UIN SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA PENAPISAN VIRTUAL …repository.uinjkt.ac.id/dspace/bitstream/123456789/37364/1/MUHAMMAD... · PENAPISAN VIRTUAL ALKALOID IMIDAZOL DARI SPONS GENUS

UIN SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA

PENAPISAN VIRTUAL ALKALOID IMIDAZOL DARI

SPONS GENUS LEUCETTA

SEBAGAI INHIBITOR ENZIM TIROSINASE

SKRIPSI

MUHAMMAD HAIDAR ALI

1111102000121

FAKULTAS KEDOKTERAN DAN ILMU KESEHATAN

PROGRAM STUDI FARMASI

JAKARTA

JULI 2016

ii

UIN SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA

PENAPISAN VIRTUAL ALKALOID IMIDAZOL DARI SPONS GENUS LEUCETTA


SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Farmasi

MUHAMMAD HAIDAR ALI

1111102000121

FAKULTAS KEDOKTERAN DAN ILMU KESEHATAN

PROGRAM STUDI FARMASI

JAKARTA

JULI 2016

vi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

ABSTRAK

Nama : Muhammad Haidar Ali

Program Studi : Farmasi

Judul : Penapisan Virtual Alkaloid Imidazol dari Spons Genus Leucetta Sebagai Inhibitor Enzim Tirosinase.

Tirosinase merupakan enzim kunci yang terlibat dalam proses biosintesis melanin yang mempengaruhi warna pigmen kulit mamalia. Senyawa golongan alkaloid imidazol dari spons genus Leucetta dipilih sebagai ligan inhibitor terhadap enzim tirosinase, karena memiliki kemiripan struktur dengan L-Tirosine dan L-DOPA. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui potensi afinitas dari beberapa senyawa golongan alkaloid imidazol sebagai inhibitor enzim tirosinase, dilakukan dengan metode virtual screening menggunakan program Autodock Vina. Data yang diperoleh dianalisa dan divisualisasi menggunakan program Autodock Tools dan PoseView untuk mengetahui interaksi senyawa dengan asam amino. Hasil keseluruhan senyawa golongan imidazol alkaloid menunjukkam nilai energi ΔGbind dengan rentang -6,4 kkal/mol sampai -8,7 kkal mol. Senyawa Naamidine A menunjukkan hasil docking yang paling baik dengan nilai ΔGbind -8,7 kkal/mol, sedangkan L-DOPA, L-Tirosin, dan asam kojat sebagai kontrol positif masing-masing menunjukkan nilai ΔGbind -6,1 kkal/mol, -5,7 kkal/mol dan -5,5 kkal/mol. Hasil ini menunjukkan bahwa senyawa golongan alkaloid imidazol dari spons genus Leucetta tersebut memiliki potensi untuk dijadikan sebagai inhibitor enzim tirosinase.

Kata Kunci: Alkaloid Imidazol, Enzim Tirosinase, Penapisan Virtual.

vii UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

ABSTRACT

Name : Muhammad Haidar Ali

Major : Pharmacy

Title : Virtual Screening Imidazole Alkaloid from Sponge genus Leucetta as Tyrosinase Enzyme Inhibitor.

Tyrosinase is key enzyme involved in the biosynthesis of melanin pigment which affects the skin color of mammals. Imidazole alkaloids from marine sponge genus Leucetta chosen as inhibitor tyrosinase enzyme ligand, as it has structure similarity with L-Tyrosine and L-DOPA. The aim of this research to determine affinity potential of some imidazole alkaloid compounds from sponges genus Leucetta as tyrosinase enzyme inhibitor, using virtual screening method performed by Autodock vina program. The collected data were analyzed and visualized using Autodock Tools and PoseView softwares to understand the interaction of the compounds with amino acids. The result of all imidazole alkaloid compounds showed ΔGbind energy range between -6,4 kcal/mol to -8,7 kcal/mol. Naamidine A gives the best docking result among all compounds with ΔGbind value -8,7 kcal/mol, while L-DOPA, L-Tyrosine, and kojic acid as positive controller, each shows of ΔGbind value of -6,1 kcal/mol, -5,7 kcal/mol, and -5,5 kcal/mol. These results indicate that Imidazole alkaloid compounds from sponge genus Leucetta, has the potential to be used as an inhibitor of tyrosinase enzyme.

Keywords: Imidazole Alkaloid, Tyrosinase Enzyme, Virtual Screening.

viii UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah

melimpahkan rahmat dan karunia-Nya lah penulis dapat menyelesaikan penelitian

dan penulisan skripsi. Skripsi ini disusun dalam rangka memenuhi salah satu

syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Farmasi pada Fakultas Kedokteran dan

Ilmu Kesehatan Program Studi Farmasi UIN Syarif Hidayatullah, Jakarta.

Selama proses penyusunan dan penulisan skripsi ini, penulis menyadari

begitu banyak bantuan dari berbagai pihak yang telah meluangkan waktunya,

mendidik dan membimbing, dan mendoakan yang terbaik kepada penulis. Pada

kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya

kepada :

1. Bapak Supandi, M.Si, Apt., selaku pembimbing pertama dan Bapak

Andrianopsyah Mas Jaya Putra, M.Sc., selaku pembimbing kedua, yang telah

memberikan ilmu, nasihat, waktu, tenaga, dan pikirannya serta memiliki andil

besar dalam proses penelitian dan penyelesaian tugas akhir saya ini.

2. Bapak Professor Dr. Dede Rosyada, MA selaku rektor UIN Syarif

Hidayatullah Jakarta.

3. Bapak Dr. H. Arif Sumantri, SKM.,M.Kes. selaku Dekan Fakultas Kedokteran

dan Ilmu Kesehatan UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.

4. Ibu Dr. Nurmeilis, M.Si., Apt, selaku Kepala Program Studi Farmasi dan

selaku dosen pembimbing akademik selama perkuliahan. Dan Ibu Nelly

Suryani, Ph.D., Apt selaku sekertaris Program Studi Farmasi Fakultas

Kedokteran dan Ilmu Kesehatan UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.

5. Bapak Yardi, Ph.D., Apt, selaku dosen pembimbing akademik yang telah

memberikan arahan selama perkuliahan.

6. Bapak dan Ibu dosen staf pengajar yang telah memberikan ilmu pengetahuan

yang banyak selama saya menempuh pendidikan di Program Studi Farmasi

Fakultas Kedokteran dan Ilmu Kesehatan UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.

ix UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

7. Kedua orang tua tercinta, Ayahanda Marzul Hidayat dan Ibunda Mardalena

yang telah memberikan kasih sayangnya, do’a, dukungan moril maupun

materi selama penyusunan skripsi. Dan juga Adik-adik dan saudaraku yang

selalu memberi semangat.

8. Teman-teman seperjuangan “Docking Team”: Eko, Arsyad, Mazaya, dan

Wahyu yang telah memberikan waktu dan pikiran untuk saling berbagi ilmu

tentang penelitian ini.

9. Keluarga Departemen Relasi dan Eksternal BEM Prodi Farmasi kepengurusan

2013-2014: Fio Noviany, Henny Pradikaningrum, Wahidin Saleh, Elsa

Elfrida, Siti Windi Hariani, dan Fandi Karami atas waktu, nasihat, dan

dukungannya kepada penulis.

10. Teman-teman seperjuangan selama kuliah, Ali, Akas, Andis, Astri, Aziz,

Bahtiar, Brasti, Dwi Rahmadiani, Dhenny, Fathiyah, Gina, Icho, Qurry,

Rhesa, Rianisa, Rijal, Rifqi, Reza, Wina, serta seluruh teman-teman Farmasi

angkatan 2011.

11. Para staf dan karyawan program studi farmasi, staf laboran, ka Eris, ka Tiwi,

ka Lisna, ka Liken, ka Yaenab, ka Walid, mbak Rani, dan ka Rahmadi yang

banyak membantu selama penelitian dan praktikum semester sebelumnya.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan dan penyusunan skripsi ini

masih jauh dari kesempurnaan, karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran

dari pembaca yang bersifat membangun yang memacu penulis untuk berkarya

lebih baik di masa yang akan datang.

Akhir kata, saya berharap Allah SWT berkenan membalas segala kebaikan

semua pihak yang telah membantu. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi

penulis khususnya, dan dapat memberikan kontribusi ilmu pengetahuan bagi

semua pihak.

Jakarta, Juli 2016

Penulis

x UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIK

Sebagai sivitas akademik Universitas Islam Negeri (UIN) Syarif Hidayatullah

Jakarta, saya yang bertanda tangan di bawah ini:

Nama : Muhammad Haidar Ali

NIM : 1111102000121

Program studi : Strata-1 Farmasi

Fakultas : Kedokteran dan Ilmu Kesehatan

Jenis Karya : Skripsi

Demi perkembangan ilmu pengetahuan, saya menyetujui/karya ilmiah saya,

dengan judul :

PENAPISAN VIRTUAL ALKALOID IMIDAZOL DARI SPONS GENUS Leucetta


Untuk dipublikasikan atau ditampilkan di internet atau media lain yaitu Digital Library Perpustakaan Universitas Islam Negeri (UIN) Syarif Hidayatullah Jakarta untuk kepentingan akademik sebatas sesuai dengan Undang-Undang Hak Cipta. Demikian pernyataan persetujuan publikasi karya ilmiah ini saya buat dengan sebenarnya

Dibuat di : Jakarta

Pada tanggal : 28 Juli 2016

Yang menyatakan,

(Muhammad Haidar Ali)

xi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ............................................................................................. ii

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ................................................iii

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING .................................................iv

HALAMAN PENGESAHAN SKRIPSI...............................................................v

ABSTRAK .............................................................................................................vi

ABSTRACT ......................................................................................................... vii

KATA PENGANTAR ........................................................................................viii

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI .......................... x

DAFTAR ISI ......................................................................................................... xi

DAFTAR TABEL .............................................................................................. xiii

DAFTAR GAMBAR...........................................................................................xiv

DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................xv

DAFTAR ISTILAH ............................................................................................xvi

BAB I PENDAHULUAN..................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang .....................................................................................1

1.2 Rumusan Masalah................................................................................4

1.3 Tujuan Penelitian .................................................................................4

1.4 Manfaat Penelitian ...............................................................................4

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA............................................................................ 5

2.1 Melanin, Enzim Tirosinase dan Melanogenesis ................................. 5

2.2 Protein, Enzim dan Asam Amino ....................................................... 7

2.3 Sponges Genus Leucetta ................................................................... 11

2.4 Alkaloid ............................................................................................ 12

2.5 Interaksi Protein dengan Ligan ......................................................... 14

2.5.1 Ikatan Kovalen ................................................................. 14 2.5.2 Ikatan Ion .......................................................................... 14 2.5.3 Ikatan Hidrogen................................................................. 14 2.5.4 Ikatan Van Der Waals ....................................................... 14 2.5.5 Interaksi Ion-Dipol dan Dipol-Dipol ................................ 15 2.5.6 Ikatan Hidrofob ................................................................. 15

xii UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

2.5.7 Transfer Muatan ................................................................ 16 2.6 Penambatan Molekul ......................................................................... 17

2.7 Protein Data Bank .............................................................................. 17

2.8 Pubchem ............................................................................................ 17

2.9 Discovery Studio 4.0 Visualizer ........................................................ 18

2.10 Open Babel ...................................................................................... 18

2.11 Marvin Sketch.................................................................................. 18

2.12 Autodock.......................................................................................... 19

2.13 Autodock Vina ................................................................................. 19

2.14 PoseView ......................................................................................... 20

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ............................................................22

3.1 Tempat dan waktu penelitian .............................................................22

3.2 Alat .................................................................................................... 22

3.2.1 Perangkat keras .................................................................. 22 3.2.2 Perangkat lunak.................................................................. 22

