STUDI TOKSISITAS SECARA IN SILICO KANDUNGAN SENYAWA FLAVONOID DAN ALKALOID PADA DAUN Justicia gendarussa Burm. f. Repository - UNAIR REPOSITORY
SKRIPSI
STUDI TOKSISITAS SECARA IN SILICO KANDUNGAN
SENYAWA FLAVONOID DAN ALKALOID PADA DAUN
Justicia gendarussa Burm. f.
AISHA ASTARI EKAPUTRI FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS AIRLANGGA DEPARTEMEN FARMAKOGNOSI DAN FITOKIMIA SURABAYA 2015
SKRIPSI
STUDI TOKSISITAS SECARA IN SILICO
KANDUNGAN SENYAWA FLAVONOID DAN
ALKALOID PADA DAUN Justicia gendarussa Burm. f.
AISHA ASTARI EKAPUTRRI
051111142
FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS AIRLANGGA
DEPARTEMEN FARMAKOGNOSI DAN FITOKIMIA
SURABAYA
2015
LEMBAR PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH
Demi perkembangan ilmu pengetahuan, saya menyetujui skripsi / karya ilmiah saya, dengan judul :
STUDI TOKSISITAS SECARA IN SILICO KANDUNGAN
SENYAWA FLAVONOID DAN ALKALOID PADA DAUN
Justicia gendarussa Burm. f.
untuk dipublikasikan atau ditampilkan di internet atau media lain yaitu Digital Library Perpustakaan Universitas Airlangga untuk kepentingan akademik sebatas sesuai dengan Undang – Undang Hak Cipta.
Demikian pernyataan persetujuan publikasi karya ilmiah ini saya buat dengan sebenarnya.
Surabaya, 14 Agustus 2015 Aisha Astari Ekaputri
NIM : 051111142
SURAT PERNYATAAN
Saya yang bertanda tangan di bawah ini : Nama : Aisha Astari Ekaputri NIM : 051111142 Fakultas : Farmasi menyatakan dengan sesungguhnya bahwa hasil tugas akhir yang saya tulis dengan judul :
STUDI TOKSISITAS SECARA IN SILICO KANDUNGAN
SENYAWA FLAVONOID DAN ALKALOID PADA DAUN
Justicia gendarussa Burm. f.
Adalah benar – benar merupakan hasil karya saya sendiri. Apabila di kemudian hari diketahui bahwa skripsi ini merupakan hasil plagiarism, maka saya bersedia menerima sangsi berupa pembatalan kelulusan dan atau pencabutan gelar yang saya peroleh. Demikian surat pernyataan ini saya buat untuk digunakan sebagaimana mestinya.
Surabaya, 14 Agustus 2015 Aisha Astari Ekaputri
NIM : 051111142
Lembar Pengesahan STUDI TOKSISITAS SECARA IN SILICO KANDUNGAN SENYAWA FLAVONOID DAN ALKALOID PADA DAUN Justicia gendarussa Burm. f. SKRIPSI Dibuat Untuk Memenuhi Syarat Mencapai Gelar Sarjana Farmasi Pada Fakultas Farmasi Universita Airlangga 2015 Oleh: AISHA ASTARI EKAPUTRI NIM. 051111142 Skripsi ini telah disetujui Tanggal 14 Agustus 2015 oleh :
Pembimbing Utama, Pembimbing Serta,
Prof.Dr.Bambang P.EW.MS.,Apt Prof.Dr. Siswandono, MS., Apt,
NIP. 19561217 198503 1 004 NIP. 19521002 198002 1 001
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur saya panjatkan atas kehadirat Allah SWT atas segala rahmat, hidayah, dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan sebaik-baiknya. Dengan selesainya skripsi yang berjudul “STUDI TOKSISITAS SECARA IN SILICO KANDUNGAN
SENYAWA FLAVONOID DAN ALKALOID PADA DAUN Justicia
gendarussa Burm. f.” ini, perkenankan penulis mengucapkan terima kasih
yang sebesar-besarnya kepada:
1. Rektor Universitas Airlangga, Prof. Dr. H. Fasich, Apt dan Dekan Fakultas Farmasi Universitas Airlangga Surabaya, Dr. Hj. Umi Athiyah, Apt., MS atas kesempatan yang diberikan untuk mengikuti dan menyelesaikan program pendidikan sarjana farmasi.
2. Prof. Dr.Bambang Prajogo E.W., MS., Apt. selaku pembimbing utama atas segala bimbingan, pengajaran, dukungan, dan saran sehingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik.
