SKRIPSI STUDI IN SILICO GENDARUSIN A, B, C, D DAN E UNTUK PREDIKSI AKTIVITAS TERHADAP ENZIM CYP17A1 SEBAGAI AFRODISIAKA
SKRIPSI
STUDI IN SILICO GENDARUSIN A, B, C, D DAN E
UNTUK PREDIKSI AKTIVITAS TERHADAP ENZIM
CYP17A1 SEBAGAI AFRODISIAKA
TAUFAN NUGROHO
FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS AIRLANGGA
DEPARTEMEN FARMAKOGNOSI DAN FITOKIMIA
SURABAYA
2014
SKRIPSI
STUDI IN SILICO GENDARUSIN A, B, C, D DAN E
UNTUK PREDIKSI AKTIVITAS TERHADAP ENZIM
CYP17A1 SEBAGAI AFRODISIAKA
TAUFAN NUGROHO
051011069
FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS AIRLANGGA
DEPARTEMEN FARMAKOGNOSI DAN FITOKIMIA
SURABAYA
2014
LEMBAR PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH
Demi perkembangan ilmu pengetahuan, saya menyetujui skripsi / karya ilmiah saya, dengan judul :
STUDI IN SILICO GENDARUS IN A, B, C, D DAN E UNTUK
PREDIKSI AKTIVITAS TERHADAP ENZIM CYP17A1 SEBAGAI
AFRODISIAKA
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, 15 September 2014 Taufan Nugroho
NIM : 051011069
SURAT PERNYATAAN
Saya yang bertanda tangan dibawah ini Nama : Taufan Nugroho NIM : 051011069 Fakultas : Farmasi menyatakan dengan sesungguhnya bahwa hasil tugas akhir yang s aya tulis dengan judul :
STUDI IN SILICO GENDARUS IN A, B, C, D DAN E UNTUK
PREDIKSI AKTIVITAS TERHADAP ENZIM CYP17A1 SEBAGAI
AFRODISIAKA
adalah benar – benar merupakan hasil karya saya sendiri. Apabila di kemudian hari diketahui bahwa skripsi ini merupakan hasil plagiatism, 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, 15 September 2014 Taufan Nugroho NIM : 051011069
Lembar Pengesahan
STUDI IN SILICO GENDARUS IN A, B, C, D DAN E UNTUK
PREDIKSI AKTIVITAS TERHADAP ENZIM CYP17A1 SEBAGAI
AFRODISIAKA
SKRIPSI
Dibuat Untuk Memenuhi Syarat
Mencapai Gelar Sarjana Farmasi Pada
Fakultas Farmasi Universita Airlangga
2014
Oleh:
TAUFAN NUGROHO
NIM. 051011069
Skripsi ini telah disetujui Tanggal 17 September 2014 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 kehadirat Allah SWT, atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan sebaik-baiknya. Dengan selesainya skripsi yang berjudul “STUDI IN
SILICO GENDARUSIN A, B, C, D DAN E UNTUK PREDIKSI
AKTIVITAS TERHADAP ENZIM CYP17A1 SEBAGAI AFRODISIAKA” sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Farmasi di Fakultas Farmasi Universitas Airlangga Surabaya ini, perkenankan saya untuk mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
Prof. Dr. Bambang P.EW.MS.,Apt. selaku pembimbing utama atas 1. segala bimbingan, pengajaran, dukungan, dan saran sehingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik.
Prof. Dr. Siswandono, MS., Apt selaku pembimbing serta atas 2. waktu, bimbingan, pengajaran, dukungan dan saran kepada saya dalam menyusun dan menyelesaikan skripsi ini.
3. Dr. Idha Kusumawati, M.Si dan Neny Purwitasari, S.Farm., M.Sc
selaku dosen penguji atas setiap saran, masukan dan bimbingan yang bermanfaat dalam memperbaiki skripsi ini.
4. Prof. Dr. H. Purwanto, Apt. selaku dosen wali atas perhatian,
bimbingan, dukungan dan semangat yang diberikan selama saya menempuh pendidikan di Fakultas Farmasi Universitas Airlangga.