3.3 Bahan ................................................................................................. 22

3.3.1 Struktur Molekul Tiga Dimensi Enzim Tirosinase ............ 22 3.3.2 Struktur Tiga Dimensi Ligan ............................................. 23

3.4 Cara Kerja .......................................................................................... 29

3.4.1 Penyiapan Struktur Molekul .............................................. 29 3.4.2 Penyiapan Struktur Tiga Dimensi Ligan............................ 30 3.4.3 Penambatan Molekul dengan Autodock Vina ................... 30 3.4.4 Analisa dan Visualisasi Penambatan Molekul ................... 30

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................ 31

4.1 Penyiapan Struktur Enzim Tirosinase ................................................ 31

4.2 Penyiapan Struktur Ligan ................................................................... 32

4.3 Penambatan Molekular menggunakan Autodock Vina ...................... 32

4.4 Analisa Hasil dan Visualisasi Penambatan Molekular ....................... 34

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 48

5.1 Kesimpulan ......................................................................................... 48

5.2 Saran ................................................................................................... 48

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 49

LAMPIRAN.......................................................................................................... 54

xiii UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Proses Melanogenesis ..........................................................................6

Gambar 2.2 Stuktur Umum Asam Amino ...............................................................7

Gambar 2.3 Klasifikasi 20 struktur asam amino......................................................8

Gambar 2.4 Klasifikasi Alkaloid ...........................................................................13

Gambar 2.5 Ikatan Hidrofobik ...............................................................................16

Gambar 4.1 Visualisasi interaksi L-DOPA dengan reseptor .................................35

Gambar 4.2 Visualisasi interaksi L-Tirosin dengan reseptor.................................35

Gambar 4.3 Visualisasi Naamidine A dengan reseptor .........................................36

Gambar 4.4 (a)Kerangka dasar struktur Isonaamine dan (b) Isonaamine B ..........37

Gambar 4.5 Kerangka dasar struktur Kealiinine....................................................38

Gambar 4.6 (a) Kerangka dasar struktur Naamidine, (b) naamidine F,

(c) naamidine C, (d) naamidine I........................................................40

Gambar 4.7 (a) Kerangka dasar Struktur Naamine, (b) naamine B .......................43

xiv UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Klasifikasi Enzim Internasional ............................................................ 10

Tabel 3.1 Senyawa Ligan yang akan di docking................................................... 22

Tabel 4.1 Makna warna pada gambar Autodocktools .......................................... 36

Tabel 4.2 Nilai ΔGbind dan Interaksi ligan kelompok Isonaamine

dengan residu protein (autodocktools) ................................................. 37

Tabel 4.3 Interaksi ligan kelompok Isonaamine dengan residu

asam amino protein (PoseView)........................................................... 37

Tabel 4.4 Nilai ΔGbind dan Interaksi ligan kelompok Kealiinine


Tabel 4.5 Interaksi ligan kelompok Kealiinine dengan residu


Tabel 4.6 Nilai ΔGbind dan Interaksi ligan kelompok Naamidine


Tabel 4.7 Interaksi ligan kelompok Naamidine dengan residu


Tabel 4.8 Nilai ΔGbind dan Interaksi ligan kelompok Naamidine


Tabel 4.9 Interaksi ligan kelompok Naamine dengan residu


Tabel 4.10 Nilai ΔGbind dan Interaksi kontrol positif


xv UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Alur Penelitian.................................................................................. 54

Lampiran 2. Prosedur Kerja Molecular Docking dengan Autodock Vina............ 55

Lampiran 3. Data hasil docking Autodock Vina dan Visualisasinya.................... 71

xvi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

DAFTAR ISTILAH

CPU Control Processing Unit

DPF Docking Parameter file

DOPA Dihydroxyphenilalanin

GPF Grid Parameter File

PDB Protein Data Bank

RMSD Root Mean Square Deviation

ΔGbind Energi bebas Gibss

1 UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Spons laut (filum Porifera) adalah salah satu organisme invertebrata

multiseluler tertua menunjukkan berbagai macam warna dan bentuk. Sekitar

8.000 spesies spons, yang menghuni ekosistem laut dan air tawar yang

berbeda yang telah dijelaskan sampai saat ini. Spons laut terus menarik

perhatian luas dari ahli kimia produk alam laut dan farmasi karena keragaman

yang luar biasa mereka senyawa bioaktif (Putra, 2014). Sebagian besar

senyawa bioaktif dari spons dapat diklasifikasikan sebagai anti inflamasi,

antitumor, imunosupressive atau neurosupressive, antivirus, anti malaria, anti

TBC, antibiotik atau antifouling, sitotoksik atau kardiovaskular, inhibitor

enzim, inhibitor pembelahan sel (Putra, 2014).

Dari beberapa spons kelas Calcareous, spons genus Leucetta

merupakan spons yang paling menarik perhatian sampai saat ini. Investigasi

kimia dari spons genus Leucetta menuntun ke arah isolasi dari alkaloid

imidazol seperti naamine, isonaamine, naamidine dan isonaamidine. Banyak

sekali alkaloid imidazol laut yang telah diisolasi baru-baru ini, dan banyak

yang menunjukan beberapa aktivitas antimikroba dan atau aktivitas anti tumor

(Hassan, 2004).

Leucetta merupakan salah satu jenis genus spons laut yang terdapat di

perairan Indonesia. Pada tahun 2004 dan 2009, dilakukan isolasi terhadap

spons Leucetta chagosensis di daerah Sulawesi selatan, didapatkan 7 senyawa

golongan alkaloid imidazol baru yaitu naamine F, naamine G, kealinine A,

kealinine B, kealinine C, metildorimidazol dan preclathridine B (Hassan,

2009). Dilaporkan juga oleh Tsukamoto et al, terdapat dua imidazol alkaloid

baru yaitu naamidine H dan naamidine I dari spons laut yang sama Leucetta

chagosensis namun dari lokasi yang berbeda, Sulawesi Utara pada tahun 2007

(Putra, 2014).

2

UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

Spons laut menghasilkan metabolit sekunder dan telah lama digunakan

sebagai sumber alam untuk mendesain senyawa baru obat dan kosmetik.

Kolagen dari spons didalam kosmetika digunakan untuk regenerasi dan

peremajaan kulit. (marine cosmeceuticals: Trends and prospects, 2012).

Steroidal detergent atau seyawa halistanol trisulfat yang diisolasi dari spons

laut mampu menghambat kematangan dari enzim tirosinase yang berperan

dalam proses sintesis melanin (Towsend et al., 1992). Geoditin A merupakan

senyawa yang berasal dari spons Geodia japonica yang menunjukkan jika

senyawa ini memiliki potensi sebagai anti melanogenesis atau agen pemutih

kulit (Cheung et al., 2012).

Melanosit merupakan sel dendrit yang memproduksi dan mensekresi

melanosom, yang mengandung melanin. Melanin merupakan penentu utama

dari warna kulit. Jumlah dari melanosit yang ada pada epidermis adalah sama

dari warna kulit, jumlah dan ukuran melanosom yang diproduksi menentukan

warna kulit seseorang (Reiger, 2000). Melanin terbentuk melalui proses yang

disebut melanogenesis melalui kombinasi katalisasi enzimatik dan reaksi

kimia. Melanogenesis berlangsung di organel khusus, melanosom, di

melanosit. Jalur biosintesis dari melanogenesis telah dijelaskan, dimana

terdapat dua jenis melanin yang disintesis dalam melanosom yaitu eumelanin

dan pheomelanin. Melanogenesis juga dapat diinisiasi oleh radiasi sinar UV.

Dengan kondisi tersebut, melanogenesis adalah manifestasi defensif untuk

melindungi kulit dan ditandai dengan sintesis melanin dipercepat dan transfer

ke keratinosit, yang menyebabkan penggelapan kulit di daerah yang terpapar

(Barel, 2001).

Enzim tirosinase dikenal sebagai enzim yang mengandung tembaga

multifungsi dari oxidase superfamily, merupakan protein kunci yang terlibat

besar dalam biosintesis pigmen hayati, melanin. Enzim tirosinase

mengkatalisis dua reaksi yang berbeda dari biosintesis melanin, hidroksilasi

aminofenol dan konversi dari o-diphenol menjadi o-kuinon (Khan, 2007).

Pembentukan melanin dapat dihambat dengan cara menurunkan sintesis

3


tirosinase, menurunkan transfer tirosinase, dan menghambat aktivitas

tirosinase (Avanti, 2002).

Zat pemutih kulit atau inhibitor enzim tirosinase telah digunakan

secara luas didunia kosmetik dan pengobatan klinis. Produk pemutih ini

digunakan baik sebagai pencerah kulit atau depigmen kulit (Barel, 2001). Zat

yang umumnya digunakan sebagai pemutih termasuk hidrokuinon, arbutin,

asam kojat, asam askorbat, dan senyawa turunan asam kojat. Efikasi,

mekanisme dan keamanan dari senyawa-senyawa tersebut telah dibahas secara

luas (Barel, 2009).

Virtual screening atau in silico merupakan salah satu metode dalam

proses penemuan obat baru sebelum in vitro dan in vivo. Virtual screening,

suatu metode yang menggunakan kemampuan komputer dalam merancang

obat sebagai komplemen dari in vitro dan in vivo. Kemampuan komputasi

yang meningkat secara eksponensial merupakan peluang mengembangkan

simulasi dan kalkulasi dalam merancang obat baru.

Senyawa-senyawa alkaloid imidazol dari spons dari genus Leucetta

dipilih sebagai ligan terhadap enzim tirosinase, karena memiliki kemiripan

struktur dengan L-Tirosine dan L-DOPA yang dimana senyawa ini merupakan

substrat awal proses melanogenesis yang dikatalisis oleh enzim tirosinase

sebelum mejadi produk akhir berupa melanin baik eumelanin ataupun

pheomelanin. Selain itu belum adanya penelitian yang melakukan uji terhadap

enzim tirosinase. Virtual screening dilakukan untuk melihat prediksi aktivitas

sebagai inhibitor enzim tirosinase. Selain itu, metode ini dipilih karena dapat

menurunkan biaya dan waktu yang diperlukan dalam penelitian, untuk

mendapatkan prediksi aktivitas senyawa sebelum dilakukan isolasi, sintesis,

dan uji farmakologi baik secara in vitro mapun in vivo. Penambatan molekul

yang dilakukan pada penelitian ini adalah structured based virtual screening

karena struktur tiga dimensi dari protein target yaitu enzim tirosinase tersedia

pada bank data protein. Penambatan molekul pada penelitian ini menggunakan

perangkat lunak Autodock Vina serta PoseView sebagai perangkat visualisasi.

Penelitian ini diharapkan dapat memberikan gambaran interaksi antara

4


senyawa golongan alkaloid imidazol terhadap enzim tirosinase. Kontrol positif

yang digunakan yaitu L-Tyrosine, L-DOPA dan asam kojat.

1.2 Rumusan Masalah

Apakah senyawa-senyawa alkaloid imidazol dari spons genus Leucetta

memiliki potensi afinitas sebagai inhibitor enzim tirosinase melalui

pendekatan Virtual screening.

1.3 Hipotesis

Senyawa-senyawa alkaloid imidazol dari spons genus Leucetta memiliki

potensi afinitas sebagai inhibitor enzim tirosinase

1.4 Tujuan

Untuk melihat bahwa senyawa-senyawa imidazol alkaloid dari spons Leucetta

memiliki potensi afinitas sebagai inhibitor enzim tirosinase.

1.5 Manfaat Penelitian

a. Untuk mendapatkan data potensi afinitas senyawa imidazol alkaloid dari

spons Leucetta sebagai inhibitor enzim tirosinase

b. Diharapkan dapat memberikan informasi untuk pengembangan sediaan

kosmetika untuk memperoleh senyawa baru yang dapat digunakan sebagai

bahan pencerah kulit.


BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Melanin, Enzim Tirosinase, dan Melanogenesis

Melanin merupakan pigmen inti yang mempengaruhi warna kulit

dari berbagai jalur. Dalam kulit melanin dapat ditemukan dalam dua

warna yang berbeda, kuning atau merah (pheomelanin) dan coklat atau

hitam (eumelanin). Dua tipe pigmen ini merupakan salah satu penjelasan

dari perbedaan etnik warna kulit di dunia. Jumlah melanosit, aktivitas

melanogenik, tipe melanin, ukuran dan jumlah dari melanosom dan

distribusi pada epidermis juga dapat mempengaruhi pigmentasi kulit.

Alaluf et al. 2002, mendemonstasikan bahwa kulit kaukasian ditandai

dengan jumlah melanosit yang sedikit, melanosom yang kecil dan

pigmen cerah seperti pheomelanin sedangkan kulit hitam ditandai

dengan jumlah melanosit yang tinggi, melanosom yang besar, jumlah

melanin yang tinggi dan lebih banyak eumelanin (Gendreau, 2013).

Tirosinase merupakan enzim yang mengandung tembaga (Cu2+

)

multifungsi, dimana tembaga terikat oleh 6 atau 7 residu histidin dan

residu sistein tunggal. Enzim ini memiliki aktivitas baik monophenolase

dan diphenolase. Enzim ini terlibat dalam biosintesis melamin dan

mengkatalisis orto-hidroksilasi dari tirosin (monophenol) menjadi 3,4-

dihidroksifenilalanin atau DOPA (o-diphenol), dan oksidasi DOPA

menjadi dopaquinone (o-kuinon) (Cooksey, 1997). Tirosinase diproduksi

hanya oleh sel melanosit. Sintesis dan proses selanjutnya berada di

retikulum endoplasma dan golgi, kemudian ditransfer ke melanosom,

dimana pigmen melanin disintesis (Chang, 2012).

Melanogenesis merupakan jalur biosintesis pembentukan pigmen

melanin pada kulit manusia. Melanogenesis berlangsung pada organel

khusus, melanosom, di dalam melanosit. Tahap pertama dari

melanogenesis diinisiasi dengan oksidasi tirosin menjadi dopaquinone

yang dikatalis oleh enzim kunci, tirosinase. Langkah pertama ini

6


merupakan satu-satunya rate-limiting step sintesis melanin karena urutan

reaksi selanjutnya dapat berlanjut secara spontan pada nilai pH

fisiologis. Setelah dopaquinone terbentuk oleh tirosinase, senyawa

dikonversi menjadi dopa dan dopachrome melalui auto-oxidation.

DOPA juga merupakan substrat dari tirosinase dan dioksidasi menjadi

dopaquinon kembali dengan enzim. Terakhir, eumelanin terbentuk

melalui serangkaian reaksi oksidasi dari dihidroksiindol (DHI) dan

dihidroksiindol-2-asam karbosilat (DHICA) dimana produk dari rekasi

dopachrome. Adanya sistein atau glutathione, dopaquinon dikonversi

menjadi sisteinildopa atau glutathionildopa. Kemudian pheomelanin

terbentuk. Meskipun tiga enzim yang terlibat dalam melanogenesis

[tirosinase, tyrosine related protein-1 dan 2 (TRP1 dan TRP2)], hanya

tirosinase yang benar-benar diperlukan untuk melanogenesis, karena

merupakan kunci dalam prosesnya (Chang, 2012).

Gambar 2.1 Proses melanogenesis (Chang, 2012).

Melanogenesis bisa dapat diinisiasi oleh radiasi UV. Pada kondisi

ini, melanogenesis merupakan manifestasi pertahanan untuk melindungi

kulit dan ditandai dengan sintesis melanin yang dipercepat dan transfer

ke keratinosit, menyebabkan kulit yang terpapar menjadi lebih gelap.

http://www.mdpi.com/ijms/ijms-10-02440/article_deploy/html/images/ijms-10-02440f1.png

7


Melanosit mensintesis lebih banyak melanin pada orang-orang berkulit

gelap, dan ukuran melanosom mereka lebih besar ini mengakomodasi

kelimpahan relatif lebih banyak dari melanin pada orang yang berkulit

lebih terang dan akibatnya memecah lebih lambat (Barel, 2009).

2.2 Protein, enzim dan asam amino

Asam amino merupakan unit dasar penyusun protein. Protein dari

semua spesies, dari bakteri hingga manusia, terdiri dari 20 asam amino

standar yang sama. Sembilan belas diantaranya merupakan asam α-

amino dengan gugus amino primer (-NH3+) dan asam karboksilat

(karboksil; -COOH) yang melekat pada atom karbon pusat, yang disebut

atom Karbon-α (Cα) karena berdekatan dengan gugus karboksil. Juga

terikat pada atom Cα yaitu atom hidrogen dan variabel sisi-rantai atau

gugus 'R'. Pengecualian untuk struktur umum ini adalah prolin, yang

memiliki gugus amino sekunder yang merupakan asam α-imino. Nama-

nama asam amino sering disingkat, baik untuk tiga huruf atau satu huruf.

Contohnya, prolin disingkat Pro atau P (Hames & Hooper, 2005).

Gambar 2.2 Stuktur umum asam amino

Struktur dari 20 asam amino dikelompokkan menjadi lima kelas

utama berdasarkan pada sifat-sifat gugus “R” nya, khususnya, polaritas,

atau kecenderungan untuk berinteraksi dengan air pada pH biologis

(mendekati pH 7.0). Polaritas kelompok R bervariasi, dari nonpolar dan

hidrofobik sampai yang sangat polar dan hidrofilik (Lehninger, 2005).

8


Gambar 2.3 Klasifikasi 20 struktur asam amino (Lehninger, 2005).

Protein adalah urutan linear asam amino yang dihubungkan oleh

ikatan peptida. Ikatan peptida adalah ikatan kovalen antara gugus α-

amino dari satu asam amino dan gugus α-karboksil asam amino lain.

Ketika dua asam amino bergabung melalui ikatan peptida mereka

membentuk dipeptida. Penambahan amino asam lebih lanjut membentuk

rantai panjang disebut oligopeptida dan polipeptida. Rantai polipeptida

melipat hingga membentuk konformasi tertentu dalam protein.

Konformasi ini adalah susunan tiga dimensi dari atom dalam struktur

dan ditentukan oleh urutan asam amino. Ada empat tingkat struktur

protein: primer, sekunder, tersier dan, kadang-kadang tapi tidak selalu,

kuaterner. (Hames & Hooper, 2005).

Urutan linear asam amino yang bergabung melalui ikatan peptida

disebut struktur protein primer. Posisi ikatan kovalen disulfida antara

9


residu sistein juga termasuk dalam struktur primer. Protein sekunder

merupakan gabungan dua struktur protein primer ini mengacu pada

lipatan teratur daerah dari rantai polipeptida. Dua jenis struktur sekunder

adalah α-helix dan β-pleated sheet. α-helix berbentuk silinder, rangkaian

heliks asam amino seperti batang dalam rantai polipeptida yang ditahan

oleh ikatan hidrogen yang sejajar dengan sumbu helix. Dalam β-pleated

sheet, ikatan hidrogen terbentuk antara bagian yang berdekatan dari

polipeptida yang baik berjalan di arah yang sama (β-pleated sheet

paralel) atau dalam arah yang berlawanan (β-pleated sheet antiparalel).

β- membalikkan arah rantai polipeptida dan seringkali ditemukan

terhubung dengan ujung β-pleated sheet antiparalel (Hames & Hooper,

2005). Struktur tersier protein mengacu pada susunan tiga dimensi dari

semua asam amino dalam rantai polipeptida. Struktur ini aktif secara

biologis, konformasi asli ini diikat oleh beberapa ikatan nonkovalen. Jika

protein terdiri dari lebih dari satu rantai polipeptida dikatakan memiliki

struktur kuaterner. Hal ini mengacu pada tata ruang dari subunit

polipeptida dan sifat interaksi di antara mereka (Hames & Hooper,

2005).

Enzim merupakan polimer biologis yang mengatalisis perubahan

satu atau lebih senyawa (substrat) menjadi satu atau lebih senyawa lain

(produk) meningkatkan laju reaksi 106 kali dibandingkan jika tidak

dikatalisis. Seperti semua katalis lain enzim tidak berubah secara

permanen atau dikonsumsi sebagai konsekuensi dari keikutsertaannya

dalam reaksi yang bersangkutan. Tidak seperti kebanyakan katalis yang

digunakan dalam bidang kimia sintetik enzim bersifat spesifik baik bagi

tipe reaksi yang dikatalisis maupun substrat atau substrat-subtrat yang

berhubungan erat (Murray, 2009).

10


Tabel 2.1 Klasifikasi Enzim Internasional

Nama Tipe reaksi yang dikatalisis Contoh

1. Oxidureduktase Reaksi transfer elektron

Alkohol

dehidrogenase

2. Transferase Transfer gugus fungsi dari satu

molekul ke molekul lainnya

Heksokinase

3. Hidrolase Reaksi hidrolisis Tripsin

4. Liase Pemutusan C-C, C-O, C-N, dan

ikatan lain, biasanya menghasilkan

ikatan rangkap

Piruvat

dekarboksilase

5. Isomerase Transfer gugus di dalam satu

molekul

Maleat

isomerase

6. Ligase Penyatuan dua molekul yang

dikaitkan dengan hidrolisis ATP

Piruvat

karboksilase

Inhibitor merupakan suatu senyawa yang bertindak untuk menurunkan

laju proses katalitis pada enzim. Beberapa inhibitor enzim berasal dari

metalobit normal dalam tubuh yang menghambat enzim untuk

mengontrol jumlah produk. Inhibitor enzim dibedakan mejadi dua tipe

utama: irreversibel atau reversible, dimana inhibitor reversible dibagi

menjadi kompetitif dan dan nonkompetitif. Inhibitor Irreversibel

berikaratan dengan enzim kebanyakan membentuk ikatan kovalen

dengan asam amino residu pada atau disekitar situs aktif, dan

menginaktivasi enzim secara permanen (Hames & Hoper, 2005).

Inhibitor kompetitif biasanya mirip substrat. umumnya, pada

inhibisi kompetitif, inhibitor berikatan dengan bagian dari tempat aktif

yang mengikat-substrat dan menghambat akses substrat. oleh karena itu,

struktur kebanyakan inhibitor kompetitif klasik cenderung mirip dengan

struktur substrat, dan karenanya dinamai analog substrat. Inhibitor

nonkompetitif, tidak memengaruhi pengikatan substrat. Oleh karena itu,

kompleks enzim-inhibitor dan enzim-inhibitor-substrat dapat terbentuk.

Namun, sementara kompleks enzim-inhibitor tetap dapat mengikat

substrat, namun efisiensinya mengubah substrat menjadi produk

berkurang. Inhibitor nonkompetitif mengikat enzim di bagian-bagian

11


yang berbeda dari bagian pengikat substrat dan umumnya tidak atau

sedikit memiliki kesamaan struktur dengan substrat (Murray, 2009).

2.3 Spons genus Leucetta

Kingdom : Animalia

Filum : Porifera

Kelas : Calcarea

Subkelas : Calcinea

Orde : Clathrinda

Famili : Leucettidae

Genus : Leucetta

Spons merupakan nama lain dari filum porifera yang merupakan

hewan bersel banyak paling sederhana dan primitif. Spons tergolong

hewan multiseluler primitif dan diduga berasal dari zaman Paleozoik

sekitar 1,6 juta tahun yang lalu (Amir dan Budiyanto, 1996;

Romimohtarto dan Juwana, 1999). Dalam mencari makan, hewan ini

aktif mengisap dan menyaring air yang melalui seluruh permukaan

tubuhnya. Pada umumnya, spons mampu memompakan air rata-rata

sebanyak 10 kali volume tubuhnya dalam waktu satu menit, sehingga

tidak salah kalau hewan ini terkenal sebagai hewan filter feeder yang

paling efisien dibandingkan hewan laut lainnya (Bergquist, 1978).