3. Prof.Dr. Siswandono, MS., Apt selaku pembimbing serta atas waktu, bimbingan, pengajaran, dukungan dan saran dalam menyusun dan menyelesaikan skripsi ini.
4. Dr. Aty Widyawaruyanti, M.Si dan Dr.rer.nat. Mulja Hadi Santosa sebagai dosen penguji yang telah membantu dan memberikan masukan dalam memperbaiki skripsi ini.
5. Prof. Dr. Djoko Agus Purwanto,Apt., M.Si selaku dosen wali atas perhatian, bimbingan, dukungan dan semangat selama menyelesaikan program pendidikan sarjana di Fakultas Farmasi Universitas Airlangga. vi
6. Kepala dan staf Departemen Farmakognosi dan Fitokimia, Departemen Kima Analisis Fakultas Farmasi Universitas Airlangga Surabaya yang telah memberi kesempatan untuk menggunakan sarana selama penelitian.
7. Seluruh Dosen yang telah mengajarkan ilmu pengetahuan selama saya menempuh pendidikan sarjana di Universitas Airlangga.
8. Kedua Orang tua, Bapak Anddy Aroena dan Ibu Rita Harjanti atas segala doa restu, semangat dan dukungan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi, serta kesabaranya dalam mendidik membesarkan penulis.
9. Tim gendarusa 2015, Arie Ferdiansyah serta teman-teman terdekat, Ayun Lestari, Dwi Muisristanto, Faya Kholisotin S., Gabriela Larasati S., Maulida Imania, Yoanda Alisa P., terima kasih atas kerjasama, bantuan, dukungan, semangat dan kerjasama selama ini.
10. Teman-teman kelas D “D is my Proud”, terima kasih atas semangat, doa, dan dukungan yang diberikan selama ini.
11. Teman terdekat, Ega Widya Prayogo, terima kasih atas doa, semangat, dukungan dan saran yang diberikan selama ini.
12. Serta seluruh pihak yang tidak dapat disebutkan satu-persatu, terima kasih banyak atas segala bantuan dan dukungannya vii
Dalam menyelesaikan skripsi ini tentunya tidak lepas dari keterbatasan penulis. Oleh karena itu, penulis senantiasa mengharap adanya masukan yang dapat lebih meningkatkan kualitas dari skripsi ini sehingga nantinya dapat memberikan hasil yang terbaik. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat dan memberika sumbangan yang berharga untuk ilmu pengetahuan.
Surabaya, 14 Agustus 2015 Penulis viii
RINGKASAN
STUDI TOKSISITAS SECARA IN SILICO KANDUNGAN
SENYAWA FLAVONOID DAN ALKALOID PADA DAUN
Justicia gendarussa Burm. f.
AISHA ASTARI EKAPUTRI
Dari hasil penelitian diketahui bahwa dalam fraksi n-butanol gandarusa terdapat 12 komponen flavonoid dengan komponen mayor 6,8- di-α-l-arabinopiranosil-4’,5,7-trihidroksiflavon, yang kemudian dikenal dengan gendarusin A. Selain gendarusin A, masih ada komponen lainnya antara lain gendarusin B, gendarusin C, gendarusin D dan gendarusin E yang telah diketahui strukturnya. Senyawa – senyawa tersebut masuk dalam golongan flavonoid yang memiki dua gugus gula yang terikat pada atom C nomor 6 dan atom C nomor 8. Alkaloid yang telah diisolasi dari daun
Justicia gendarussa Burm.f.yaitu 2-amino benzil alkohol; 2-amino-o-metil
benzil alkohol; 2-(2’-amino-benzilamino) benzil alkohol; 2-(2’amino- benzil)-o-metil-benzil alkohol dan beberapa senyawa yang termasuk golongan alkaloid baru yang diisolasi pada daun J. gendarussa, antara lain: Justidrusamid A, Justidrusamid B, Justidrusamid C, dan Justidrusamid D.
