HUBUNGAN KUANTITATIF STRUKTUR-AKTIVITAS SENYAWA VINKADIFORMINA DAN TURUNANNYA SEBAGAI SENYAWA ANTIMALARIA BERDASARKAN PARAMETER TEORETIS

HUBUNGAN KUANTITATIF STRUKTUR-AKTIVITAS SENYAWA

  Modified Neglect of Diatomic Overlap (MNDO) SKRIPSI

  Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Farmasi (S.Farm.)

  Program Studi Ilmu Farmasi

  Oleh :

  Dominika Anny Yanuarti NIM : 038114129

FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS SANATA DHARMA

HUBUNGAN KUANTITATIF STRUKTUR-AKTIVITAS SENYAWA

  Modified Neglect of Diatomic Overlap (MNDO) Oleh:

  Dominika Anny Yanuarti NIM : 038114129

  Skripsi ini telah disetujui oleh Pembimbing Utama Tanggal (Drs. Iqmal Tahir, M.Si.) Pembimbing Pendamping Tanggal

  Pengesahan Skripsi Berjudul

HUBUNGAN KUANTITATIF STRUKTUR-AKTIVITAS SENYAWA

  Modified Neglect of Diatomic Overlap (MNDO)

  Oleh : Dominika Anny Yanuarti

  NIM : 038114129 Dipertahankan di hadapan Panitia Penguji Skripsi

  Fakultas Farmasi Universitas Sanata Dharma pada tanggal:………………….

  Mengetahui Fakultas Farmasi

  Universitas Sanata Dharma Dekan Rita Suhadi, M.Si., Apt.

  Pembimbing Utama : (Drs. Iqmal Tahir, M.Si.) ………………………..

  Pembimbing Pendamping : (Drs. Mulyono, Apt.) ……………………….

  Panitia Penguji : 1. Drs. Iqmal Tahir, M.Si. ………………………..

  2. Drs. Mulyono, Apt. ………………………..

  3. Christine Patramurti, M.Si., Apt. ......................................

  Kupersembahkan karya tulis ini kepada Allah Yang Maha Kuasa, yang berkenan mengulurkan tangan-Nya dengan penuh rahmat padaku, Kedua orang tua, ketiga kakakku, orang-orang terbaik dalam hidupku ; Alm. Alloysius Hormat dan M.Y. Sulastri

  Aku hanya berjalan, ya..aku berjalan dalam bimbingan-Mu ya Allah. Aku berpengharapan, ya…aku berpengharapan dalam Kuasa-Mu ya Tuhan.

Biarlah apa yang telah kukerjakan menjadi persembahan hidupku pada-Mu

  

PRAKATA

  Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah Yang Maha Kuasa, karena berkat rahmat dan kasih-Nya, penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Hubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas Senyawa Vinkadiformina dan Turunannya Sebagai Senyawa Antimalaria Berdasarkan Parameter Teoretis Hasil Perhitungan Semiempiris Modified Neglect of Diatomic Overlap (MNDO)”.

  Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Farmasi (S.Farm) di Fakultas Farmasi Universitas Sanata Dharma.

  Penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada pihak-pihak yang telah terlibat dalam penyusunan skripsi ini, antara lain :

  1. Fakultas Farmasi Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan pendidikan dan pengajaran kepada penulis.

  2. Bapak Drs. Iqmal Tahir, M.Si. selaku pembimbing utama yang telah memberikan bimbingan, kritik dan saran selama penyusunan skripsi ini.

  3. Bapak Drs. Mulyono, Apt. selaku pembimbing pembantu yang berkenan memberikan bimbingan, pengarahan, kritik dan saran, serta diskusi-diskusi yang sangat memotivasi penulis.

  4. Ibu Christine Patramurti, M.Si., Apt. selaku dosen penguji yang berkenan meluangkan waktu untuk menguji, memberikan kritik dan saran demi kesempurnaan skripsi ini.

  5. Ibu Dra. Agnes Nora Iska Harnita, M.Si., Apt. selaku dosen penguji yang telah meluangkan waktu untuk menguji, memberikan kritik dan saran yang

  6. Bapak Yuventius Marsidi dan Ibu Yuliana Sukinem, kedua orang tua yang telah memberikan doa restu dan dukungan moral bagi penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

  7. Alm. Alloyisius Hormat dan M.Y. Sulastri yang telah berkenan menjadi bagian dalam proses kehidupan penulis dan secara tidak langsung menjadi bagian dalam proses penyusunan skripsi ini.

  8. Agustinus Eko Yudiarto, Bertin Asti Maryani, dan Christa Artiningtyas, ketiga kakakku yang memberikan dukungan moral dan finansial selama penyusunan skripsi.

  9. Nugraha Adi Hartantyo dan Ariyanto, teman-teman seperjuangan yang bersama-sama mengalami jatuh bangun selama proses penyusunan skripsi.

  Menjalani skripsi bersama kalian adalah pengalaman yang sangat berharga.

  10. Patric Gagah Sempati yang selalu meluangkan waktu untuk mendengar keluh kesahku selama menyusun skripsi. Terima kasih telah berada di sampingku saat aku membutuhkanmu.

  11. Teman-teman kelas C angkatan 2003 yang memberikan dorongan dan semangat bagi penulis untuk menyelesaikan skripsi. Semoga kebersamaan dan persahabatan kita tidak akan lekang oleh waktu.