Spons adalah salah satu hewan laut yang potensial mengandung

senyawa aktif. Beberapa senyawa yang terkandung dalam spons

mempunyai presentase keaktifan yang lebih besar dibanding dengan

senyawa-senyawa yang dihasilkan oleh tumbuhan darat (Muniarsih dan

Rachmaniar, 1999). Hewan laut ini merupakan sumber metabolit

sekunder terkaya. Dilihat dari banyaknya jenis senyawa bioaktif yang

diisolasi, spons menjadi sumber produk alam yang utama sampai saat ini

(proksch 1999; romihmoharto dan juwana, 1999).

12


Filum porifera terdiri dari tiga kelas, yaitu Calcarea,

Demospongiae, dan Hexactinellida. Kelas Calcarea adalah kelas spons

yang semuanya hidup di laut. Spons ini mempunyai struktur sederhana

dibandingkan yang lainnya. Spikulanya terdiri dari kalsium karbonat

dalam bentuk calcite. Spons Calcareous mewakili 9,5% dari seluruh

spons yang telah diketahui, dengan jumlah spesies yang diketahui lebih

dari 650 spesies. Dua subkelas yang diketahui pada kelas Calcarea yaitu

Calcinea dan Calcaronea, dengan 5 ordo, 22 famili, dan 75 genus

(Willenz, 2015).

Leucetta merupakan salah satu genus dari kelas Calcarea. Mereka

beradaptasi baik dilingkungan air dangkal dan kebanyakan Calcinea

berada di daerah tropis, dimana mereka dapat mencapai ukuran yang

cukup besar dan padat (Borojevic, 1990). Spons genus Leucetta

merupakan spons yang paling menarik perhatian sampai saat ini.

Investigasi kimia dari spons genus Leucetta menuntun ke arah isolasi

yang menarik dari imidazol alkaloid seperti naamine, isonaamine,

naamidine dan isonaamidine (Hassan, 2004).

2.4 Alkaloid

Alkaloid merupakan senyawa yang mengandung nitrogen dengan

berat molekul rendah yang ditemukan terutama pada tumbuhan, tetapi

juga sedikit terdapat pada mikroorganisme dan hewan. Landrug

mendefinisikan akaloid sebagai senyawa yang terdapat pada tumbuhan

yang memiliki sifat basa dan mengandung setidaknya satu nitrogen pada

cincin heterosiklik (Kar, 2007).

Alkaloid mengandung satu atau lebih atom nitrogen, biasanya

sebagai amina primer, sekunder, atau tersier, dan ini biasanya memberi

sifat basa pada alkaloid, memfasilitasi isolasi dan pemurnian, karena

garam yang larut dalam air dapat terbentuk dengan ada asam mineral.

Nama alkaloid sebenarnya berasal dari alkali. Namun, tingkat

13


kebasaannya bervariasi, tergantung dari stuktur alkaloid dan keberadaan

dan letak gugus fungsionalnya. (Dewick, 2002)

Alkaloid merupakan senyawa dengan berat molekul rendah dan

menyusun sekitar 20% metabolit sekunder pada tumbuhan. Alkaloid

telah berpengaruh dalam sejarah manusia karena memiliki efek fisiologis

pada hewan dan sifat farmakologi seperti antibiotik, antikanker

bersamaan dengan eksplorasi potensinya sebagai narkotika, racun dan

stimulan (Kaur, 2015).

Atom nitrogen pada alkaloid berasal dari asam amino, dan pada

umumnya, kerangka karbon dari prekursor asam amino tertentu juga

sebagian besar dipertahankan utuh dalam struktur alkaloid, meskipun

karbon asam karboksilat sering hilang melalui dekarboksilasi. Relatifnya

beberapa prekursor asam amino benar-benar terlibat dalam biosintesis

alkaloid, utamanya menjadi ornithine, lisin, asam nikotinat, tirosin,

triptofan, asam antranilat, dan histidin (Woolley, 2001).

Gambar 2.4 Klasifikasi Alkaloid (Woolley, 2001)

14


2.5 Interaksi Protein dengan Ligan

Tipe ikatan kimia yang terlibat dalam interaksi obat reseptor antara

lain adalah ikatan-ikatan kovalen, ion-ion yang saling memperkuat

(reinforce ions), ion (elektrostatik), hidrogen ion-dipol, dipol-dipol, van

der Waals, ikatan hidrofob dan transfer muatan. (Siswandono, 2008).

2.5.1 Ikatan kovalen

Ikatan kovalen terbentuk bila ada dua atom saling menggunakan

sepasang elektron secara bersama-sama. Dengan kekuatan ikatan yang

tinggi, pada suhu normal bersifat irreversible dan hanya dapat dipecah

bila ada pengaruh katalisator enzim tertentu. (Siswandono, 2008)

2.5.2 Ikatan Ion

Ikatan ion adalah ikatan yang dihasilkan oleh daya tarik menarik

elektrostatik antara ion-ion yang muatannya berlawanan. Kekuatan tarik

menarik akan makin berkurang bila jarak antar ion makin jauh dan

pengurangan tersebut berbanding terbalik dengan jaraknya.

(Siswandono, 2008)

2.5.3 Ikatan hidrogen

Ikatan ini terlibat dalam interaksi antara dua molekul, yang salah

satunya bertindak sebagai donor dan yang lainnya sebagai akseptor.

Hidrogen donor mengandung gugus fungsi yang mempunyai proton

yang terikat pada atom elektronegatif. Atom elektronegatif memiliki

bagian yang lebih besar dari elektron dalam ikatan hidrogen, sehingga

membuat hidrogen sedikit bermuatan positif dan elektrofilik. Hidrogen

akseptor mengandung elektronegatif atom seperti oksigen atau nitrogen.

Ikatan hidrogen lebih lemah dari ikatan ion. (Patrick, 2001).

2.5.4 Ikatan van der waals

Interaksi van der waals adalah interaksi lemah yang muncul

diantara gugus – gugus hidrofobik seperti cincin aromatik dan gugus

15


alkil. Interaksi ini muncul disebabkan adanya fluktuasi acak dalam

densitas elektron sehingga membentuk daerah sementara yang kaya

elektron atau sedikit elektron. Daerah kaya elektron pada satu molekul

akan menarik daerah yang elektronnya sedikit pada molekul lain.

Interaksi ini lebih lemah dari ikatan ion dan ikatan hidrogen dan

melibatkan molekul hidrogen netral (Patrick, 2001).

2.5.5 Interaksi ion-dipol dan dipol-dipol

Adanya perbedaan keelektronegatifan atom C dengan atom yang

lain, seperti O dan N, akan membentuk distribusi elektron tidak simetrik

atau dipol, yang mampu membentuk ikatan dengan ion atau dipol lain

baik yang mempunyai kerapatan elektron tinggi maupun rendah

(Siswandono, 2008). Momen dipol penting dalam orientasi molekul

ketika berinteraksi dengan situs ikatan. Obat mempunyai momen dipol

yang kemungkinan untuk menyelaraskan dengan momen dipol lokal

pada situs ikatan sehingga momen dipol sejajar dan dalam arah yang

berlawanan. Momen dipol yang salah berorientasi bisa juga

mengakibatkan penurunan aktivitas (Patrick, 2001).

2.5.6 Ikatan hidrofob

Ikatan hidrofob merupakan salah satu kekuatan penting pada

proses penggabungan daerah non polar molekul obat dengan daerah non

polar reseptor biologis. Daerah non polar molekul obat yang tidak larut

dalam air dan molekul-molekul air disekelilingnya, akan bergabung

membentuk struktur quasi-crystalline (Siswandono, 2008).

Bila dua daerah non polar, seperti gugus hidrokarbon molekl obat

dan daerah non polar reseptor, bersama-sama berada dalam likungan air,

maka akan menyebabkan suatu penekanan sehingga jumlah molekul air

yang kontak dengan daerah-daerah non polar tersebut berkurang.

Akibatnya, struktur quasi-crystalline akan pecah menghasilkan

peningkatan entropi yang digunakan untuk isolasi struktur non-polar.

Peningkatan energi bebas menstabilkan molekul air sehingga tidak

16


kontak dengan daerah non polar. Penggabungan demikian disebut ikatan

hidrofob (Siswandono, 2008).

Gambar 2.5 Ikatan Hidrofobik

2.5.7 Transfer muatan

Menurut Baker, kompleks transfer muatan dikelompokkan menjadi dua

yaitu senyawa yang berfungsi sebagai donor elektron dan sebagai

aseptor elektron (Siswandono, 2008).

Sebagai donor elektron adalah:

a. Senyawa yang kaya π-elektron, seperti alkena, alkuna, dan senyawa

aromatik yang tersubstitusi dengan gugus elektron donor.

b. Senyawa yang mempunyai pasangan elektron sunyi, seperti R-O:-H,

R-O:-R, R-S:-R, R-I:, R3N:, dan R-S:-S-R yang juga dapat berfungsi

sebagai aseptor proton dalam ikatan hidrogen.

Sebagai aseptor elektron adalah:

a. Senyawa yag kekurangan π-elektron, seperti 1,3,5-trinitrobenzen,

tetrasianoetilen, dan tetraklorobenzokuinon, yang mempunyai gugus

pendorong elektron sangat kuat.

b. Molekul mengandung hidrogen yang bersifat asam lemah, seperti

Br3C-H, R-O-H, Ar-O-H, R-S-H, dan imidazol-H, yang juga dapat

berfungsi sebagai donor proton dalam ikatan hidrogen.

2.6 Penambatan molekul

Molecular docking atau penambatan molekuler adalah prosedur

komputasional yang digunakan untuk memprediksikan ikatan non

kovalen makromolekul, lebih sering, sebuah molekul besar (reseptor)

17


dan sebuah molekul kecil (ligan) secara efisien, dimulai dari struktur-

struktur yang tidak saling berikatan, struktur yang ditemukan dari

simulasi dinamika molekul, homology modeling, dan lain-lain. Tujuan

dari molecular docking adalah untuk memprediksikan konformasi ikatan

dan afinitas pengikatan (Yanuar, 2012).

Teknologi molecular docking atau penambatan molekuler

diaplikasikan pada beberapa tingkat dari proses pengembangan obat

untuk tiga tujuan utama, yaitu: 1) memprediksi model ikatan dari ligan

yang diketahui aktif, 2) pencarian ligan baru menggunakan in silico

screening atau virtual screening, dan 3) memprediksi afinitas ikatan dari

beberapa seri senyawa aktif (Leach, Shoichet, & Peishoff, 2006).

2.7 Protein Data Bank

Protein Data Bank (PDB; http://www.rcsb.org/pdb/) adalah sebuah

dokumen atau kumpulan data eksperimental struktur tiga dimensi dari

makromolekul biologis, yang sekarang berjumlah lebih dari 32.500

(Berman, et al., 2000), termasuk protein dan asam nukleat. Molekul –

molekul tersebut adalah molekul yang ditemukan di semua organisme

termasuk bakteri, ragi, tanaman, lalat, hewan lain, dan manusia.

Informasi ini dapat digunakan untuk membantu menyimpulkan peran

struktur dalam kesehatan manusia dan penyakit, dan dalam

pengembangan obat. Struktur yang terdapat dalam arsip ini mulai dari

protein kecil dan potongan-potongan DNA sampai molekul kompleks

seperti ribosom (RCSB, 2014).