Rektor Universitas Airlangga, Prof. Dr. H. Fasich, Apt. dan Dekan 5
Fakultas Farmasi Universitas Airlangga, Dr. Hj. Umi Athijah, Apt, M.S, yang telah memberikan segala fasilitas selama menjalani pendidikan maupun melakukan penelitian di Fakultas Farmasi Universitas Airlangga. Kepala dan staf Departemen Farmakognosi dan Fitokimia, 6. Departemen Kima Analisis Fakultas Farmasi Universitas Airlangga Surabaya yang telah memberi kesempatan untuk menggunakan sarana selama penelitian. Semua dosen dan staf pengajar di Fakultas Farmasi Universitas 7. Airlangga yang telah mendidik dan mengajarkan ilmu pengetahuan selama saya menempuh pendidikan sarjana di Universitas Airlangga Universitas Airlangga. Keluarga besar, orang tua, kakak dan adik saya atas semua 8. dukungan, semangat, kasih sayang dan doa yang selalu diberikan kepada saya.
9. Seluruh tim skripsi gendarusa 2014, Ahmad Syaifuddin, Wafi
Mubarok dan Ega Widya Prayogo terima kasih atas dukungan dan semangat yang diberikan selama ini. Teman-teman kelas A 2010, terima kasih atas semangat, doa dan 10. dukungan yang selalu diberikan.
11. Teman-teman kontrakan kertajaya 9B no 11 Surabaya, terima kasih atas semangat, dan dukungan yang selalu diberikan.
Saya berharap skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi setiap Farmasis, Tenaga medis, mahasiswa dan berbagai pihak yang memiliki minat di bidang Farmakognosi dan fitokimia.
Surabaya, 15 September 2014 Penulis
RINGKASAN
STUDI IN SILICO GENDARUS IN A, B, C, D DAN E UNTUK
PREDIKSI AKTIVITAS TERHADAP ENZIM CYP17A1 SEBAGAI
AFRODISIAKA
TAUFAN NUGROHO
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, salah satu bahan anti fertilitas. 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.
Dari monitoring efek samping obat kontrasepsi Justicia
gendarussa Burm. f, menyatakan bahwa obat kontrasepsi Justicia
gendarussa Burm. f memiliki efek samping yaitu peningkatan libido.Penelitian ini bertujuan untuk memprediksi aktivitas afrodisiak dari kelima senyawa gendarusin tersebut dengan menggunakan program molegro dan menentukan Hubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas antara sifat fisikokimia dari senyawa turunan gendarusin dengan prediksi aktivitasnya secara in silico.
Dengan metode uji in silico yang memanfaatkan teknologi komputasi, dapat diketahui interaksi antara senyawa turunan gendarusin dengan reseptor 3RUK seperti ikatan hidrogen dan ikatan van der waals. Selain itu juga didapatkan nilai rerank score atau energi ikatan yang merupakan perhitungan total dari semua ikatan yang ada. Semakin kecil atau semakin minus nilai energi ikatan berarti ikatan tersebut semakin stabil. Semakin stabil ikatan ligan dengan reseptor maka dapat diprediksikan bahwa aktivitasnya juga semakin besar. Bisa dikatakan bahwa energi ikatan mempunyai hubungan linier dengan besarnya aktivitas suatu ligan.
Dari hasil docking didapatkan nilai rerata rerank score gendarusin A sebesar -53.0636, gendarusin B sebesar -53.0636, gendarusin C sebesar - 78.8324, gendarusin D sebesar -123.948 dan gendarusin E sebesar -105.626.
Pada gendarusin D dan gendarusin E tidak ada interaksi dengan Ser441 yang bertindak sebagai sisi aktif modulator dari reseptor 3RUK walaup un memiliki rerank score yang cukup tinggi. Namun pada gendarusin A, B dan C memiliki interaksi dengan Ser441. Dari hasil tersebut bisa dikatakan bahwa gendarusin A, B dan C memiliki prediksi aktivitas sebagai afrodisiak.