Uji praklinik yang telah dilakukan membuktikan bahwa daun J.
gendarussa tidak berpotensi sebagai toksik. Tetapi, menurut laporan Food
and Drug Administration (FDA) dalam Poisonous Plant Database (Plant
List), tanaman gandarusa termasuk salah satu tanaman yang potensial
beracun.Penelitian ini bertujuan untuk menginformasikan bahwa kandungan senyawa gendarusin A; B; C; D; ;dan E, justidrusamid A; B; C; dan D, serta alkaloid, yaitu 2-amino benzil alkohol; 2-amino-o-metil benzil alkohol; 2-(2’-amino-benzilamino) benzil alkohol; 2-(2’amino-benzil)-o- metil-benzil alkohol dalam Justicia gendarussa Burm. f yang memberi potensi sebagai senyawa toksik dan menentukan Hubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas antara sifat fisikokimia dari senyawa yang sudah terisolasi dari J. gendarussa dengan prediksi toksisitasnya secara in silico.
Dengan metode uji in silico yang memanfaatkan teknologi komputasi, dapat diketahui senyawa yang menyebabkan toksisitas pada J. viii
gendarussa melului software komputer. Penelitian ini dilakukan dengan
menentukan sifat kimia fisika yang kemudian di prediksi toksisitasnya menggunakan dua software online yaitu ACD/I-Lab, Osiris Property
Explorer dan software offline yaitu ToxTree.
Dari hasil penelitian menggunakan software online ACD/I-Lab diketahui kandungan senyawa flavonoid turunan apigenin berpotensi memiliki efek buruk yang dapat mempengaruhi Health Effects. Selain menggunakan software online tersebut, digunakan juga Osiris Property
Explorer didapatkan urutan senyawa yang memiliki nilai drug score dari
yang paling baik menuju paling buruk adalah Justidrusamid B > Justidrusamid A > 2-(2’amino-benzil)-o-metil-benzil alkohol > 2-amino-o- metil benzil alkohol > Justidrusamid D > 2-(2’-amino-benzilamino) benzil alkohol > Justidrusamid C > 2-amino benzil alkohol > Gendarusin A = Gendarusin B = Gendarusin C = Gendarusin D = Gendarusin E. Senyawa yang memiliki drug score paling baik, mempunyai potensi baik sebagai kandidat obat baru. Prediksi toksisitas menggunakan software offline
Toxtree didapatkan senyawa alkaloid 2-amino benzil alkohol dan 2-(2’-
amino-benzilamino)benzil alkohol memiliki sifat karsinogen.Pada Hubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas, LogP digunakan sebagai parameter hidrofobik, MR sebagai parameter sterik dan energi minimum sebagai parameter elektronik.Nilai-nilai parameter tersebut dihubungkan dengan toksisitas LD (Mouse Oral) lalu diolah
50 menggunakan program SPSS dan didapatkan delapan persamaan regresi.
Terdapat hubungan linier antara toksisitas LD dengan parameter lipofilik,
50
elektronik, dan sterik serta diketahui bahwa parameter yang paling berpengaruh adalah parameter lipofilik. Korelasi antara toksisitas LD
50
(Mouse Oral) dengan logP menyatakan bahwa semakin rendah nilai logP, maka toksisitasnya semakin besar. ix
ABSTRACT
IN SILICO STUDY FOR TOXICITY OF FLAVONOID AND
ALKALOID COMPOUNDS IN Justicia gendarussa Burm.f.
Five flavonoid compounds were found in J.gendarussa that had been structurally identified as gendarusin A, B, C, D, E and some of the alkaloid compounds were 2-aminobenzyl alcohol; 2-amino-o-methyl benzyl alcohol; 2-(2’-amino-benzylamino) benzyl alcohol; 2-(2’amino-benzyl)-o-methyl- benzyl alcohol and also four new alkaloids had been identified as Justidrusamide A, B, C and D. The study aims to investigate which
compounds are potentially toxic from the 13 compounds by in silico study.
The method used in this study was in silico using ACD/I-Lab online and Osiris Property Explorer online and the offline program used was Toxtree. The results of ACD/I-Lab program showed that the flavonoid compounds had poorly effects in the health effects test. In the Osiris Property, it showed that Justidrusamide B had a good drug score. In the offline program, Toxtree, it showed that the alkaloid compounds 2-aminobenzyl alcohol and 2-(2’-amino-benzylamino) benzyl alcohol had carcinogenicity. In the quantitative relationship of Structure-Activity that were processed using SPSS program used three parameters, lipophilic, electronic and steric. There
was a linear correlation between in silico toxicity and lipophilic parameters ,
the equation expresses that the lipophilic parameters which is logP has a meaningful linear correlation toxicity.