2.8 PubChem

PubChem (http://PubChem.ncbi.nlm.nih.gov) merupakan gudang

informasi molekuler untuk umum, sebuah karya ilmiah dari Institut

Kesehatan Nasional Amerika (US National Institutes of Health / NIH).

Basis data PubChem memiliki lebih dari 27 juta catatan struktur kimia

khusus dari senyawa yang berasal dari hampir 70 juta senyawa endapan,

dan berisi lebih dari 449.000 catatan bioassay dengan lebih dari ribuan

18


biokimia in vitro dan skrining berbasis sel, dengan menargetkan lebih

dari 7000 protein dan gen yang terhubung dengan lebih dari 1,8 juta

senyawa (Xie, 2010). Pada situs PubChem ini dapat diunduh struktur

kimia dari suatu senyawa secara gratis yang dibutuhkan dalam studi

penambatan molekul.

2.9 Discovery Studio 4.0 Visualizer

Discovery Studio Visualizer adalah penampil gratis yang dapat

digunakan untuk membuka, mengedit data serta alat untuk melakukan

analisis data yang dihasilkan oleh perangkat lunak lain. Perangkat ini

dirancang untuk memberikan gambaran yang interaktif untuk melihat

dan mengedit struktur molekul, urutan, data refleksi X-ray, script, dan

data lainnya. Aplikasi ini dapat digunakan pada Windows dan Linux dan

terintegrasi dengan desktop yang menyediakan akses ke fitur sistem

operasi standar seperti sistem berkas, clipboard, dan percetakan

(Accelrys Enterprise Platform, 2005).

2.10 Open Babel

Open Babel adalah perangkat lunak untuk mengubah beberapa

format berkas kimia. Selain itu, perangkat ini menyediakan berbagai

fungsi berguna yaitu pencarian konformer dan penggambaran 2D,

penapisan, konversi batch, dan pencarian substruktur dan kemiripan.

Open Babel mendukung 111 format berkas kimia, yang dapat membaca

82 format dan menulis 85 format. Perangkat ini tersedia secara gratis

dari http://openbabel.org (O’Boyle et al., 2011).

2.11 Marvin Sketch

MarvinSketch merupakan aplikasi mendesain gambar struktur

yang didirikan oleh ChemAxon, perangkat lunak yang dikembangkan

untuk bioteknologi dan farmasetikal industri. MarvinSketch adalah

perangkat chemical drawing berbasis Java yang memungkinkan

membuat dan mengedit molekul dalam berbagai format file (DBM et al.,

2014).

19


Marvin sketch merupakan suatu program yang dapat digunakan

untuk menggambar dan mengedit struktur, reaksi, atau menghitung

struktur data kimia dengan operasi yang intuitif. Marvin Sketch juga

dapat menetapkan stereokimia, charge, valensi, radikal dan isotop untuk

setiap atom. Marvin Sketch juga dapat digunakan untuk penambahan

hidrogen dan membuat struktur 2 dimensi dan 3 dimensi (ChemAxon,

2008). Program ini dapat diunduh secara gratis melalui alamat situs

http://www.chemaxon.com/products/marvin/marvinsketch/.

2.12 Autodock

Autodock merupakan sebuah perangkat lunak yang dibangun untuk

melakukan suatu prosedur dalam rangka memprediksi interaksi sebuah

molekul kecil dari suatu senyawa dengan molekul target. Hal yang

menyebabkan tercetusnya pembuatan software ini adalah karena adanya

permasalahan dalam merancang suatu senyawa bioaktif, khususnya

dalam hal perancangan obat dengan bantuan komputer (Computer Aided

Drug Design). Program ini bertujuan sebagai alat yang dapat digunakan

pada computer untuk membantu proses pembentukan interaksi yang

akurat (Yanuar, 2012).

Setiap proses docking dengan AutoDock membutuhkan paling

sedikit empat input file, yaitu: PDBQT file untuk ligan; PDBQT file

untuk makromolekul atau reseptor; grid parameter file (GPF) untuk

perhitungan oleh AutoGrid; dan docking parameter file (DPF) untuk

perhitungan oleh AutoDock (Yanuar, 2012).

2.13 Autodock Vina

Autodock Vina adalah salah satu perangkat lunak yang tepat dan

dapat diandalkan yang tersedia untuk penemuan obat, penambatan

molekul dan skrining virtual yang dirancang dan diterapkan oleh Dr.

Oleg Trott. Vina menawarkan fungsi yang beragam, tingkat kinerja

tinggi dan meningkatkan akurasi untuk mempermudah penggunaan.

Perangkat lunak ini dapat dioperasikan dengan bantuan Autodock Tools

http://www.chemaxon.com/products/marvin/marvinsketch/

20


(ADT) atau command line instruction (Sandeep, Nagasree, Hanisha,

Murali, & Kumar, 2011).

Untuk hasil input dan output vina, file type yang digunakan dalah

struktur molekul PDBQT seperti yang digunakan pada software

Autodock. Untuk pengaplaksiannya, hanya diperlukan struktur molekul

yang akan di docking dan spesifikasi binding site (Yanuar, 2012).

2.14 PoseView

PoseView mampu menggambar diagram kompleks yang terdiri dari

molekul kecil dan molekul reseptor yang dapat berupa protein atau DNA

/ RNA. Jika tidak ditentukan spesifik, interaksi antara pasangan

kompleks diperkirakan dengan menggunakan kriteria geometris

sederhana, seperti jarak dan sudut. PoseView mempertimbangkan lima

jenis interaksi yang berbeda. Empat di antaranya ditujukan interaksi:

ikatan hidrogen, interaksi logam, interaksi π-kation, dan π-π stacking.

Jenis interaksi kelima adalah kontak hidrofobik tidak langsung (Stierand,

and Rarey,2010).

Jarak optimal antara dua atom dihubungkan oleh ikatan hidrogen

diatur ke 1,9 Å dengan toleransi 0,5 Å. Tambahan ukuran ini, sudut

akseptor hidrogen-donor tidak harus jatuh di bawah 120 derajat. Atom

hidrogen yang terikat pada atom noncarbon diperlakukan sebagai calon

hidrogen donor. Atom akseptor potensi yang baik nitrogen, oksigen, atau

atom sulfur asalkan bermuatan atau bermuatan negatif dan yang

permukaannya dapat diakses.

Interaksi logam dihitung antara atom logam melekat dalam atom

akseptor reseptor dan logam, yang identik dengan atom akseptor ikatan

hidrogen. Geometri mereka didasarkan pada geometri koordinasi

dihitung dari metal. Setiap titik koordinasi yang tidak ditempati oleh

atom reseptor diperiksa untuk atom ligan dekat, dan deviasi jarak

maksimal diatur ke 0,8 Å. Jika tidak ada geometri dapat dihitung, sebuah

bola dengan radius 2 Å ditempatkan di sekitar logam. Dalam hal ini,

21


semua atom berbaring di bola, lagi dengan toleransi 0,8 Å, dianggap

sebagai pasangan interaksi potensial.

Berbeda dengan interaksi sebelumnya disebutkan, kontak

hidrofobik yang diestimasi berdasarkan jarak antara dua atom hidrofobik

saja. Mereka divisualisasikan bukan oleh interaksi garis putus-putus

tetapi dengan menggambar label residu menghubungi dan segmen spline

yang menunjukkan bagian hidrofobik dari ligan. Karena banyak atom

biasanya membentuk subpocket hidrofobik, representasi ini

mencerminkan geometri interaksi yang lebih baik. Sebuah prasyarat

untuk kontak hidrofobik adalah bahwa setidaknya tiga atom ligan

hidrofobik terletak pada kisaran residu reseptor diperiksa saat. Atom

hidrofobik yang dalam konteks ini atom karbon dengan permukaan

diakses dan halogen. Jarak maksimum diatur ke jumlah dari van der

waals jari-jari atom yang bersangkutan dan toleransi 0,8 Å.


BAB 3

METODE PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan di Fakultas Kedokteran dan Ilmu Kesehatan

(FKIK) Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta dan di

Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Serpong selama bulan Maret

hingga Juni.

3.2. Alat

3.2.1. Perangkat Keras

Menggunakan perangkat keras Notebook Acer (4755G Aspire

series) dengan spesifikasi Intel® core™ i7 CPU (2630QM 2.0GHz Turbo

boost up to 2.9GHz), RAM (Random Access Memory) 4.00 gigabyte, dan

Graphic Card NVDIA® GT 540M, up to 3760 MB TurboCache™.

Notebook terhubung dengan AC/DC adapter dan terkoneksi internet.

3.2.2. Perangkat Lunak

Sistem operasi menggunakan Windows 7 Ultimate 64 bit,

Autodock Tools, Discovery Studio 4.0 Visualizer (Accelrys Enterprise

Platform), Open Babel 2.3.2, Autodock Vina, PoseView, Marvin Sketch

5.5.1.0 (http://www.chemaxon.com), Protein Data Bank

(http://www.rcsb.org/pdb).

3.3. Bahan

3.3.1. Struktur Molekul Tiga Dimensi Enzim Tirosinase

Struktur tiga dimensi enzim tirosinase diunduh dari Bank Data

Protein melalui situs http://www.rcsb.org/pdb. Makromolekul protein yang

dipilih adalah enzim tirosinase pada mushroom tyrosinase adalah dengan

format .pdb merupakan enzim tirosinase pada mushroom tyrosinase

Agaricus bisporus kompleksasi dengan inhibitor tropolone yang didapat

http://www.chemaxon.com/

http://www.rcsb.org/pdb

http://ww.rcsb.org/pdb

23


dari metode X-ray Diffraction dengan resolusi 2.78 Å. Identitas

makromolekul tersebut adalah 2Y9X dengan format .pdb.

3.3.2. Struktur Tiga Dimensi (3D) Ligan

Ligan yang digunakan adalah senyawa alkaloid imidazol dari spons

genus Leucetta dibuat dengan Marvin Sketch 5.5.1.0 dan L-DOPA, L-

Tyrosine, dan asam kojat yang diunduh dari situs

http://PubChem.ncbi.nlm.nih.gov dengan format .sdf sebagai kontrol

positif untuk proses docking.

Tabel 3.1 Senyawa ligan yang akan di docking

No Nama senyawa Struktur

1 Naamine A

2 Naamine B

24


3 Naamine C

4 Naamine D

5 Naamine E

6 Naamine F

25


7 Naamine G

8 Kealiinine A

9 Kealiinine B

10 Kealiinine C

26


11 Naamidine A

12 Naamidine B

13 Naamidine C

14 Naamidine D

27


15 Naamidine E

16 Naamidine F

17 Naamidine G

18 Naamidine H

28


19 Naamidine I

20 Isonaamine A

21 Isonaamine B

22 Isonaamine C

29


23 L-Tyrosine (kontrol

positif)

24 L-DOPA (kontrol

positif)

25 Asam Kojat

3.4. Cara Kerja

3.4.1 Penyiapan Struktur Molekul

Pengunduhan makromolekul dari Bank Data Protein melalui situs

http://www.rcsb.org/pdb/. Identitas makromolekul tersebut adalah 2Y9X.

Data makromolekul diunduh dengan format .pdb

a. Pemisahan Makromolekul Air dan Ligan

Makromolekul protein yang telah diunduh, dipisahkan dari

ligan dan pelarut dan molekul air. Pemisahan menggunakan Discovery

Studio 4.0. Setelah dipisahankan, kemudian simpan dalam format .pdb.

b. Optimasi Molekul

Optimasi makromolekul dilakukan dengan menggunakan Autodock

Tool dan buka makromolekul yang disimpan dalam format .pdb (file

→ read molecule → .pdb)

c. Menentukan Lokasi Penambatan Molekul – Ligan

Penentuan lokasi penambatan molekul dilakukan berdasarkan

jurnal atau buku referensi dengan menggunakan Autodock Tools.

http://www.rcsb.org/pdb/

30


Pengaturan dilakukan dengan grid box (grid → grid box) yang

meliputi ukuran (size x, y, z), kordinat (center x, y, z) dan, besarnya

ukuran (angstrom) dan simpan (file → close saving current).