Pada Hubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas, nilai parameter lipofilik dan sterik dari senyawa turunan gendarusin sama sehingga tidak bisa dilakukan pengolahan data, hanya bisa menggunakan parameter elektronik seperti ikatan hidrofobik, ikatan hidrogen dan ikatan van der waals. Nilai – nilai parameter elektronik tersebut diolah menggunakan program SPSS dan telah didapatkan 3 persamaan regresi. Terdapat hubungan linier antara aktivitas in silico dengan parameter elektronik yang dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :
Log A = -0.003vdw + 1.940 (n=5; r = 0.998; s = 0.0088; F = 880.308; Sig. = 0.000)
IN SILICO
ABSTRACT
STUDY OF GENDARUSIN A, B, C, D AND E FOR THE
PREDICTION OF ACTIVITY TO CYP17A1 ENZYME AS
APHRODIS IAC
TAUFAN NUGROHO
12 flavonoid compounds are found in n-butanol fraction of Justicia
gendarusa Burm.f. However, only five of them have been structurally
identified namely gendarusin A, B, C, D and E. These compounds are found in male contraception made from Justicia gendarusa Burm.f. whose one of the side effects is the increase in libido. This study aims to investigate the aphrodisiac activity of Gendarusin A, B, C, D and E as well as to investigate the quantitative relationship of structure-activity. The method used in this study was in silico using Molegro Virtual Docker and SPSS programs. The results of Molegro program showed the interaction between ligand and receptor as well as the rerank score which was the calculation of the total bonds. Docking was conducted to these five gendarusin compounds on the CYP17A1 enzyme (PDB ID: 3RUK). In the quantitative relationship of Structure-Activity, only the electronic parameters would be processed using SPSS program since the value of lipophilic and derivative steric parameters of gendarusin were equal. The electronic parameters to be analyzed were hydrophobic bond, van der waals bond and hydrogen bond. Upon the docking, Gendarusin A, B and C were predicted to have aphrodisiac activity. Gendarusin C had the highest activity. There was a linear correlation between in silico activity and electronic parameters stated in the following equation :
Log A = -0.003vdw + 1.940 (n=5; r = 0.998; s = 0.0088; F = 880.308; Sig. = 0.000)
The equation expresses that the electronic parameters have a meaningful linear correlation with the activity of gendarusin as aphrodisiac.
Keywords : in silico, docking, gendarusin, aphrodisiac activity, QSAR
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR .......................................................................vii RINGKASAN.................................................................................... ix ABSTRACT ...................................................................................... xi DAFTAR ISI .................................................................................... xii DAFTAR TABEL ............................................................................ xvi DAFTAR GAMBAR ........................................................................ xvii
DAFTAR LAMPIRAN …………………………………………… xix DAFTAR SINGKATAN ................................................................... xxi BAB I. PENDAHULUAN ...............................................................
1 1.1. Latar Belakang .......................................................
1 1.2. Rumusan Masalah ....................................................
6 1.3. Tujuan Penelitian .....................................................
7 1.4. Manfaat Penelitian ...................................................
7 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ......................................................
8 2.1. Tinjauan Tentang Marga Justicia ............................
8 2.1.1 Kegunaan ...................................................
8 2.1.2 Kandungan .................................................
8 2.2. Tinjauan Tentang Justicia gendarussa Burm. f …...
19 2.2.1 Klasifikasi Justicia gendarussa Burm. f. ..
19 2.2.2 Morfologi Tanaman ...................................
20 2.2.3 Penyebaran dan tempat tumbuh ………....
21 2.2.4 Kandungan Tanaman .................................
21 2.2.5 Kegunaan Tanaman ...................................
23 2.3. Tinjauan Tentang Flavonoid ....................................
24 2.3.1 Flavonoid O-Glikosida ..............................
25 2.3.2 Flavonoid C-Glikosida ..............................
26
2.4. Tinjauan Tentang Enzim ..........................................
26 2.4.1 Sitokrom P450 17A1 ...................................
30 2.5. Tinjauan Tentang Afrodisiak ..................................
31 2.6. Tinjauan Tentang Dehidroepiandosteron .................
34 2.6.1. Biosintesis Dehidroepiandosteron ...............
35 2.7. Tinjauan Tentang In silico ......................................
36 2.7.1. Ligand Based Methode ..............................
37 2.8. Tinjauan Tentang Interaksi Obat-Reseptor ..............
39 2.9. Tinjauan Tentang Ikatan Kimia ...............................