  12. Teman-teman di Asrama Putri Canna, terutama Ranti, Diah, Tyas, Shinta, Ina, dan Wida yang selalu memberikan semangat bagi penulis selama proses penyusunan skripsi.

  13. Teman-teman di Komunitas Lektor Gereja Santo Antonius Kotabaru yang dan pengertian yang telah kalian berikan selama penulis menyelesaikan skripsi.

  14. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. Terima kasih atas bantuan dan dukungan yang telah diberikan, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

  Dengan segala kerendahan hati, penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis membuka diri terhadap kritik dan saran yang bersifat membangun. Penulis berharap, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan.

  Penulis Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

  Yogyakarta,………………. Penulis

  

DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL........................................................................................ ii HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING .............................................. iii HALAMAN PENGESAHAN.......................................................................... iv HALAMAN PERSEMBAHAN ...................................................................... v PRAKATA....................................................................................................... vi PERNYATAAN KEASLIAN KARYA .......................................................... ix DAFTAR ISI.................................................................................................... x DAFTAR TABEL............................................................................................ xiii DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xiv DAFTAR LAMPIRAN.................................................................................... xv DAFTAR SINGKATAN DAN ARTI LAMBANG ........................................ xvi

  INTISARI......................................................................................................... xvii

  

ABSTRACT....................................................................................................... xviii

  BAB I PENGANTAR ...................................................................................... 1 A. Latar Belakang ........................................................................................... 1

  1. Permasalahan ....................................................................................... 4

  2. Keaslian penelitian ............................................................................... 4

  3. Manfaat penelitian................................................................................ 4

  B. Tujuan Penelitian ....................................................................................... 4

  BAB II PENELAAHAN PUSTAKA............................................................... 6 A. Malaria ....................................................................................................... 6

  C. Mekanisme Kerja Senyawa Antimalaria ................................................... 18

  D. Vinkadiformina .......................................................................................... 22

  E. Hubungan Kuantitatif Struktur dan Aktivitas ............................................ 24

  F. Kimia Komputasi ....................................................................................... 26

  G. Analisis Statistik ........................................................................................ 30

  H. Keterangan Empiris.................................................................................... 34

  BAB III METODE PENELITIAN .................................................................. 35 A. Jenis dan Rancangan Penelitian ................................................................. 35 B. Variabel dan Definisi Variabel................................................................... 36 C. Bahan dan Alat Penelitian.......................................................................... 37

  1. Bahan penelitian................................................................................... 37

  2. Alat penelitian ..................................................................................... 37

  D. Tata Cara Penelitian ................................................................................... 40

  1. Optimasi geometri senyawa vinkadiformina dan turunannya dengan metode MNDO ....................................................................................................... 40

  a. Penggambaran struktur senyawa.......................................................... 40

  b. Penomoran senyawa ............................................................................ 41

  c. Optimasi geometri................................................................................ 41

  2. Perhitungan sifat kimia fisika molekul senyawa vinkadiformina dan turunannya ................................................................................................. 41 E. Analisa Data dan Hasil............................................................................... 42

  1. Analisis regresi linear multivariat ........................................................ 42

  BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ......................................................... 44 A. Optimasi Geometri Menggunakan Metode Semiempiris MNDO ............. 44 B. Perhitungan Sifat Kimia Fisika dengan Metode Semiempiris MNDO...... 47 C. Analisis Hasil..............................................................................................49

  1. Analisis regresi linear multivariat...........................................................49

  2. Model persamaan terbaik ....................................................................... 55

  D. Rancangan Senyawa Hipotetik Turunan Vinkadiformina Berdasarkan Model Persamaan Terbaik ..................................................................................... 61

  E. Pemilihan dan Rekomendasi Senyawa Turunan Vinkadiformina Untuk Disintesis.....................................................................................................62

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN........................................................... 70 A. Kesimpulan ................................................................................................ 70 B. Saran........................................................................................................... 70 DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 72 LAMPIRAN..................................................................................................... 74 BIOGRAFI PENULIS ..................................................................................... 79

  

DAFTAR TABEL

  I. Struktur senyawa vinkadiformina dan turunannya ................................. 38

  II. Data aktivitas (log 1/IC ) senyawa vinkadiformina dan turunannya..... 40

  50 III. Deskriptor-deskriptor yang digunakan pada analisis HKSA senyawa

  vinkadiformina dan turunannya sebagai antimalaria .............................. 49

  IV. Deskriptor-deskriptor pada model persamaan hasil regresi linear multivariat metode backward .................................................................................... 50

  V. Nilai F /F model persamaan hasil regresi linear multivariat metode

  hitung tabel

backward ................................................................................................. 51

  2 VI. Nilai R, adjusted R

  , dan SE model persamaan hasil regresi linear multivariat metode backward.................................................................. 52

  VII. Nilai PRESS model persamaan hasil regresi linear multivariat metode

  

backward ................................................................................................. 54

  VIII. Perbandingan nilai log 1/IC 50 prediksi model persamaan 2 dengan nilai log 1/IC ......................................................................................... 56

  50 eksperimen

  IX. Model rancangan senyawa turunan vinkadiformina berdasarkan model persamaan terbaik.....................................................................................66

  X. Data aktivitas antimalaria (log 1/IC ) model rancangan senyawa turunan

  50

  vinkadiformina..........................................................................................68