3.4.2 Penyiapan Struktur Tiga Dimensi (3D) Ligan

Ligan yang digunakan adalah L-DOPA, L-Tyrosine, dan asam

kojat yang diunduh melalui PubChem (http://PubChem.ncbi.blm.nih.gov)

sebagai ligan pembanding dan senyawa alkaloid imidazol yang dibuat

dengan menggunakan Marvin Sketch yang disimpan dengan format .mol2.

Struktur ligan yang telah dibuat, kemudian dioptimasi dengan

menggunakan Autodock Tools. Kemudian, buka ligan yang telah dibuat

(ligand → input → open), setelah itu simpan dalam bentuk .pdbqt (ligand

→ output → save as pdbqt →save).

3.4.3 Penambatan Molekul dengan Autodock Vina

Ligan dan Protein yang telah tersimpan dalam format .pdbqt disalin

atau dipindah kedalam folder Vina. Kemudian buat konfigurasi file vina

yang diketik pada notepad yang disimpan dengan nama conf.txt. Jalankan

Vina melalui Command prompt.

3.4.4 Analisa dan Visualisasi Penambatan Molekul

Hasil kalkulasi penambatan dilihat pada output dalam format

out.pdbqt atau bentuk notepad. Hasil docking dilakukan dengan memilih

ligan yang memiliki energi ikatan yang paling rendah, nilai ikatan dapat

dilihat di ‘log.txt’. Posisi ligan-ligan pada makromolekul, serta asam

amino yang berinteraksi dengan ligan divisualisasikan menggunakan

perangkat lunak Autodock Tools (3D) dan PoseView (2D).

http://pubchem.ncbi.blm.nih.gov/


BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Penyiapan Struktur Enzim Tirosinase

Pada tahapan ini, makromolekul enzim tirosinase diunduh melali situs

Protein Data Bank http://www.rcsb.org/. Identitas makromolekul tersebut

adalah 2Y9X dengan format .pdb merupakan enzim tirosinase pada mushroom

tyrosinase Agaricus bisporus kompleksasi dengan inhibitor tropolone yang

didapat dari metode X-ray Diffraction dengan resolusi 2.78 Å.

Struktur makromolekul enzim tirosinase yang telah diunduh dalam

bentuk terikat dengan ligan dan molekul air. Ligan dan molekul air ini harus

dihilangkan dari makromolekul protein karena dapat mengganggu proses

penambatan. Pada dasarnya dengan adanya molekul air akan memediasi

interaksi ligan dengan reseptor, sehingga hasil docking yang didapat semakin

baik. Tetapi proses penambatan akan berlangsung lebih kompleks karena

variabel persamaan-persamaan matematika docking yang perlu diselesaikan

menjadi lebih banyak yang menyebabkan waktu penambatan semakin lama

(Cole, Nissink, & Taylor, 2005).

Struktur makromolekul kemudian dipisahkan dari residu non standar

tersebut dengan cara menghilangkannya dengan menggunakan perangkat

lunak Discovery Studio, sehingga dihasilkan struktur molekul yang siap

melalui tahap selanjutnya. Struktur hasil pemisahan ini disimpan dengan

format .pdb. Kemudian kembali dilakukan pengotimasian terhadap

makromolekul dengan perangkat Autodock Tools. Optimasi yang dilakukan

adalah penambahan atom hidrogen dan penentuan grid box parameter.

Penambahan atom hidrogen penting untuk interaksi ligan dan reseptor. Atom

hidrogen yang diperhitungkan adalah yang bersifat polar, karena atom ini

terlibat dalam ikatan hidrogen. Optimasi grid box parameter berfungsi untuk

membuat peta tiga dimensi interaksi protein dengan setiap jenis atom yang

terdapat pada ligan (Yanuar, 2012).

Pengaturan pada grid box meliputi center_x, center_y, center_z, untuk

mengatur letak parameter box pada makromolekul. Kemudian size_x, size_y,

http://www.rcsb.org/

32


size_z, dan spacing (angstrom), untuk menentukan ukuran grid box sebagai

ruang tambat ligan tersebut.

Hasil pengaturan grid box mengacu pada Ismaya et al (2011) dimana

memperhatikan letak asam amino yang berinteraksi penting dengan ligan,

sehingga diperoleh adalah center_x = -9.58, center_y = -25.01 center_z = -

40.02, size_x = 30, size_y = 30, size_z = 30, dan spacing (angstrom) = 0,375.

Cara pengaturan grid box adalah dengan pilih Grid grid box atur grid box

parameter yang ada file close saving current. Setelah semua optimasi

selesai, makromolekul tersebut di simpan dalam format .pdbqt, untuk

selanjutnya akan dilakukan proses penambatan molekul dengan program

Autodock Vina.

4.2 Penyiapan Struktur Ligan

Ligan yang akan digunakan sebagai senyawa pembanding diunduh dari

Pubchem dengan situs http://PubChem.ncbi.nlm.nih.gov dengan format .sdf

dan dipilih struktur 3D. Kemudian format ligan tersebut dirubah menjadi .pdb

dengan menggunakan Open Babel agar dapat dibaca dengan Autodock Tools

untuk selanjutnya dilakukan pengoptimasian. Untuk ligan yang akan diuji

golongan senyawa alkaloid imidazol, dibuat dengan Marvin Sketch 5.5.1.0

(http://chemaxon.com) dengan format .pdb dalam bentuk 3D dengan tipe fine

with hydrogenize.

4.3 Penambatan Molekular menggunakan Autodock Vina

Setelah langkah penyiapan protein dan ligan yang akan di-docking

selesai, maka bisa dilanjutkan ke langkah selanjutnya, yaitu penambatan

molekul dengan Autodock Vina. Hal yang pertama kali dilakukan pada tahap

ini adalah menyalin file protein dan ligan berformat .pdbqt ke dalam folder

vina. Kemudian file konfigurasi vina diketik pada notepad (Lampiran 2) dan

disimpan dengan nama ‘conf.txt’.

Konfigurasi vina pada notepad terdiri dari ‘receptor’ menunjukkan

protein reseptor yang digunakan pada proses docking, ‘ligand.’ menunjukkan

ligand senyawa yang digunakan pada proses docking, ‘out’ merupakan hasil

33


dari proses docking tersebut dibuat dengan nama ‘out.pdbqt.’, dan grid box

parameter center_x, center_y, center_z, size_x, size_y, dan size_z yang sudah

diatur sebelumnya saat pengoptimasian reseptor. Perlu diperhatikan bahwa

nama reseptor dan ligan pada notepad tersebut harus sama dengan nama file

pada folder vina.

Setelah pengaturan file konfigurasi notepad selesai, maka proses

docking dengan vina bisa dijalankan. Vina dijalankan melalui perintah

Command prompt. Dalam Command prompt, masuk ke dalam berkas vina,

kemudian dijalankan perintah sebagai berikut.

𝑽𝒊𝒏𝒂 − −𝒄𝒐𝒏𝒇𝒊𝒈 𝒄𝒐𝒏𝒇. 𝒕𝒙𝒕 − −𝒍𝒐𝒈 𝒍𝒐𝒈. 𝒕𝒙𝒕

Proses docking dengan vina berlangsung selama 3 – 7 menit pada

sekali running satu ligan. Masing-masing ligan di docking sebanyak 5 kali.

Waktu yang digunakan selama proses docking ini dipengaruhi oleh spesifikasi

komputer yang digunakan dan juga ligan yang ditambatkan. Namun hal ini

tidak terlalu mempengaruhi keakuratan hasil yang diperoleh. proses

penambatan molekul menggunakan Autodock Vina dan dapat meningkatkan

akurasi dari prediksi mode ikatan jika dibandingkan dengan Autodock 4. selain

itu, vina dapat mengambil keuntungan dari multiple control processing unit

(CPU) atau CPU core dalam sistem komputer untuk memperpendek waktu

running secara signifikan (Troot & Olson, 2010).

Untuk input dan output-nya, vina menggunakan format file struktur

molekul yang sama dengan Autodock yaitu pdbqt. File pdbqt tersebut dapat

diperoleh dan dilihat menggunakan MGLTools (Autodock tools). Data lain

seperti parameter Autodock dan Autogrid (GPF dan DPF) dan file grid map

tidak dibutuhkan dalam vina, karena vina menghitung grid map-nya sendiri

dengan cepat dan otomatis (Trott & Olson, 2010).

Setelah proses docking selesai, maka akan muncul 2 file baru dalam

folder vina, yaitu ‘log.txt’ dan ‘out.pdbqt’. ‘log.txt’ berisikan nilai afinitas

ikatan dan root mean square deviation (RMSD) dari hasil docking. Sedangkan

‘out.pdbqt’ merupakan konformasi dari ligan-ligan yang telah di docking.

Hasil ini dibuka dengan Autodock Tools dan PoseView untuk melihat posisi

34


dan orientasi dari ligan pada protein dan juga asam amino – asam amino yang

terikat pada ligan.

4.4 Analisa Hasil dan Visualisasi Penambatan Molekular

Hasil dari penambatan molekul pada penelitian ini meliputi nilai energi

bebas gibbs (ΔGbind) dan root mean square deviation (RMSD), serta interaksi

ligan dengan residu asam amino pada makromolekul enzim. Konformasi

masing-masing ligan diperingkatkan berdasarkan nilai ΔGbind dari yang

terkecil sampai yang terbesar. Nilai ΔGbind yang kecil menunjukkan bahwa

konformasi yang terbentuk adalah stabil, sedangkan nilai ΔGbind yang besar

menunjukkan kurang stabilnya kompleks yang terbentuk.

Dari ligan-ligan yang telah dilakukan proses docking, masing-masing

akan menghasilkan 9 konformasi ligan yang diperingkatkan berdasarkan nilai

ΔGbind terendah. dari ke-9 peringkat konformasi yang dihasilkan, maka

dipilihlah peringkat teratas yang memiliki nilai ΔGbind terendah dengan

RMSD 0, yang merupakan konformasi terbaik dari penambatan masing-

masing ligan. Selain itu, nilai RMSD dikatakan baik jika < 2 angstrom.

Dengan penyimpangan yang semakin besar, semakin besar kesalahan pada

prediksi interaksi ligan dengan protein (Brooijmans, 2009).

Perhitungan nilai energy bebas gibbs autodock vina:

𝚫𝐆𝐛𝐢𝐧𝐝𝐢𝐧𝐠 = 𝚫𝐆𝐠𝐚𝐮𝐬𝐬 + 𝚫𝐆𝐫𝐞𝐩𝐮𝐥𝐬𝐢𝐨𝐧 + 𝚫𝐆𝐡𝐛𝐨𝐧𝐝 + 𝚫𝐆𝐡𝐲𝐝𝐫𝐨𝐩𝐡𝐨𝐛𝐢𝐜 + 𝚫𝐆𝐭𝐨𝐫𝐬

Nilai akhir scoring function ΔGbind dari sistem Autodock Vina

merupakan energi ikatan yang didapat dari kontribusi sifat sterik berupa

ΔGgauss (istilah dispersi yang berhubungan dengan geometri dan formasi),

ΔGrepulsion (berhubungan dengan pose pada kontak internal yang buruk atau

nilai penalti docking) ΔGhbond (berhubungan dengan ikatan hidrogen),

ΔGhydrophobic (berhubungan dengan interaksi hidrofobik), dan ΔGtors

(berhubungan dengan kemampuan memutar dari ligan) (Trott & Olson, 2010).