40 2.9.1. Ikatan Kovalen ...........................................
40 2.9.2 Ikatan Ionik ................................................
40 2.9.3. Ikatan Hidrogen .........................................
42 2.9.4. Ikatan Van der Waal’s ...............................
43 2.9.5. Ikatan Hidrofob .........................................
43 2.9.6. Interaksi Ion-Dipol dan Dipol-Dipol .........
44 2.9.7. Transfer Muatan ........................................
45 2.10. Hubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas ................
46
2.10.1 Model Pendekatan HKSA Free Wilson …
47
2.10.2 Model Pendekatan HKSA Hansch ………
48
2.10.2.1. Parameter Sifat Kimia Fisika dalam
49 HKSA Model Hansch ................................
BAB III. KERANGKA KONSEPTUAL ..........................................
51 3.1. Uraian Kerangka Konseptual ...................................
51 3.2. Hipotesis ..................................................................
51 3.3. Skema Kerangka Konseptual ...................................
54 BAB IV. METODOLOGI PENELITIAN .......................................
55 4.1. Bahan dan Alat .........................................................
55 4.2. Metodologi Penelitian ..............................................
55
4.2.1. Pembuatan struktur ligan 2 dan 3-dimensi...
55
4.2.2. Penentuan sifat kimia-fisika senyawa ligan
56 4.2.3. Preparasi struktur protein 3-D ...................
56 4.2.4 Docking dan Analisis Asam Amino ..........
57
4.2.4.1 Pengaturan docking ……………
58
4.2.5 Analisis Hubungan Kuantitatif Struktur
59 dan Aktivitas ……………………………
4.2.6 Analisi Data …………...............................
59 4.3. Skema Kerja .............................................................
60 4.3.1 Penentuan Sifat Kimia Fisika Ligan ..........
60 4.3.2 Preparasi Ligan dalam bentuk 3D …….....
61
4.3.3 Docking dengan Menggunakan Molegro
62 Virtual Docker ...........................................
4.3.4 Analisis Hubungan Kuantitatif Struktur dan
63 Aktivitas BAB V. HASIL PENGAMATAN ....................................................
64
5.1. Struktur 2D Senyawa Gendarusin …………………
64
5.2. Struktur 3D Senyawa Gendarusin dan Perhitungan
65 Energi Minimal …....................................................
5.3. Docking dan Analisis Asam Amino …….................
68
5.3.1. Protein ……………………………………
68
5.3.2. Penentuan cavity ……………………………
69 5.3.3. Hasil docking …………………………….
70
5.3.3.1. Ligan kontrol (abiraterone) …
71 5.3.3.2. Gendarusin A ………………..
72
5.3.3.3. Gendarusin B ……...…………
73 5.3.3.4. Gendarusin C ………………...
74 5.3.3.5. Gendarusin D ………………...
75
5.3.3.6. Gendarusin E ………………...
76
5.3.3.7. Perbandingan Nilai Rerank
Score dan Asam Amino yang
77 Terlibat ………………………
5.4. Hubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas Senyawa
78 Turunan Gendarusin ………………………………
5.4.1. Persamaan regresi hubungan kuantitatif
80 struktur-aktivitas ………………………… BAB VI. PEMBAHASAN ..............................................................
81 BAB VII. KESIMPULAN DAN SARAN ........................................
86 7.1. Kesimpulan ..............................................................
86 7.2. Saran ........................................................................
86 DAFTAR PUSTAKA .......................................................................
87 LAMPIRAN ......................................................................................
92
DAFTAR TABEL
72 V.5 Hasil docking antara gendarusin B dengan 3RUK ….………….
V.12 Nilai parameter elektronik senyawa gendarusin …………………. 79
V.11 Nilai parameter sifat fisika kimia senyawa gendarusin …………... 78
77 V.10 Nilai rerank score dari kelima senyawa turunan gendarusin …….. 78
76 V.9 Residu asam amino enzim Sitokrom P450 17A1 yang terlibat dalam interaksi ligan dengan reseptor……………………………..
75 V.8 Hasil docking antara gendarusin E dengan 3RUK ………………..
74 V.7 Hasil docking antara gendarusin D dengan 3RUK ….……………
73 V.6 Hasil docking antara gendarusin C dengan 3RUK………………..
71 V.4 Hasil docking antara gendarusin A dengan 3RUK ……………….
Tabel Halaman
67 V.3 Hasil docking antara Abiraterone dengan 3RUK …………………
65 V.2 Nilai energi minimal(kcal/mol) dari senyawa turunan gendarusin
28 V.1 Nilai parameter sifat fisika kimia senyawa gendarusin ...................
27 II.4 Klasifikasi Enzim menurut kesepakatan Internasional ...................
27 II.3 Beberapa koenzim sebagai Pembawa Atom Spesifik atau Gugus Fungsional .......................................................................................
