari van der Waals beberapa unsur.
Tabel 1. Jari – jari van der Waals beberpa unsur. Unsur
r vdw (Å) Unsur r vdw (Å) Unsur r vdw (Å)
Pada interaksi O dengan O akan memiliki jari – jari van der Waals sebesar 3,04 Å maka bila jarak pada sistem antarmolekul lebih besar daripada jari – jari van der Waals tersebut menunjukkan terdapat interaksi tanpa ikatan berupa dipol – dipol karena sifat dari atom O yang bersifat polar. Namun, semakin jauh jarak antarmolekul tentunya akan mempunyai kekuatan interaksi yang semakin lemah sebab interaksi antar elektronnya semakin sedikit maka polarisasi semakin lemah dan semakin lemah pula kemampuan untuk membentuk ikatan (Effendy, 2005).
5. Reaksi Addisi Nukleofilik Karbon Tak Jenuh- α,β Reaksi addisi nukleofilik merupakan reaksi pemutusan ikatan rangkap C-C oleh nukleofilik pada rantai karbon tak jenuh (unsaturated). Ikatan rangkap C-C karbon – karbon yang terdapat pada alkena bersifat non polar. Namun, suatu ikatan rangkap C-C karbon – karbon yang berkonjugasi dengan suatu gugus karbonil akan bersifat polar. Hal tersebut disebabkan adanya gugus karbonil yang bersifat polar mempunyai ikatan π berupa ikatan yang mudah terpolarisasi dan reaktif (Pudjaatmaka, 1999).
commit to user
dengan gugus karbonil pada umunya berlangsung makanisme dari Michael reaction atau Michael addition. Nukleofilik dari mekanisme Michael reaction akan menyerang pada karbon yang bermuatan parsial positif dimana sistem C=C- C=O ini parsial positif akan terdapat pada karbon- β dan karbon karbonil. Penyerang nukleofil pada C=C mekanismenya melalui addisi 1,4 sedangkan penyerangan nukleofil pada C=O melalui addisi 1,2. Halangan sterik disekitar ikatan rangkap C-C atau sekitar gugus karbonil dapat menyebabkan serangan tertuju pada posisi yang tak terintangi (Laue and Plagens, 2005; Pudjaatmaka, 1999).
Sistem terkonjugasi seperti keton tak jenuh- α,β addisi nukleofilik yang berlangsung berupa addisi 1,4 dimana tipe addisi ini menyerupai addisi 1,4 diena terkonjugasi. Reaksi addisi 1,4 ini berlangsung melalui dua tahapan reaksi, yang pertama yaitu serangan nukleofil pada ikatan rangkap C-C karbon- α, β yang akan menghasilkan karbanion melalui pemutusan ikatan rangkap C-C. Kemudian nukleofil akan membawa pasangan elektronnya menuju atom karbon- β yang terlibat dalam ikatan rangkap C-
C, memaksa elektron π pada ikatan rangkap C-C
tersebut menuju atom karbon lainnya membentuk karbanion yang dapat beresonansi. Karbanion dapat beresonansi dengan gugus karbonil membentuk anion pada atom oksigen. Tahap kedua adalah serangan substituen bermuatan positif pada spesi yang bermuatan negatif (March, 1968). Reaksi Michael addition ini berlangsung melalui rearrangement karbanion pada ikatan rangkap C-C yang terkonjugasi dengan karbonil dan mengarahkan tautomerisasi pada enol menjadi keto sebagai produk akhir seperti ditunjukkan pada Gambar 8 (Laue & Plagens, 2005).
commit to user
suatu enol
keto
Gambar 8. Mekanisme reaksi adisi nukeofilik 1,4 dengan serangan terdapat pada
ikatan rangkap C-C.
6. Docking
Docking merupakan sebuah studi untuk memprediksikan struktur tiga dimensi suatu kompleks yang terbentuk antara suatu ligan dengan makromolekul yaitu protein. Docking mampu memprediksikan kompleks protein-ligan dalam waktu yang cepat dan biaya yang relatif murah. Teknik ini menempatkan ligan secara sistematis pada site aktif dari mekromolekul. Penempelan suatu ligan pada protein atau makromolekul (reseptor) dapat mempengaruhi struktur tiga dimensi dari protein membentuk konformasi tertentu, memberikan posisi yang menunjukkan kebolehjadian bagi protein target untuk berinteraksi dengan ligan yang mempunyai jarak yang relatif dekat (Manikrao et al., 2011).
MOE (Molecular Operating Environment) merupakan salah satu aplikasi yang dikembangkan Chemical Computing Group. Aplikasi ini bersifat user- friendly sehingga cocok digunakan untuk pembelajaran.