  XI. Nilai log P model rancangan senyawa turunan vinkadiformina, senyawa vinkadiformina dan turunannya hasil penelitian hasil penelitian Mustofa, dan klorokuin....................................................................................................69

  DAFTAR GAMBAR

  1. Siklus perkembangan plasmodia malaria................................................... 8

  2. Struktur kuinakrin HCl............................................................................... 12

  3. Struktur klorokuin ...................................................................................... 13

  4. Struktur primakuin ..................................................................................... 14

  5. A) proguanil ; B) sikloguanil ..................................................................... 15

  6. Struktur pirimetamin .................................................................................. 16

  7. A) kuinin ; B) kuinidin............................................................................... 17

  8. A) sulfadoksin ; B) dapson......................................................................... 17

  9. Mekanisme aksi klorokuin pada tingkat molekular ................................... 21

  10. Struktur senyawa vinkadiformina ............................................................. 22

  11. Daerah sensitif senyawa vinkadiformina dan turunannya hasil penelitian Tahir dkk...............................................................................................................24

  12. Struktur senyawa vinkadiformina dengan penomeran atom tidak mengikuti kaidah tatanama senyawa dan hanya digunakan untuk penelitian ini saja .................................................................................................................... 36

  13. Senyawa vinkadiformina sebelum dioptimasi ........................................... 45

  14. Senyawa vinkadiformina setelah dioptimasi.............................................. 46

  15. Grafik ukuran prediksi model persamaan 2.................................................56

  16. A) struktur indol ; B) cincin kuinolin..........................................................58

  17. Daerah sensitif senyawa turunan vinkadiformina .......................................59

  

DAFTAR LAMPIRAN

  1. Nilai-nilai parameter elektronik hasil perhitungan metode semiempiris MNDO .................................................................................................................... 74

  2. Nilai-nilai parameter sterik dan hidrofobisitas hasil perhitungan metode semiempiris MNDO .................................................................................. 75

  3. Nilai-nilai parameter elektronik, sterik, dan hidrofobisitas seri senyawa baru turunan vinkadiformina...............................................................................76

  4. Model summary hasil perhitungan metode backward menggunakan

  

SPSS 11.0 for Windows .............................................................................. 77

  5. Tabel ANOVA ........................................................................................... 77

  6. Koefisien model persamaan 2 .................................................................... 78

DAFTAR SINGKATAN DAN ARTI LAMBANG

  1. ADN: asam deoksiribonukleat

  2. ARN: asam ribonukleat

  3. AM1: Austin Model 1

  4. CNDO: Complete Neglect of Differential Overlap

  5. E HOMO : Highest Occupied Molecular Orbitals Energy

  6. E LUMO : Lowest Unoccupied Molecular Orbitals Energy

  7. HKSA: Hubungan Kuantitatif Struktur Aktivitas 8.

  INDO: Intermediate Neglect of Differential Overlap

  9. LFER: Linear Free Energy Relationship (hubungan energi bebas linear) 10. log1/IC

  50 : - log konsentrasi yang dapat menghambat pertumbuhan

  plasmodia sebesar 50% 11. log P: koefisien partisi obat dalam fase air dan fase lipid

  12. M: Massa

  13. MINDO: Modified Intermediate Neglect of Differential Overlap

  14. MNDO: Modified Neglect of Diatomic Overlap

  15. MR: Refraktifitas Molar 16. m: jumlah deskriptor dalam persamaan

  17. NDDO: Neglect of Diatomic Differential Overlap 18. n: jumlah data

  19. PM3: Parameterized Model 3

  20. PRESS: Predicted Residual Sum of Squares 21. qC: muatan bersih atom C 22. qN: muatan bersih atom N

  23. QSAR: Quantitative Structure Activity Relationship

  24. R: koefisien korelasi

  2

  25. R : koefisien determinasi

  26. SA: Surface Area (luas permukaan)

  27. SE: Standard Error

  28. Sig: Signifikansi

  29. V: Volume Molekular

  30. ZINDO: Zerner Intermediate Neglect of Differential Overlap 31.

  LUMO dan E HOMO

  ΔE: selisih antara E 32. µ: Momen Dipol 33.

  ∂: Polarisabilitas Molekular 34. 2D: dua dimensi 35. 3D: tiga dimensi

  

INTISARI

  Malaria merupakan salah satu penyakit utama yang menjadi penyebab kematian pada daerah beriklim tropis, salah satunya Indonesia. Peningkatan morbiditas dan mortalitas akibat malaria disebabkan oleh resistensi plasmodia (utamanya P. falciparum) terhadap antimalaria yang umum digunakan. Dibutuhkan antimalaria kelas baru yang dapat mengatasi permasalahan ini. Pengembangan desain senyawa antimalaria baru dapat dilakukan dengan metode analisis hubungan kuantitatif struktur-aktivitas. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui hubungan kuantitatif antara struktur dan aktivitas senyawa vinkadiformina dan turunannya berdasarkan log 1/IC

  50. IC 50 merupakan

  konsentrasi yang dapat menghambat pertumbuhan plasmodia malaria sebanyak 50%.

  Penelitian ini menggunakan rancangan eksperimental kuasi. Sebagai variabel bebas digunakan 17 deskriptor teoretis (elektronik, sterik, dan hidrofobisitas). Sebagai variabel tergantung digunakan log 1/IC

  50 . Data deskriptor

  diperoleh dengan perhitungan semiempiris MNDO menggunakan program komputer HyperChem Pro ver.6.0. Data diolah secara statistik menggunakan analisis regresi multivariat metode backward dengan program SPSS 11.0 for Windows.