35


Berdasarkan kerangka struktur dasarnya, senyawa alkaloid imidazol

dikelompokkan menjadi 4 kelompok berbeda. Selain melihat nilai ΔGbind dari

hasil docking, dilihat juga interaksi yang terjadi antara ligan dengan residu –

residu asam amino makromolekul protein. Identifikasi interaksi ini

menggunakan program Autodock Tools dan PoseView untuk melihat interaksi

ligan dengan residu protein. Hasil visualisasi menggunakan Autodock Tools

menunjukkan interaksi ligan-ligan terhadap residual asam amino yang

dikelompokkan ke dalam 5 jenis berdasarkan struktur asam aminonya, yaitu

ionik, polar, aromatik, dan hidrofobik. Hasil visualisasi menggunakan

PoseView menunjukkan interaksi ligan dengan residu proteinnya, seperti

ikatan hidrogen, interaksi π – π dan π – kation, dan interaksi logam.

Visualisasi interaksi ligan dengan residu asam amino dapat dilihat pada

Gambar 4.1, Gambar 4.2, dan Gambar 4.3.

Gambar 4.1 Visualisasi interaksi L-DOPA dengan reseptor enzim tirosinase.

PoseView (kiri) dan Autodock Tools (kanan)

Gambar 4.2 Visualisasi interaksi L-Tirosin dengan reseptor enzim tirosinase.

PoseView (kiri) dan Autodock Tools (kanan)

36


Gambar 4.2 Visualisasi interaksi Naamidine A dengan reseptor enzim

tirosinase. PoseView (kiri) dan Autodock Tools (kanan)

Setiap warna pada gambar, baik itu pada ligan maupun residu protein,

mewakili atom - atom tertentu. Warna – warna tersebut dapat diatur sesuai

keinginan penggunanya. Pada gambar 4.1, gambar 4.2, dan gambar 4.3 yang

diolah dengan Autodock Tools, penulis mengaturnya seperti pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Makna warna pada gambar Autodock Tools

Nama Atom Warna

Karbon Abu - abu (alifatik) , hijau (aromatik)

Hidrogen Putih

Nitrogen Biru

Oksigen Merah

Sulfur Kuning

Cu2+

Kuning emas

37


1. Isonaamine

(a) (b)

Gambar 4.4 (a)Kerangka dasar struktur Isonaamine dan (b) Isonaamine B

Tabel 4.2 Nilai ΔGbind dan Interaksi ligan kelompok Isonaamine dengan residu protein

(autodocktools)

Nama senya

wa

Δgbind

(kkal

/mol)

Kofaktor

CU+2

Residual Asam Amino

Ionik positif Ionik

negatif

Polar Aromatik Hidrofobik

his arg glu asn ser thr phe val ala gly met pro

Isonaa

mine B

-8.3 - his

85

his 244

his

263

- - asn

260

asn 81

- thr

324

- val

283

- - met

280

-

Isonaamine

A

-8 - his 85

his

244

- - asn 81

asn

260

- - - val 283

- - - -

Isonaa

mine C

-7.4 - his

244

his 263

- - asn

81

asn 260

ser

282

- - val

283

- gly

281

met

280

Tabel 4.3 Interaksi ligan kelompok Isonaamine dengan residu asam amino protein

(PoseView)

Nama

Senyawa

Jumlah

Ikatan

Hidrogen

Asam

Amino

yang

berikatan

Gugus Senyawa

yang Berikatan

(ligan-asam

amino)

Interaksi π – π Interaksi

hidrofobik

Isonaamine

B 2

met280

asn260

H-O

H-O -

val283,

his85

38


Isonaamine

A 5

asn81

his85

glu256

asn260

his244

O-H

H-O

H-O

H-O

N-H

- his263,

val283

Isonaamine

C 3

asn81

asn260

his244

O-H

H-O

N-H

phe264 val283,

phe264

Dapat dilihat dari tabel data hasil docking, Isonaamine B memiliki

nilai ΔGbind paling baik dibandingkan 2 senyawa lain. Berdasarkan hasil

visualisasi Autodock Tools Isonaamine B berinteraksi dengan asam amino

his85, his244, asn260, asn81, dan thr324, val283 dan met280, sedangkan hasil

visualisasi PoseView berinteraksi dengan berikatan hidrogen dengan asam

amino met280 dan asn260 dan hidrofobik val283 dan his85. Isonaamine C

memiliki nilai ΔGbind lebih rendah, dimana substituen R1 dan R2 yaitu O-

CH3 dibandingkan dengan Isonaamine A yang substituennya O-H, dan secara

visualisasi PoseView substituen O-H lebih baik membentuk ikatan hidrogen

dibandingkan O-CH3.

2. Kealiinine

Gambar 4.5 Kerangka dasar struktur Kealiinine

Tabel 4.4 Nilai ΔGbind dan Interaksi ligan kelompok Kealiinine dengan residu

protein (autodocktools)

Nama senya

wa

Δgbind

(kkal

/mol)

Kofaktor

CU+2

Residual Asam Amino

Ionik positif Ionik

negatif



Kealii -7.4 - his arg - - - - phe val - - - -

39


nine A 244

his 263

268 264 248

val 283

Kealii

nine B

-7.4 - his

244

his 263

arg

268

- - - - phe

264

val

283

- - - -

Kealii

nine C

-6.4 - his

244

arg

268

- asn

260

- - phe

264

val

283 val

248

- - - -

Tabel 4.5 Interaksi ligan kelompok Kealiinine dengan residu asam amino protein

(PoseView)

Nama

Senyawa

Jumlah

Ikatan

Hidrogen

Asam

Amino

yang

berikatan

Gugus Senyawa

yang Berikatan

(ligan-asam

amino)


hidrofobik

Kealiinine

A - - - phe264

val248,

phe264,

asn260,

his85,

val283,

his244

Kealiinine

B 1 arg268 O-H phe264

phe264,

his85,

val283,

his244

Kealiinine

C - - - phe264

val283,

phe264,

val248

Pada kelompok ini, Kealiinine A dan B memiliki nilai energi bebas

yang sama dengan nilai -7.4 kkal/mol. Pada senyawa kealiinine B terjadi

substitusi R1 substituen atom hidrogen menjadi O-CH3 pada gugus

aromatisnya, namun tidak terjadi penurunan nilai energi bebas gibbsnya

dibandingkan dengan senyawa kealiinine A. Saat terjadinya substitusi pada R1

dan R2 substituen atom hidrogen menjadi O-CH3 pada gugus aromatisnya,

terlihat memberikan nilai yang berbeda secara bermakna yaitu penurunan nilai

energi bebas gibbsnya pada senyawa kealiinine C. Selain berinteraksi secara

hidrofobik salah satu gugus aromatis pada kelompok ini memiliki peran untuk

berinteraksi π – π dengan asam amino phe264. Secara visualisasi baik Autodock

Tools maupun PoseView kealiinine A memiliki interaksi dengan asam amino

lebih banyak dibandingkan dengan kealiinine B.

40


3. Naamidine

(a)

(b)

(c)

(d)

Gambar 4.6 (a) Kerangka dasar struktur Naamidine, (b) naamidine F, (c) naamidine C,

(d) naamidine I

Tabel 4.6 Nilai ΔGbind dan Interaksi ligan kelompok Naamidine dengan residu protein

(autodocktools)

Nama

senyawa

Δgbi

nd (kkal

/mol)

Kofak

tor CU+2

Residual Asam Amino

Ionik positif Ionik

negati

f



Naamidine A

-8.7 - his 85

his

244 his

263

- - asn81

ser 282

- - val 283

- gly 281

- pro277

Naamidine C

-8.3 - his 244

his

263

- - asn81

ser 282

- phe 264

val 283

ala 286

gly 281

met 280

pro277

Naami

dine B

-8.2 - his

85

his 244

his

263

- - asn

260

- - phe

264

val

283

ala

286

gly

281

- -

Naamidine H

-8.2 - his 61

arg 268

- asn81

ser 282

- phe 264

val 283

ala 286

- - -

41


his

244 his

263

asn

260

Naami

dine F

-8.1 - his

61 his

85

his 244

his

263

- - asn

81 asn

260

ser

282

- - val

283

ala

286

- - -

Naami

dine D

-7.9 - his

244

his 263

- - asn

260

- - phe

264

val

283

ala

286

- - -

Naami

dine G

-7.9 - his

85 his

244

his 263

- - asn

81 asn

260

- - phe

264

val

283

ala

286

- - -

Naami

dine I

-7.9 CU

400

CU 401

his

85

his 244

his

259

arg

268

- asn

81

asn260

- - phe

264

val

248

- - - -

Naami

dine E

-7.8 - his

61

his 85

his

244

his

263

- - asn

81

asn260

ser

282

- - val

283

ala

286

- - -

Tabel 4.7 Interaksi ligan kelompok Naamidine dengan residu asam amino protein

(PoseView)

Nama

Senyawa

Jumlah

Ikatan

Hidrogen

Asam

Amino

yang

berikatan

Gugus Senyawa

yang Berikatan

(ligan-asam

amino)


hidrofobik

Naamidine

A

4 met280

ser282

asn81

his85

H-O

O-H

O-H

O-H

- phe264,

val283

Naamidine

C

2 met280

ser282

H-O

O-H

- val283,

ser282,

phe264

Naamidine

H

2 gly281

val283

H-O

O-H

- val283,

phe264

Naamidine

B

1 gly281 H-O - phe264,

val283

Naamidine

F

2 ser282

asn260

O-H

H-O

- val283

Naamidine

G

2 ser282

asn81

O-H

O-H

- val283,

phe264,

42


ser282

Naamidine

I

2 his85

glu322

O-H

H-O

- his85,

val283

Naamidine

E

3 ser282

his85

asn260

O-H

H-N

H-O

- val283

Naamidine A memiliki nilai energi bebas gibbs paling tinggi pada

kelompok ini yaitu -8.7 kkal/mol. Secara Visualisasi PoseView, senyawa ini

memiliki ikatan hidrogen paling banyak dibandingkan senyawa lainnya. Pada

senyawa naamidine G substituen R3 yaitu O-CH3, terlihat terjadi penurunan

nilai energi bebas gibbs sebesar -0.8 kkal/mol dibandingkan dengan senyawa

naamine A dimana subtituen R3 yaitu O-H. Substitusi atom hidrogen menjadi

O-H pada R2 terlihat peningkatan nilai energi bebas gibbsnya pada senyawa

naamidine B dibandingkan dengan senyawa naamidine G dimana substituent

R2 yaitu hidrogen. Pada senyawa naamidine H dibandingkan dengan

naamidine A yang substituen R2 dan R3 atom hidrogen disubstitusi menjadi

O-CH3, terlihat terjadi penurunan nilai energi bebas gibbsnya. Naamidine D

dan naamidine G memiliki perbedaan pada substituent R5 dimana pada gugus

imidazolnya atom nitrogen pada naamidine D berikatan dengan atom hidrogen

sedangkan naamidine G berikatan dengan -CH3, namun tidak terjadi

penurunan atau peningkatan energi bebas gibbsnya.

Pada kelompok ini hanya senyawa Naamidine I yang memiliki

interaksi dengan Cu+2

yang merupakan kofaktor dari enzim tirosinase, namun

tidak memiliki perbedaan nilai secara bermakna dibandingkan dengan

senyawa lain. Naamidine E memiliki nilai paling rendah pada kelompok ini,

meskipun secara visualisasi memiliki banyak interaksi dengan residu asam

amino pada enzim.