7. Quantum Mechanics (QM)
Quantum Mechanic (QM) atau mekanika kuantum merupakan metode matematik yang mempunyai ketelitian tinggi untuk memprediksi perilaku elektron yang digunakan untuk menyelesaikan fungsi gelombang dengan menggunakan persamaan Schrodinger. Mekanika kuantum diperlukan untuk mempelajari partikel-partikel mikroskopis seperti elektron, inti atom, atom dan molekul
commit to user
partikel tersebut (menguraikan sifat-sifat dasar partikel yang penting karena elektron terlibat dalam perubahan kimia). Dalam kimia kuantum, sistem digambarkan sebagai fungsi gelombang yang dapat diperoleh dengan menyelesaikan persamaan Schrodinger. Persamaan ini berkait dengan sistem dalam keadaan stasioner dan energi dinyatakan dalam operator Hamiltonian. Operator Hamiltonian dapat dilihat sebagai aturan untuk mendapatkan energi terasosiasi dengan sebuah fungsi gelombang yang menggambarkan posisi dari inti atom dan elektron dalam sistem. Teori QM menggunakan operator Hamiltonian dan fungsi gelombang untuk menghitung energi sistem. Fungsi gelombang berupa fungsi posisi elektron dan nuclear ini dapat digunakan untuk mendeskripsikan probabilitas elektron pada lokasi tertentu, tetapi tidak dapat memprediksikan secara tepat letak dari elektron tersebut. Muatan atom untuk QM diperoleh dengan skema analisis populasi (Young, 2001).
Metode ini merupakan metode yang paling banyak digunakan dalam permodelan molekul (Leach, 2001). Melalui model Lewis mampu memprediksi pola ikatan kimia dan memberikan indikasi dari kekuatan ikatan (ikatan tunggal, ikatan rangkap C-C). Perhitungan ikatan kovalen yang tanpa pemutusan ikatan dengan Quantum Mechanic (QM) dapat dilakukan dengan menggunakan salah satu metode QM standar (Das, 2002). Akurasi dari perhitungan QM bergantung pada ukuran fungsi basis yang digunakan. Metode QM dapat memberikan penjelasan yang komprehensif untuk fenomena kimia seperti sifat valensi dan ikatan seperti reaktivitas kimia sehingga dapat memberikan penjelasan secara empirik dari kimia. QM (ab initio) pada tingkat dasar dapat memecahkan persamaan Schrodinger untuk sistem molekul yang mempelajari elektron (Young, 2001). Energi dari keadaan dasar, keadaan tereksitasi dan optimasi geometri dapat dihitung dengan metode QM, tetapi dibatasi pada ukuran sistem (Das, 2002).
Metode QM juga digunakan untuk pembelajaran secara detail terhadap struktur dan reaktivitas dari berbagai sistem. QM untuk mengetahui sifat-sifat elektronik yang terkait dengan distribusi elektron seperti momen dipol dan densitas elektron. (Dolenc and Koller, 2006; Leach, 2001). Keuntungan dari
commit to user
secara realistis (Thiel, 2009). Selain itu perubahan struktur elektronik yang melibatkan interaksi pertukaran muatan dan pengaruh polarisasi tidak diabaikan (Liu et al., 2001). Kelemahan metode ini adalah komputasinya cukup mahal untuk pembelajaran sistem yang cukup besar, seperti biomolekul (Dolenc and Koller, 2006).
8. Natural Bond Orbital (NBO)
Muatan atom maupun distribusi elektron tidak dapat terlihat dengan QM dan tidak dapat secara langsung dengan perhitungan QM ataupun eksperimen. Terdapat beberapa metode yang berbeda untuk menghitung muatan atom ataupun distribusi elektron dari sistem molekul. Salah satunya adalah NBO yang merupakan teknik analisis yang dapat mendeskripsikan sebuah analisis fungsi gelombang elektronik. NBO menggunakan orbital alami yang merupakan fungsi eigen yang mengurangi orde pertama dari densitas matrik berupa lokalisasi. Prinsip lokalisasi merujuk pada orbital yang menunjukkan pusat atom dan pasangan atom yang menghasilkan muatan dari atom. Analisis dengan NBO dikelompokkan sebagai orbital ikatan, anti ikatan, core dan Rydberg (Young, 2001; Glendening, 2011). Sehingga dengan NBO dapat untuk memahami konsep – konsep ikatan seperti muatan atom, struktur lewis, tipe ikatan, transfer muatan, dan lain – lain. Analisis NBO dalam menunjukkan transfer muatan intramolekul dengan fungsi basis yang menunjukkan akurasi yang tinggi maka nilai - nilai dari muatan inti dan valensi makin negatif yang menunjukkan stabilitas dari struktur molekul (Monajjemi, 2010).