  Analisis statistik menghasilkan 4 model persamaan dan ditunjukkan bahwa model 2 memenuhi kriteria statistik dan dapat dipilih sebagai model persamaan terbaik, dengan persamaan : log (1/IC ) = 28,8758 + (22,7560qC ) + (14,2669qC ) + (33,7110qC ) +

  50

  

1

  2

  3

  (-27,2900qN) + (-10,0545qC ) + (-1,0678qC ) + (79,9843qC )

  7

  8

  9

• ( 0,5394

  ΔE) + (-0,0067V) + (-0,5904 MR) + (0,7226∂) +

  (0,0285 M) + (0,8408 log P) Model persamaan tersebut dapat digunakan untuk memprediksikan aktivitas antimalaria senyawa-senyawa baru turunan vinkadiformina. Berdasarkan model persamaan terbaik diperoleh 15 senyawa baru turunan vinkadiformina yang memiliki aktivitas antimalaria.

  Kata kunci : HKSA, turunan vinkadiformina, MNDO, regresi linier

  multivariat

  

ABSTRACT

  Malaria is one of the primary disease that causes deathness in many tropical countries, such as Indonesia. The increasing of morbidity and mortality by malaria is caused by the resistency of plasmodium (primarily P. falciparum) to antimalarial that commonly used. Antimalarial from a new class is needed. Design of antimalarial from new class could be made by using quantitative structure- activity relationship analysis. This research is aimed to know the quantitative relationship between structure and activity of vincadifformine and its derivatives based on log 1/IC . IC is concentration that can inhibit 50% of the malarial

  50

  50 plasmodia’s growth.

  This research use a quasi experimental design. Seventeen descriptors were used as dependent variabel (electronic, steric, and hydrophobicity). Log 1/IC is used as independent variabel. Descriptor data is obtained by

  50

  semiempirical MNDO calculation using HyperChem Pro ver.6.0 computer programme. Data was analysed statisticaly by multivariate linear regression backward method by using SPSS 11.0 for Windows.

  Statistic analysis gave 4 equation models and the second model showned to fulfil the statistic criteria. The second model could be selected as the best equation model. log (1/IC

  50 ) = 28.8758 + (22.7560qC 1 ) + (14.2669qC 2 ) + (33.7110qC 3 ) +

  (-27.2900qN) + (-10.0545qC

  7 ) + (-1.0678qC 8 ) + (79.9843qC 9 )

• ( 0.5394

  ΔE) + (-0.0067V) + (-0.5904 MR) + (0.7226∂) +

  (0.0285 M) + (0.8408 log P) This model can be used to predict the activity of new vincadifformine’s derivatives. There are 15 vincadifformine’s derivatives which could give antimalarial activity based on the best equation model.

  Keyword : QSAR, vincadifformine’s derivatives, MNDO, multivariate linier

  regression

BAB I PENGANTAR A. Latar Belakang Penelitian Malaria merupakan penyakit utama yang menjadi penyebab kematian

  pada daerah beriklim tropis. Di Indonesia beban terbesar dari penyakit malaria ada di provinsi-provinsi bagian timur yaitu Papua, Maluku, dan Gorontalo yang merupakan daerah endemik penyakit malaria. Menurut Survei Kesehatan Rumah Tangga tahun 2001, diperkirakan angka kematian spesifik akibat malaria di Indonesia adalah 11 per 100.000 untuk laki-laki dan 8 per 100.000 untuk perempuan (Anonim, 2004). Penyebab utama meningkatnya morbiditas dan mortalitas akibat malaria adalah peningkatan resistensi parasit malaria terhadap antimalaria yang umum digunakan, misalnya klorokuin. Kondisi terparah dengan tingkat resistensi yang tinggi terhadap klorokuin terjadi pada malaria yang disebabkan oleh Plasmodium falciparum (Rosenthal, 2003).

  Peningkatan resistensi parasit terhadap antimalaria memunculkan kebutuhan akan antimalaria dari kelas baru. Vinkadiformina adalah suatu senyawa yang dikenal memiliki aktivitas hipotensif (Duke, 1992), namun Mustofa (2001) telah berhasil menguji aktivitasnya sebagai antimalaria. Mustofa telah mensintesis 16 senyawa vinkadiformina dan turunannya dan menguji aktivitas antimalaria senyawa-senyawa tersebut terhadap P. falciparum yang tergolong resisten terhadap klorokuin yaitu FcM29-Kamerun dan P. falciparum yang sensitif pengujian aktivitas antimalaria vinkadiformina, membuka jalan bagi pengembangan dan desain senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai antimalaria baru.

  Pengembangan dan desain senyawa antimalaria baru dapat dilakukan dengan berbagai metode, salah satunya dengan analisis Hubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas (HKSA). Metode ini dapat mengurangi faktor trial and error dalam sintesis obat baru. Analisis HKSA vinkadiformina sebagai antimalaria pernah dilakukan oleh Tahir dkk (2005). Dalam penelitiannya, Tahir dkk menganalisis HKSA 16 senyawa vinkadiformina dan turunannya yang telah diuji aktivitasnya terhadap P. falciparum yang sensitif terhadap klorokuin (sel Nigerian), oleh Mustofa. Dengan metode semiempiris Austin Model 1 (AM1), Tahir dkk berhasil memperoleh model persamaan terbaik yang dapat menggambarkan hubungan kuantitatif struktur senyawa vinkadiformina dan turunannya dengan aktivitasnya sebagai antimalaria. Model persamaan yang diperoleh oleh Tahir dkk memperlihatkan bahwa parameter teoretis berupa parameter elektronik dan sterik memberikan pengaruh yang besar terhadap aktivitas antimalaria (log 1/IC

  50 ).