Keywords : Justicia gendarussa Burm.f., in silico, toxicity, gendarusin,
justidrusamide, amino benzyl, QSAR
x
xi
9
16
2.2.3 Manfaat Flavonoid...........................................
2.2.1 Flavonoid O-Glikosida..................................... 16 2.2.2 Flavonoid C-Glikosida.....................................
2.2. Tinjauan Tentang Flavonoid........................................... 14
13
13
2.1.6 Karakteristik Fisika Kimia yang Terisolasi......
2.1.4 Kandungan Tanaman........................................ 10 2.1.5 Kegunaan Tanaman..........................................
10
2.1.3 Penyebaran dan tempat tumbuh.......................
DAFTAR ISI
2.1.1 Klasifikasi Justicia gendarussa Burm. f. ........ 8 2.1.2 Morfologi Tanaman.........................................
2.1. Tinjauan tentang tanaman Justicia gendarussa Burm. f 8
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA............................................................ 8
1.4. Manfaat Penelitian.......................................................... 7
1.3. Tujuan Penelitian.................................................. ......... 6
1.2. Rumusan Masalah.......................................................... 6
1.1. Latar Belakang ............................................................... 1
BAB I. PENDAHULUAN ...................................................................... 1
Halaman KATA PENGANTAR............................................................................. vi RINGKASAN.......................................................................................... viii ABSTRACT............................................................................................. x DAFTAR ISI ........................................................................................... xi DAFTAR TABEL ................................................................................... xv DAFTAR GAMBAR............................................................................... xvi DAFTAR LAMPIRAN............................................................................ xviii DAFTAR SINGKATAN......................................................................... xix
16
2.3. Tinjauan Tentang Alkaloid ............................................ 19
2.3.1 Manfaat Alkaloid.............................................. 24 2.4. Tinjauan Tentang Senyawa Beracun..............................
28
2.4.1 Tinjauan tentang Senyawa Beracun pada Tumbuhan.........................................................
28
2.4.2 Tinjauan tentang Senyawa Beracun dalam database...........................................................
30 2.5. Tinjauan Tentang Uji Toksisitas....................................
32 2.5.1 Macam Studi Toksisitas...................................
33 2.6. Penelitian Toksisitas J.gendarussa................................
37 2.6.1 Penelitian Toksisitas secara in vivo.................
37 2.6.2 Penelitian Toksisitas secara in vitro................
38 2.7. Studi Toksisitas secara In silico.....................................
39 2.8. Tinjauan Tentang In Silico.............................................
40
2.8.1 Ligand Based Methode..................................... 41
2.8.2 Program Komputer........................................... 42
2.9. Tinjauan Tentang Ikatan Kimia...................................... 43
2.9.1 Ikatan Kovalen................................................. 43
2.9.2 Ikatan Ionik...................................................... 44
2.9.3 Ikatan Hidrogen................................................ 45
2.9.4 Interaksi Ion-Dipol dan Dipol-Dipol................ 46
2.9.5 Ikatan Van der Waal’s...................................... 46
2.9.6 Ikatan Hidrofob................................................ 47
2.9.7 Transfer Muatan............................................... 48
2.10. Tinjauan tentang Hukum Lima Lipinski........................ 50b
BAB III. KERANGKA KONSEPTUAL................................................. 51
3.1. Uraian Kerangka Konseptual......................................... 51 xii
3.2. Hipotesis......................................................................... 53
3.3. Skema Kerangka Konseptual......................................... 54
BAB IV. METODOLOGI PENELITIAN .............................................. 55
4.1. Bahan dan Alat............................................................... 55
4.1.1 Bahan................................................................ 55
4.1.2 Alat................................................................... 55
4.2. Metodologi Penelitian.................................................... 56
4.2.1 Preparasi Ligan................................................ 59
4.2.2 Penentuan Sifat Kimia Fisika Ligan................ 60
4.2.3 Penentuan Toksisitas menggunakan ACD/I-
61 Lab Online........................................................
4.2.4 Prediksi Absorbsi Menggunakan Osiris
62 Property Explorer Online...............................
4.2.5 Prediksi Absorbsi Menggunakan Toxtree
62 Offline...............................................................
4.3. Skema Kerja................................................................... 64
4.3.1 Penentuan Sifat Kimia Fisika Ligan................. 64 4.3.2 Preparasi Ligan dalam bentuk 3D....................
65
4.3.3 Prediksi Toksisitas Menggunakan ACD/I-Lab
66 Online...............................................................
4.3.4 Prediksi Toksisitas Menggunakan Osiris
67 Property Online................................................
4.3.5 Prediksi Toksisitas Menggunakan Toxtree
68 Offline...............................................................
BAB V. HASIL PENGAMATAN........................................................... 69
5.1. Hasil Pembuatan Struktur 2 Dimensi dan 3 Dimensi..... 69
5.2. Hasil Penentuan Sifat Kimia-Fisika Senyawa ............... 73 xiii
5.3. Prediksi Toksisitas Menggunakan ACD/I-Lab Online.............................................................................