9 II.2 Beberapa Ion Anorganik sebagai Kofaktor untuk Enzim ...............
II.1 Kandungan senyawa kimia pada beberapa tanaman spesies dari
Justicia…………………………………………………………………….
V.13 Persamaan regresi hubungan kuantitatif struktur-aktivitas ………. 80
DAFTAR GAMBAR
2.12 Ikatan hidrogen antara basa komplementer guanin dan sitosin dalam DNA ……………………………...
5.2 Struktur a) 3D Gendarusin A, b) 2D Gendarusin A …
65
5.1 Struktur 2D senyawa turunan Gendarusin …………
63
62 4.4 bagan prosedur analisis HKSA ………………………
61 4.3 Bagan prosedur docking menggunakan MVD ............
4.1 Bagan prosedur penentuan sifat fisika kimia menggunakan ChemBioDraw Ultra 12.0 …………… 60 4.2 Bagan prosedur preparasi ligan dalam bentuk 3D …...
54
3.1 Alur Kerangka Konseptual ………..............................
46
2.14 Interaksi melalui transfer muatan ……………………
44
2.13 Bentuk siklik metadon yang diakibatkan oleh interaksi dipol-dipol ......……………………………..
43
41
Gambar Halaman 2.1 Tanaman Justicia gendarussa Burm f .........................
41 2.11 Ikatan Ion ……….........................................................
35 2.10 Gugus kation pada asam amino arginin ......................
33 2.9 Jalur Steroidogenesis ...................................................
31 2.8 prinsip bioaktif afrodisiak ...........................................
30 2.7 Jalur biosintesis steroidal .............................................
2.6 Kurva antara konsentrasi enzim (E) dengan Kecepatan reaksi katalisis (V) pada reaksi enzim katalisis …....................................................................
25
2.5 Penomoran untuk struktur inti flavonoid .....................
23
2.4 senyawa gendarusin kelompok flavonoid yang ditemukan pada daun Justicia gendarussa Burm.f .....
22
2.3 Struktur molekul Alkaloid daun Justicia gendarussa Burm.f..........................................................................
21
19 2.2 Struktur molekul alkaloid dalam daun J. Gendarussa.
66
5.3 Struktur a) 3D Gendarusin B, b) 2D Gendarusin B …
66 5.4 Struktur a) 3D Gendarusin C, b) 2D Gendarusin C ....
66
5.5 Struktur a) 3D Gendarusin D, b) 2D Gendarusin D …
67 5.6 Struktur a) 3D Gendarusin E, b) 2D Gendarusin E ….
67
5.7 Sitokrom P450 17A1 ………………………………
68 5.8 cavity pada Enzim Sitokrom P450 17A1 ……………
69 5.9 Cavity nomor 1 pada reseptor 3RUK ……………….
70 tampilan a) 3D dan b) 2D ikatan hidrogen antara
5.10 71 abiraterone dengan 3RUK ………………………… tampilan a) 3D dan b) 2D ikatan hidrogen antara
5.11 72 gendarusin A dengan 3RUK ………………………… tampilan a) 3D dan b) 2D ikatan hidrogen antara
5.12 73 gendarusin B dengan 3RUK ………………………… tampilan a) 3D dan b) 2D ikatan hidrogen antara
5.13 74 gendarusin C dengan 3RUK ………………………… tampilan a) 3D dan b) 2D ikatan hidrogen antara
5.14 75 gendarusin D dengan 3RUK ………………………… tampilan a) 3D dan b) 2D ikatan hidrogen antara
5.15 76 gendarusin E dengan 3RUK …………………………