  Dalam penelitian ini akan dilakukan analisis HKSA 16 senyawa vinkadiformina dan turunannya hasil sintesis Mustofa dengan menggunakan metode semiempiris yang berbeda dengan metode yang digunakan oleh Tahir dkk, yaitu metode semiempiris Modified Neglect of Diatomic Overlap (MNDO).

  Pemilihan metode semiempiris MNDO didasarkan pada kecepatan metode ini semiempiris yang lain seperti AM1 dan Parameterized Model 3 (PM3). Dalam perancangan senyawa baru, dimungkinkan desain senyawa dalam jumlah yang banyak. Oleh karena itu, penggunaan metode yang cepat dalam perhitungan menjadi hal yang perlu dipertimbangkan. Metode semiempiris MNDO merupakan metode yang dapat melakukan perhitungan yang cepat dan kasar. Namun demikian, belum tentu perhitungan yang cepat dan kasar tersebut tidak dapat menghasilkan model persamaan terbaik yang mampu menggambarkan hubungan kuantitatif struktur-aktivitas senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai senyawa antimalaria. Belum tentu pula, rancangan senyawa berdasarkan model persamaan terbaik dari perhitungan metode semiempiris MNDO menghasilkan aktivitas antimalaria yang lebih rendah daripada rancangan senyawa yang didasarkan pada model persamaan terbaik hasil perhitungan metode semiempiris AM1 atau PM3. Dalam penelitian ini diharapkan perhitungan dengan menggunakan metode semiempiris MNDO dapat memberikan model persamaan terbaik yang menggambarkan hubungan kuantitatif struktur senyawa vinkadiformina dan turunannya melalui parameter teoretis yang meliputi parameter elektronik, sterik, dan hidrofobisitas, terhadap aktivitasnya sebagai antimalaria. Aktivitas antimalaria didasarkan pada log 1/IC

  IC merupakan 50.

  50 konsentrasi yang dapat menghambat 50% pertumbuhan P. falciparum.

  1. Permasalahan

  Dari latar belakang di atas muncul permasalahan sebagai berikut:

  1. Bagaimana hubungan kuantitatif antara struktur dan aktivitas senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai senyawa antimalaria berdasarkan parameter teoretis hasil perhitungan semiempiris MNDO?

  2. Bagaimana struktur senyawa hipotetik turunan vinkadiformina yang memiliki aktivitas antimalaria berdasarkan model persamaan terbaik?

  2. Keaslian penelitian

  Telah dilakukan penelitian mengenai hubungan kuantitatif struktur- aktivitas senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai antimalaria oleh Tahir dkk (2005). Dalam penelitian tersebut digunakan 16 senyawa vinkadiformina dan turunannya beserta data log 1/IC

  50 hasil penelitian Mustofa (2001). Tahir dkk

  (2005) menggunakan metode semiempiris AM1 dalam menghitung parameter teoretis struktur senyawa vinkadiformina dan turunannya hingga ditemukan model persamaan terbaik yang menggambarkan HKSA senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai antimalaria. Penelitian ini menggunakan 16 senyawa yang digunakan Tahir dkk, namun metode yang digunakan berbeda yaitu metode semiempiris MNDO.

  3. Manfaat penelitian

  a. Manfaat teoretis Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai hubungan antara struktur dan aktivitas senyawa vinkadiformina dan turunannya b. Manfaat praktis Penelitian ini diharapkan dapat menjadi acuan dalam sintesis senyawa baru turunan vinkadiformina dan pengujian aktivitas antimalaria senyawa tersebut baik secara in vitro maupun in vivo.

B. Tujuan Penelitian

  1. Penelitian ini bertujuan untuk menggambarkan hubungan kuantitatif antara struktur dan aktivitas senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai senyawa antimalaria berdasarkan parameter teoretis hasil perhitungan semiempiris MNDO.

  2. Penelitian ini juga bertujuan untuk menggambarkan struktur hipotetik senyawa turunan vinkadiformina yang memiliki aktivitas antimalaria berdasarkan model persamaan terbaik.

BAB II PENELAAHAN PUSTAKA A. Malaria Malaria merupakan suatu penyakit plasmodia yang disebabkan oleh

  protozoa, yaitu Plasmodium sp., yang masuk ke dalam tubuh tuan rumah (host) melalui gigitan nyamuk Anopheles betina (Siswandono dan Soekardjo, 1995).

  Pada manusia, spesies yang menyebabkan infeksi adalah P. falciparum, P.vivax,

  

P. malariae, dan P. ovale. Malaria tersian, yang diakibatkan oleh P. vivax adalah

  bentuk penyakit malaria yang paling umum. Bentuk malaria tersian yang paling berat, disebut tersian ganas, disebabkan oleh P. falciparum. Serangan oleh spesies-spesies ini lebih jarang dibandingkan dengan P. vivax. Malaria quartan, dengan tingkat keganasan menengah, disebabkan oleh serangan P. malariae.