75
5.4. Prediksi Toksisitas Menggunakan Osiris Property Online.............................................................................
78 5.5. Prediksi Toksisitas Menggunakan Toxtree Offline.........
80
5.6. Hubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas (Toksisitas) Senyawa........................................................................
82
5.6.1 Persamaan Regresi Hubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas.............................................
83 BAB VI. PEMBAHASAN.....................................................................
85 6.1 Pembahasan....................................................................
85
6.1.1 Prediksi Toksisitas dengan menggunakan
86 ACD/I-Lab Online............................................
6.1.2 Prediksi Toksisitas dengan menggunakan Osiris
89 Property Online............................................
6.1.3 Prediksi Toksisitas dengan menggunakan
90 Toxtree Offline............................................
BAB VII. KESIMPULAN DAN SARAN............................................... 94
7.1. Kesimpulan..................................................................... 94
7.2. Saran............................................................................... 95 DAFTAR PUSTAKA.............................................................................. 96 LAMPIRAN............................................................................................. 102 xiv
xv
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman II.1 Struktur alkaloid yang ditemukan di tanaman.................................
20 II.2 Manfaat alkaloid..............................................................................
25 II.3 Daftar beberapa senyawa toksik yang terdapat di dalam database program...........................................................................................
30 II.4 Klasifikasi Zat Kimia Sesuai dengan Toksisitas Relatifnya............ 34 IV.1 Senyawa flavonoid dan alkaloid pada J.gendarussa.......................
56 V.1 Gambar struktur 2D dan 3D kandungan senyawa pada
J.gendarussa...................................................................................
67 V.2 Hasil penentuan Energi Minimal dengan MMFF94.......................
71 V.3 Hasil Penentuan Sifat Kimia Fisika................................................
74 V.4 Hasil Penentuan menggunakan ACD/I-Lab Online........................
75 V.5 Hasil Penentuan menggunakan ACD/I-Lab Osiris Property
Online..............................................................................................
78 V.6 Hasil Penentuan menggunakan Toxtree Offline............................... 80
V.7 Nilai parameter lipofilik, elektronik, sterik dari 13 senyawa pada
J. gendarussa ..................................................................................
76 V.8 Nilai parameter lipofilik, elektronik, sterik dari 13 senyawa pada
J. gendarussa...................................................................................
83
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman 2.1 Tanaman Justicia gendarussa Burm f.........................
8 2.2 Struktur molekul alkaloid dalam daun J. Gendarussa.
10 Struktur molekul Alkaloid baru dalam daun
2.3
11 J.gendarussa................................................................. Beberapa senyawa gendarusin yang termasuk
2.4 kelompok flavonoid yang ditemukan pada daun
12 J.gendarussa.................................................................
2.5 Sistem Penomoran Turunan flavonoid ........................
15 2.6 Gugus Kation pada asam amino arginin.......................
44 2.7 Ikatan Ion......................................................................
45 Struktur Asam orto-hidroksibenzoat dan Polimer dari
2.8 45 asam para-hidroksibenzoat...........................................
Ikatan hidrogen antara basa komplementer guanin
2.9 46 dan sitosin dalam DNA................................................
Bentuk siklik metadon yang diakibatkan oleh
2.10 47 interaksi dipol-dipol.....................................................
2.11 Ikatan Van der Waal’s………......................................
47 Interaksi melalui transfer muatan.................................
2.12 49 3.1 Skema Kerangka Konseptual ………..........................
54 Bagan prosedur penentuan sifat fisika kimia
4.1 64 menggunakan ChemBioDraw Ultra 12.0.....................
4.2 Bagan prosedur preparasi ligan dalam bentuk 3D…...
65 Bagan prosedur prediksi toksisitas menggunakan
4.3
66 ACD/I-Lab Online........................................................ Bagan prosedur prediksi toksisitas menggunakan
4.4 xvi
Osiris Property Explorer Online..................................
67
4.5 Bagan prosedur prediksi toksisitas menggunakan
Toxtree Offline..............................................................
68 xvii