Analisis dengan NBO banyak digunakan karena hasilnya mengklasifikasikan jenis orbital, yang menunjukkan bahwa interaksi orbital lebih berperan penting dalam memutuskan delokalisasi elektron dibandingkan keelektronegatifan. NBO menampilkan occupancy yang menunjukkan berapa banyak elektron yang terdapat dalam tiap atom, energi orbital dan pola kualitatif dari interaksi delokalisasi dihubungkan dengan tiap – tiap atom dan terdapat pula
commit to user
umunya menggunakan level teori HF (Hartree-Fock) (Glendening, 2011).
9. Metode komputasi
Metode komputasi perlu dilakukan karena metode eksperimen belum mampu memberikan informasi yang mendalam tentang interaksi antarmolekul dalam skala molekular. Metode eksperimen lebih menjelaskan tentang fenomena yang terjadi dalam sistem makroskopis. Saat ini metode komputasi perhitungan
ab initio telah banyak digunakan untuk menentukan potensial interaksi antarmolekul secara akurat. Interaksi antarmolekul tergantung pada geometri masing-masing molekul.
Ab initio mengacu pada perhitungan mekanika kuantum melalui beberapa pendekatan matematis, seperti penggunaan persamaan yang disederhanakan (Born-Oppenheimer approximation) atau pendekatan untuk penyelesaian persamaan differensial. Ab initio merupakan metode orbital molekul yang paling akurat dibandingkan semi empirik dan molekul mekanik. Metode ini dapat memberikan prediksi kuantitatif yang akurat untuk berbagai sistem molekular. Namun, membutuhkan sumber daya komputer yang cukup besar (Dorsett and White, 2000). Tipe yang paling terkenal dari metoda ab initio adalah perhitungan Hartree-Fock (HF) dengan metode pendekatan medan pusat (central field approximation ). Ini berarti bahwa tolakan Coulombik antar elektron tidak secara spesifik dimasukkan dalam perhitungan, tetapi efek total interaksi korelasinya dimasukkan dalam perhitungan sebagai suatu besaran konstant. Dalam teori HF, probabilitas untuk menemukan elektron di suatu daerah dalam atom didefinisikan sebagai jarak dari inti bukan jarak terhadap elektron lainnya (Young, 2001).
10. Fungsi Basis
Fungsi basis dalam ilmu kimia adalah kumpulan fungsi matematika yang digunakan untuk menyusun gugus orbit suatu molekul. Kumpulan fungsi-fungsi matematika yang ada disusun dalam kombinasi linier dengan menyertakan nilai koefisien di dalamnya. Fungsi yang digunakan umumnya adalah gugus - gugus
commit to user
kimia kuantum umumnya dilakukan dalam satu set basis perhitungan yang terdiri atas fungsi gelombang yang ada disusun secara linier (Young, 2001). Fungsi basis yang makin besar menunjukkan peningkatan keakurasian dalam memperkirakan orbital dengan menerapkan pembatasan lokasi elektron dalam ruang. Standar fungsi basis menggunakan kombinasi linier dari fungsi gaussian (Rauk, 2001).
Fungsi basis Split valence merupakan kombinasi dari himpunan fungsi basis minimal dan himpunan fungsi basis diperluas. Terdapat beberapa fungsi basis untuk masing – masing orbital atomik pada elektron kulit valensi tetapi hanya satu fungsi basis untuk menggambarkan orbital atomik pada kulit dalam. Fungsi basis 6-31G merupakan fungsi basis yang sangat populer untuk perhitungan pada molekul organik. 6-31G mendeskripsikan adanya sebuah contracted Gaussian yang terdiri dari 6 fungsi Gaussian primitif untuk orbital atom kulit dalam, sebuah contracted Gaussian yang terdiri dari 3 Gaussian primitif untuk valensi kulit dalam dan sebuah Gaussian primitif untuk valensi kulit luar (Leach, 2001; Rauk, 2001; Young,2001).
Simbol „*‟ menunjukkan adanya penambahan fungsi polarisasi. Hal tersebut berarti adanya penambahan ke dalam elektron valensi atau penambahan fungsi p untuk atom H dan He untuk sistem dimana hidrogen berperan sebagai atom penghubung atau fungsi d untuk atom besar. Fungsi basis 6-31G(d) atau 6- 31G* merupakan fungsi polarisasi dari fungsi basis 6-31G. Fungsi polarisasi dapat ditambahan pada fungsi basis untuk mendeskripsikan pemindahan yang tidak sama untuk muatan yang jauh dari inti atom sehingga dapat meningkatkan deskripsi dari ikatan kimia. Fungsi polarisasi ini digunakan karena dapat memberikan hasil dengan akurasi lebih baik (Young, 2001).