  Malaria macam ini lebih jarang terjadi daripada tersian ganas. P. ovale mengakibatkan bentuk penyakit malaria yang jarang, yang disebut malaria tersian

  

ovale. Malaria macam ini dalam banyak hal mirip dengan malaria tersian atau

malaria P. vivax (Kier dan Roche, 1996).

  Siklus perkembangan plasmodia malaria dalam nyamuk Anopheles dan tubuh manusia serta tempat kerja obat antimalaria dapat dilihat pada gambar 1.

  Saat nyamuk Anopheles betina menggigit manusia, nyamuk mengeluarkan sporozoit ke dalam pembuluh darah kapiler. Sporozoit kemudian dibawa oleh darah ke dalam hati untuk bermultiplikasi dan membentuk schizont jaringan. Ini sambil melepaskan ribuan merozoit yang menginfeksi sel darah merah untuk membentuk schizont dan memulai tahap eritrositik (DiPalma, 1990 ; Neal, 1997).

  Pada infeksi yang disebabkan oleh P. vivax dan P. ovale (bukan P. falciparum), beberapa schizont dalam hati membentuk schizont jaringan sekunder dan berada dalam keadaan dorman (disebut hipnozoit). Jaringan sekunder akan pecah beberapa bulan kemudian, sehingga menyebabkan kambuhnya penyakit (Neal, 1997). Pada tahap terbentuknya schizont, pasien tidak mengalami gejala. Keadaan ini bertahan hingga schizont pecah, dan melepaskan kembali merozoit beserta pirogen ke dalam darah. Secara klinis, tahap ini ditandai dengan gejala demam, kemudian menggigil. Gejala demam terjadi karena adanya pirogen yang dilepaskan ke dalam darah, sedangkan gejala menggigil terjadi karena tubuh berusaha menurunkan suhu tubuh yang tinggi. Beberapa merozoit yang kembali dilepaskan, akan menginfeksi sel darah merah untuk membentuk schizont, sedangkan beberapa merozoit yang lain akan mengalami perkembangan seksual menjadi gametosit jantan dan gametosit betina (DiPalma, 1990). Bentuk gametosit yang terhisap oleh nyamuk Anopheles betina, mengalami pertumbuhan menjadi zigot dalam lambung nyamuk. Zigot berkembang membentuk oosit (strukturnya bulat dan berada di dinding luar lambung). Oosit kemudian berkembang menjadi sporozoit dan dilepaskan ke dalam rongga perut nyamuk, lalu berpindah ke kelenjar ludah. Dari kelenjar ludah, sporozoit siap dipindahkan dan menginfeksi manusia yang digigit oleh nyamuk Anopheles betina (siklus berjalan kembali) (Williams dan Lemke, 2002). masuk melalui gigitan nyamuk awal Tropozoit akhir

  Tropozoit Oosit pecah Sporozoit pada kelenjar ludah Sporozoit

  Schizont jaringan primer Schizont jaringan sekunder/laten (P.vivax dan P.ovale)

  Schizont dikembangkan dalam sel hati Oosit tumbuh pada dinding lambung Oosit

  Ookinet fertilisasi zigot Gametosid betina

  Eksflagelasi Gametosid jantan

  Mature Gametosid betina

  Immature Gametosid betina

  Merozoit masuk ke sel darah merah Merozoit masuk ke sel darah merah

  Immature Schizont

  Mature Schizont sel pecah

  Immature Gametosid jantan

  Siklus seksual pada nyamuk

Mature

  

Gametosid

jantan

Siklus aseksual pada manusia Gambar 1. Siklus perkembangan plasmodia malaria

  (Siswandono dan Soekardjo, 1995)

B. Pengelompokan Senyawa Antimalaria

  Berdasarkan perkembangan dan siklus kehidupan plasmodia yang dipengaruhi dan indikasi klinis antimalaria tersebut, maka antimalaria dapat dikelompokkan sebagai berikut : 1. antimalaria untuk pencegahan kausal

  Antimalaria kelompok ini menghancurkan bentuk jaringan primer plasmodia dan merozoit di hati, mulai dari tahap infeksi eritrositik, kemudian mencegah invasi eritrosit dan penyebaran infeksi ke nyamuk Anopheles. Contoh antimalaria kelompok ini adalah klorguanid, pirimetamin, dan primakuin (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Klorguanid atau nama lainnya adalah proguanil, merupakan prototipe dari kelompok ini. Klorguanid telah digunakan secara luas untuk pencegahan kausal malaria yang disebabkan oleh P. falciparum. Antimalaria ini mengalami masalah resistensi, namun tetap memberikan proteksi jika dikombinasikan dengan obat lain. Meskipun primakuin juga memiliki aktivitas terhadap P. falciparum, antimalaria ini memiliki potensi toksik yang tinggi dan digunakan untuk aplikasi klinis yang lain (Tracy dan Webster, 2001).

  2. antimalaria untuk mencegah kekambuhan Antimalaria ini bekerja pada bentuk schizont di jaringan laten, jaringan sekunder atau hipnozoit dari P. vivax dan P. ovale di sel hati. Contoh antimalaria kelompok ini adalah primakuin dan pirimetamin (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Kelompok antimalaria ini digunakan untuk pencegahan terminal dan untuk penyembuhan radikal dari infeksi malaria kambuhan. Primakuin adalah menyembuhkan infeksi eritrositik dari jaringan sekunder plasmodia (Tracy dan Webster, 2001).

  3. antimalaria untuk pencegahan klinis dan penyembuhan supresif Menurut Korolkovas dan Burckhalter (1976), antimalaria dapat memberikan efek sebagai supresi atau pencegahan klinis, yaitu pencegahan dari gejala klinis dengan bekerja pada bentuk aseksual plasmodia dalam darah. Kerja ini dapat bersifat sementara atau permanen. Antimalaria kelompok ini bekerja terhadap merozoit pada fase eritrositik aseksual dari plasmodia malaria dan mengganggu schizogoni eritrositik ke bawah, sehingga serangan klinis tidak terjadi. Antimalaria ini juga digunakan dalam terapi penyembuhan supresif untuk eliminasi plasmodia secara lengkap. Kecuali primakuin, hampir semua antimalaria yang digunakan secara klinis dikembangkan aktivitasnya terhadap fase aseksual plasmodia. Berdasarkan masa kerjanya kelompok antimalaria ini dibagi menjadi dua, yaitu :

  a. schizontosida yang bekerja secara cepat Contoh : amodiakuin, artemisinin, klorokuin, kuinin, kuinidin, meflokuin, dan atovaquon b. schizontosida yang bekerja secara lambat

  Contoh : pirimetamin, klorguanid, sikloguanil pamoat, sulfonamida, dan sulfon (Siswandono dan Soekardjo, 1995; Tracy dan Webster, 2001)

  4. gametositosida Antimalaria kelompok ini menghancurkan bentuk eritrositik seksual

  (gametosit) dari plasmodia malaria sehingga mencegah penyebaran plasmodia ke nyamuk Anopheles (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Klorokuin dan kuinin memiliki aktivitas gametosidal terhadap P. vivax, P. ovale, dan P. malariae, primakuin aktif terhadap gametosit dari P. falciparum (Siswandono dan Soekardjo, 1995; Tracy dan Webster, 2001). 5. sporozoitosida

  Antimalaria kelompok ini mampu membunuh sporozoit segera setelah masuk dalam darah sesudah gigitan nyamuk. Waktu antimalaria ini untuk bekerja sangat singkat oleh karena sporozoit secara cepat masuk ke sel hati sehingga banyak antimalaria kurang efektif terhadap bentuk sporozoit tersebut. Contoh antimalaria kelompok ini adalah klorguanid, pirimetamin, dan primakuin (Siswandono dan Soekardjo, 1995).

  6. sporontosida Antimalaria kelompok ini bekerja pada tubuh nyamuk malaria yang menginfeksi tuan rumah yaitu dengan mencegah pembentukan oosit dan sporozoit. Contoh : pirimetamin, klorguanid, dan primakuin (Siswandono dan Soekardjo, 1995).

  Berdasarkan struktur kimianya, antimalaria dibagi menjadi 8 kelompok, yaitu turunan 9-aminoakridin, 4-aminokuinolin, 8-aminokuinolin, biguanida, diaminopiridin, kuinolinometanol, sulfonamida, dan sulfon.

  1. Turunan 9-aminoakridin Contoh turunan 9-aminoakridin adalah kuinakrin-HCl yang bekerja sebagai schizontosida eritrositik, sekarang jarang digunakan sebagai antimalaria karena tersedia obat yang lebih aktif dengan toksisitas lebih rendah (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Kuinakrin bersifat tumorigenik dan mutagenik dan juga telah digunakan sebagai obat sklerosis. Kuinakrin merupakan suatu pewarna akridin, sehingga senyawa ini dapat menyebabkan diskolorisasi kuning pada kulit dan urin (Block, 2004). _{H C C C H H 2 2 H H CO H C 3 N C NH CH H 2 2 CH} Cl _{3 3} N Cl

  Gambar 2. Struktur kuinakrin HCl

  2. 4-aminokuinolin Turunan 4-aminokuinolin mempunyai aktivitas antimalaria yang lebih tinggi dibanding kuinin atau 9-aminoakridin. Toksisitasnya relatif rendah

  (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Secara umum, klorokuin dan 4-aminokuinolin yang lain, tidak efektif terhadap plasmodia eksoeritrosit. Klorokuin tidak dapat mencegah kekambuhan pada malaria yang disebabkan oleh P. vivax dan P. ovale (Block, 2004).

  Dari turunan 4-aminokuinolin, klorokuin menunjukkan aktivitas yang optimal (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Klorokuin memiliki struktur yang mirip turunan 8-aminokuinolin yang sudah tidak digunakan lagi, yaitu pamakuin dan pentakuin. Klorokuin memiliki rantai samping yang sama seperti kuinakrin, tetapi berbeda pada cincin kuinolin dan residu metoksi yang tidak dimiliki oleh kuinakrin. Gugus amin tersier pada cincin kuinolin sangat penting berperan dalam aktivitasnya sebagai antimalaria (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Atom klorin pada posisi 7 dari cincin kuinolin juga memiliki pengaruh yang sangat besar terhadap aktivitas antimalaria yang ditimbulkan, baik pada manusia maupun avian (Tracy dan Webster, 2001). _{H CH C N CH 3 H 2 C CH H 2 3} N C C C CH _{H H H 2 2 2 3} Cl N

  

Gambar 3. Struktur klorokuin

  3. 8-aminokuinolin Turunan 8-aminokuinolin aktif terhadap bentuk eksoeritrositik plasmodia malaria yang disebabkan oleh P. vivax dan P. malariae. Mempunyai aktivitas gametositosida, tetapi tidak aktif terhadap bentuk plasmodia eritrositik. Turunan ini menimbulkan toksisitas lebih besar dibanding turunan 4- aminokuinolin (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Primakuin adalah turunan 8- aminokiunolin yang masih digunakan untuk pengobatan malaria. Antimalaria ini tidak digunakan sebagai profilaksis. Spektrum aktivitasnya paling sempit bila dibandingkan dengan antimalaria yang lain (Block, 2004).