B. Kerangka Pemikiran
Adisi nukleofilik pada ikatan rangkap C-C yang terkonjugasi dengan gugus karbonil umumnya yang diserang pada karbon- β. Hal tersebut karena karbon –β mempunyai muatan yang sangat parsial positif yang berarti kerapatan
commit to user
ikatan rangkap C-C diapit oleh dua karbonil. Jika tarikan elektron dari kedua karbonil terpusat pada ikatan rangkap C-C MIRA-1 dengan kekuatan yang sama maka kerapatan elektronnya menjadi simetris. Tarikan yang simetris menyebabkan sulit menentukan posisi karbon mana sebagai karbon- β. Ikatan rangkap C-C yang mempunyai kerapatan elektron yang sangat tinggi menyebabkan serangan nukelofil sulit. Sehingga diperlukan faktor yang dapat menurunkan kerapatan elektron dari ikatan rangkap C-C.
Nukleofil umumnya menyerang pada karbon yang mempunyai kerapatan elektron rendah. Kerapatan elektron rendah dapat diperoleh dengan adanya pengaruh dari luar atau dari nukleofil itu sendiri. Tiol yang merupakan nukleofil lemah untuk mempengaruhi polarisasi ikatan rangkap C-C harus ada kombinasi dengan tiol mendekat pada ikatan rangkap C-C dan pengaruh dari luar yang memberikan tarikan elektron lebih kuat pada salah satu sisi karbon. Kemudian elektron ikatan rangkap C-C dapat tertarik ke salah satu sisi karbon dan nukleofil masuk melalui sisi karbon lain. Tarikan elektron yang lebih kuat pada salah satu sisi ikatan rangkap C-C akan memberikan kerapatan elektron asimetris. Pengaruh dari luar dapat diperoleh dari lekukan mutasi karena letak MIRA-1 yang terdapat di dalam lekukan. Lekukan terdiri dari asam amino – asam amino yang mempunyai gugus donor ataupun akseptor elektron. Gugus akseptor sebagai penarik elektron jika posisinya lebih dekat pada salah satu ikatan rangkap C-C dapat memberikan kekuatan tambahan tarikan elektron ke atom karbon tersebut. Sehingga karbon itu kerapatannya lebih besar dibandingkan karbon lain dalam ikatan rangkap C-C. Lekukan mutasi menyelubungi MIRA-1 dari bagian maleimida dan bagian alifatik. Maka pengaruh dari luar dapat pula berpengaruh pada alifatik kemudian secara tidak langsung alifatik tersebut dapat berpengaruh terhadap kerapatan elektron dari ikatan rangkap C-C.
Kerapatan elektron hanya dapat dilihat melalui analisis populasi. Perhitungan yang melibatkan kerapatan elektron harus menggunakan metode mekanika kuantum. Mengingat perubahan kerapatan elektron relatif kecil pada senyawa dengan ikatan kovalen maka dibutuhkan perhitungan yang relatif akurat.
commit to user
berarti ada tarikan, yang dapat mengakomodir tarikan tersebut adalah fungsi basis yang melibatkan polarisasi. Senyawa organik yang melibatkan arom C, N dan O sudah cukup akurat dengan menggunakan fungsi basis split 6-31.
C. Hipotesis
1. Kerapatan elektron ikatan rangkap C-C MIRA-1 dapat dibuat asimetris dengan adanya kekuatan tarikan elektron yang berbeda pada kedua sisi atom karbon ikatan rangkap C-C sehingga dapat terjadi kemungkinan serangan nukleofil.
2. Lekukan mutasi yang terdiri dari asam amino – asam amino yang mempunyai gugus penarik elektron dapat memberikan pengaruh pada terpolarisasinya ikatan rangkap C-C MIRA-1.
3. Bagian alifatik berpengaruh terhadap kemungkinan pembentukan adduct tiol dengan adanya gugus dari asam amino yang dekat dengan bagian alifatik. Hal tersebut dapat memberikan pengaruh pada kerapatan elektron dan reaktivitas ikatan rangkap C-C.
commit to user
23
METODOLOGI PENELITIAN
A. Metode Penelitian
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimental laboratoris.
B. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian dilakukan di Laboratorium Kimia Dasar bagian Komputasi Kimia jurusan Kimia FMIPA UNS selama 6 bulan mulai bulan Oktober 2011 sampai Maret 2012.
C. Alat dan Bahan yang Dibutuhkan
1. Alat