  Pada struktur turunan 8-aminokuinolin, rantai samping yang terdiri dari 4 atom C dan amin aromatik yang merupakan amin sekunder memberikan aktivitas antimalaria yang optimal. Gugus 6-metoksi mempunyai aktivitas optimal meskipun batas keamanannya rendah, dan kemungkinan dapat diganti dengan atom hidrogen atau gugus hidroksi (Siswandono dan Soekardjo, 1995). _{H CO 3 H CH C N N C C H}

_CH

₃

_{H H} N _{2 H H 2 2} Gambar 4. Struktur primakuin

  4. Biguanida Turunan biguanida merupakan schizontosida eksoeritrositik dan eritrositik terhadap P. falciparum dan P. vivax. Toksisitasnya relatif ringan

  (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Turunan biguanida mempunyai mekanisme kerja yang sama dengan pirimidin. Turunan ini tidak aktif, dan baru menjadi aktif setelah tersiklisasi pada saat metabolisme menjadi suatu turunan dihidro-s-triazin yang mirip dengan pirimetamin dan bagian pteridin senyawa asam folat.

  Transformasi hayati ini digambarkan dengan proguanil. Proguanil akan dimetabolisme menjadi sikloguanil dan metabolit inilah yang aktif sebagai antimalaria. Sikloguanil sendiri tersedia dalam bentuk garam pamoat. Senyawa turunan biguanida, termasuk sikloguanil merupakan schizontosida kuat terhadap bentuk eksoeritrositik dan eritrositik P. falciparum dan P. vivax. Resistensi terhadap senyawa ini sering terjadi (Kier dan Roche, 1996). _{Cl NH C N} A B _{HN H N N C NH CH 3 2 N N CH 3 CH 3 HN CH}

  H _{3 Cl}

Gambar 5. A) proguanil ; B) sikloguanil

  5. Diaminopirimidin Antimalaria yang merupakan turunan dari diaminopirimidin adalah pirimetamin dan trimetoprim. Pirimetamin digunakan sebagai pencegahan malaria

  (Korolkovas dan Burckhalter, 1976). Pirimetamin merupakan schizontosida darah lepas lambat yang memiliki efek in vivo yang mirip dengan proguanil.

  Pirimetamin memiliki potensi antimalaria yang lebih besar karena langsung bekerja pada plasmodia, dan waktu paruhnya lebih lama daripada sikloguanil, bentuk aktif proguanil. Berbeda dengan proguanil, pirimetamin tidak menunjukkan efektivitas yang berarti terhadap bentuk hepatik dari P. falciparum.

  Pada dosis terapetis, pirimetamin tidak dapat melakukan eradikasi terhadap jaringan sekunder P. vivax atau gametosit dari spesies plasmodia malaria (Tracy dan Webster, 2001). _{H N N 2 C H 2 CH 3} N _{NH 2 Cl}

  6. Turunan kuinolinometanol Turunan kuinolinometanol terdapat pada tanaman Chinchona Sp., terutama pada bagian kulit kayu atau korteks. Korteks kina yang diperdagangkan mengandung alkaloid kuinin 5%, kuinidin 0,1%, sinkonin 0,3%, dan sinkonidin 0,4% (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Bagian kuinolinometanol menjadi penting dalam obat-obat sintetik. Turunan kuinolinometanol bekerja pada merozoit eritrositik. Senyawa-senyawa ini tidak menyembuhkan secara tuntas, tetapi mengurangi gejala. Kuinin digunakan pada pengobatan malaria yang plasmodiumnya telah resisten terhadap zat-zat lain, misalnya klorokuin (Kier dan Roche, 1996). Stereoisomer kuinin yaitu kuinidin, memiliki potensi yang lebih besar sebagai antimalaria, tetapi kuinidin juga lebih toksik. Kuinin bersifat mematikan terhadap semua bentuk schizont plasmodium dan gametosit P. vivax dan P. malariae tetapi tidak untuk gametosit P. falciparum. Sekarang, spektrum aktivitas kuinin terlalu sempit untuk penggunaan pencegahan malaria (Block, 2004).

  Kuinin memiliki cincin kuinolin yang dihubungkan dengan cincin kuinuklidin melalui jembatan alkohol. Cincin kuinolin mengandung gugus metoksi, sedangkan cincin kuinuklidin mengikat gugus vinil. Kuinidin memiliki struktur yang serupa dengan kuinin. Perbedaannya dengan kuinin terletak pada konfigurasi sterik gugus alkohol (Tracy dan Webster, 2001).

  _{H C 2 H C H} H _{H C 2 HC H H CO H CO 3 HO C H N 3 HO C H} N _H N _N

  A B

  Gambar 7. A) kuinin ; B) kuinidin