43


4. Naamine

(a) (b)

Gambar 4.7 (a) Kerangka dasar Struktur Naamine, (b) naamine B

Tabel 4.8 Nilai ΔGbind dan Interaksi ligan kelompok Naamidine dengan residu protein

(autodocktools)

Nama

senyawa

Δgbi

nd (kkal

/mol)

Kofak

tor CU+2

Residual Asam Amino

Ionik positif Ionik

negatif



Naami

ne F

-7.7 CU

401

his

85

his 244

his

263

- - asn

260

- - phe

264

val

283

ala

286

gly

281

met

280

-

Naamine A

-7.1 - His 244

his

263

- - asn260

ser 282

- phe 264

val 283

- gly 281

- -

Naami

ne B

-7.1 CU

400

CU 401

his

263

his 85

- - asn

260

- - phe

264

val

283

ala

286

- - -

Naami

ne C

-7 - his

61

his 263

arg

268

- asn

260

- - phe

264

val

283

- - - pro

284

Naami

ne D

-6.8 CU

401

his

61 his

85

his 259

- - asn

81

- - phe

264

val

283

- gly

281

- -

Naami

ne E

-6.8 - his

61 his

244

his 263

arg

268

- asn

260

ser

282

phe

264

val

283

ala

286

- - -

Naami

ne G

-6.7 - - - glu

322

- - - phe

264

val

283

- - - -

44


Tabel 4.9 Interaksi ligan kelompok Naamine dengan residu asam amino protein

(PoseView)

Nama

Senyawa

Jumlah

Ikatan

Hidrogen

Asam

Amino

yang

berikatan

Gugus Senyawa

yang Berikatan

(ligan-asam

amino)


hidrofobik

Naamine F 2 asn81

gly281

O-H

H-O -

val283,

his85

Naamine A 2 met280

ser282

H-O

O-H -

ser282,

phe264,

val283

Naamine B 1 met280 H-O -

val283,

val248,

phe264

Naamine C 1 asn81 O-H -

his244,

val283,

his85

Naamine D 2 asn81

gly281

O-H

H-O

val283,

his85

Naamine E 1 gly281 H-O - val283

phe264

Naamine G 1 his85 H-O -

val248,

val283,

asn260

Naamine F memiliki nilai paling tinggi pada kelompok ini. Hasil

Visualisasi menunjukkan bahwa senyawa ini memiliki banyak interaksi

dengan asam amino seperti his85, his244, his263, asn260, phe264, val283,

ala286, gly281, dan met280 dan berinteraksi dengan satu kofaktor CU+2.

Senyawa Naamidine A pada gugus aromatis R3 berikatan dengan atom

hidrogen namun ketika disubstitusi atom hidrogen dengan O-CH3 menjadi

senyawa Naamidine F menunjukkan peningkatan nilai ΔGbind.

Naamine D subtituen R2 yaitu O-CH3 dan R4 nya atom hidrogen

terlihat jika terjadi penurunan nilai ΔGbind dibandingkan naamidine A yang

subtituen R2 yaitu O-H dan R4 nya atom hidrogen. Penambahan substituen O-

H pada R1 dan R3, dan –CH3 pada R4 dari senyawa naamine D menjadi

naamine E terlihat tidak terjadinya peningkatan nilai ΔGbind. Naamine C dan

naamine G memiliki perbedaan pada posisi subtituen pada R1 dan R2 dimana

pada Naamine C R1 yaitu O-H dan R2 nya O-CH3, sedangkan naamine G R1

45


O-CH3 dan R2 nya O-H, terdapat perbedaan nilai ΔGbind naamine C lebih

besar dibandingkan naamine G.

Dalam kelompok ini terdapat 3 senyawa yang berinteraksi dengan

Cu+2

namun tidak terlihat perbedaan besar nilai energi bebas gibbs nya dengan

senyawa lainnya yang tidak berinteraksi dengan Cu+2

. Naamidine G nilai

energi bebas paling rendah dan tidak memiliki interaksi dengan asam amino

histidin. Secara visualisasi Autodock Tools naamine G memiliki interaksi

dengan asam amino paling sedikit.

Tabel 4.10 Nilai ΔGbind dan Interaksi kontrol positif dengan residu protein

(autodocktools)

Nama

senyawa

Δgbi

nd (kkal

/mol)

Kofak

tor CU+2

Residual Asam Amino

Ionik positif Ionik

negatif



L-

DOPA

-6.1 - his

85

his 244

his

263

- glu

256

asn

260

ser

282

- phe

264

val

283

ala

286

gly

281

met

280

-

L-

Tyrosi

ne

-5.8 - his

244

his 263

- - - - - - val

283

- - met

280

-

Asam

Kojat

-5.5 CU

400

CU 401

his

61

his 85

his

259 his

263

- - - ser

282

- - - - gly

281

- -

46


Dari keseluruhan kelompok didapatkan bahwa senyawa Naamidine A,

Isonaamine B, Kealiinine A, dan Naamine F memiliki nilai paling baik dari

kelompoknya. Ligan kelompok senyawa naamine memiliki nilai yang paling

rendah sedangkan kelompok naamidine memiliki nilai yang paling baik. Dari

data hasil docking semua kelompok diperoleh nilai ΔGbind senyawa golongan

alkaloid imidazol diantara rentang -6,4 kkal/mol sampai -8,7 kkal/mol.

Senyawa kontrol positif masing-masing menunjukkan nilai ΔGbind L-DOPA

-6,1 kkal/mol, L-Tirosin -5,7 kkal/mol, dan asam kojat -5,5 kkal/mol.

Senyawa golongan alkaloid imidazol menghasilkan nilai ΔGbind yang lebih

baik dibandingkan senyawa pembanding. Hal ini menunjukkan bahwa

senyawa-senyawa golongan alkaloid imidazol dari spons genus Leucetta

memiliki potensi sebagai inhibitor enzim tirosinase.

Asam amino residu ionik memberikan kontribusi terbesar dalam

penentuan nilai ΔGbind, kemudian residu polar, aromatik, hidrofobik, secara

berurutan (Schneider, Baringhaus, & Kubinyi, 2008). Interaksi ionik

merupakan interaksi intermolekular yang memiliki ikatan yang lebih kuat dari

ikatan hidrogen (polar). Dan ikatan hidrogen lebih kuat dari interaksi van der

waals (aromatik dan hidrofobik) (Patrick, 2001).

Secara keseluruhan kelompok dapat disimpulkan ada atau tidaknya

interaksi terhadap kofaktor Cu+2

tidak terlalu berpengaruh secara signifikan

terhadap scoring ΔGbind, dapat dilihat dari ligan yang berikatan dengan

kofaktor 2 Cu+2

tidak memiliki nilai ΔGbind yang berbeda secara signifikan,

hal ini disebabkan karena residu asam amino yang berikatan dengan masing-

masing kofaktor Cu+2

adalah 3 residu histidin sehingga saat ligan telah

berinteraksi dengan residu histidin, dianggap sudah menduduki ruang katalitis

dari enzim. Selain memperhatikan asam amino histidin yang berikatan dengan

Cu+2

, perlu juga untuk memperhatikan asam amino disekitarnya yang

mempengaruhi kekuatan ikatan ligan residu asam amino yang memberikan

kontribusi terhadap scoring dari ΔGbind. Dikatakan bahwa situs aktif dari

enzim tirosinase Agaricus bisporus (2Y9X) meliputi asam amino yaitu

His244, Glu256, Asn260, His279, Met280, Gly281, Ser282, dan Ala286

47


(Ismaya et al, 2011). Meskipun beberapa ligan berinteraksi dengan residu

asam amino lebih banyak pada enzim tirosinase, namun memiliki nilai scoring

ΔGbind yang lebih rendah dibandingkan ligan lainnya, hal ini kemungkinan

disebabkan karena adanya nilai pinalti (ΔGrepulsion) yang lebih besar

sehingga menghasilkan nilai ΔGbind lebih rendah meskipun memiliki

interaksi dengan residu asam amino lebih banyak.

Salah satu gugus aromatis berperan dalam interaksi secara π – π

dengan asam amino aromatik ataupun hidrofobik. Secara Visualisasi

substituen O-H pada gugus aromatis memiliki peran untuk berikatan lebih

baik dibandingkan dengan substituen O-CH3 baik secara ikatan hidrogen

ataupun interaksi hidrofobiknya dengan residu asam amino.

Perbedaan jarak 2 gugus aromatis yang berjarak 2 atom, dimana satu

gugus aromatis berikatan dengan 1 atom karbon dan yang lain dengan 1 atom

nitrogen pada gugus imidazol yaitu kelompok ligan isonaamine, nilai ΔGbind

lebih besar dibandingkan kelompok ligan naamine dengan 2 gugus aromatis

yang berdekatan dengan jarak 1 atom yang masing-masing berikatan dengan

atom karbon pada imidazol. Adanya gugus amida siklik yang berikatan

dengan gugus imidazol terlihat meningkatkan interaksi dengan asam amino

yaitu terbentuknya ikatan hidrogen pada asam amino dengan atom oksigen

pada amida siklik pada beberapa ligan. Selain itu dapat dilihat dengan nilai

ΔGbind pada kelompok ligan naamidine lebih besar dibandingkan dengan

kelompok ligan naamine.


BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Hasil penambatan senyawa-senyawa alkaloid imidazol dari spons genus

Leucetta yaitu, pada enzim tirosinase dengan konformasi terbaiknya

menunjukkan nilai ΔGbind diantara rentang -6,4 kkal/mol sampai -8,7

kkal/mol, dengan senyawa Naamidine A yang memiliki nilai terbaik,

sedangkan L-DOPA dan L-Tirosin sebagai kontrol positif masing-masing

menunjukkan nilai ΔGbind L-DOPA -6,1 kkal/mol, L-Tirosin -5,7 kkal/mol

dan asam kojat -5,5 kkal/mol. Hasil ini menunjukkan bahwa senyawa

golongan alkaloid imidazol dari spons genus Leucetta tersebut memiliki

potensi untuk dijadikan sebagai inhibitor enzim tirosinase

5.2 Saran

1. Dapat dilakukan penelitian lebih lanjut dengan menggunakan perangkat

lunak lain seperti DOCK, GOLD, FRED, PLANT, LigandScout, MOE,

Hyperchem, dan lain – lain untuk mengetahui perbandingan hasil antara

perangkat lunak tersebut.

2. Hasil penelitian ini menunjukan nilai afinitas dari senyawa-senyawa ligan

terhadap reseptor yang merupakan ramalan aktivitas biologis dari

senyawa ini memalui penambatan molekular. Sehingga perlu dilakukan

uji in vitro dan in vivo untuk mengetahui aktivitas senyawa-senyawa

tersebut.


DAFTAR PUSTAKA

Accelrys Enterprise Platform. 2005. Introduction to the Discovery Studio

Visualizer. San Diego, California, U.S.A: Accelrys Software Inc.

Asadzadeh, Azizeh., Fashsihi, Afshin., Paricherehyaghmaei, and Pourfarzam,

Morteza. 2015. Docking Studies of Some Novel Kojic Acid Derivates as

Possible Tyrosinase Inhibitors. Biomedical & Pharmacological Journal:

Vol. 8, page 535-545.

Barel, André O et al. 2001. Handbook of Cosmetic Science and Technology. New

York: Marcel Dekker, Inc.

Barel, André O et al. 2009. Handbook of Cosmetic Science and Technology Third

Edition. New York: Informa Healthcare USA, Inc.

Blunt, John W., Copp, Brent R., Keyzers, Robert A., Munroa, Murray H. G. and

Prinsepd, Mich`ele R. 2014. Marine Natural Products. The Royal Society

of Chemistry: Nat. Prod. Rep., 2014, 31, 160–258.

Chang, Te-Sheng. 2012. Natural Melanogenesis Inhibitors Acting Through the

Down-Regulation of Tyrosinase Activity. Materials 2012, 5, pages 1661-

1685, ISSN 1996-1944.

Cheung, Florence W. K., Guo, Jia., Ling, Yick-Hin., Che, Chun-Tao., & Wing-

Keung Liu. 2012. Anti-Melanogenic Property of Geoditin A in Murine B16

Melanoma Cells. Marine Drugs 2012, 10, page 465-476.

DBM, Virupakshaiah et al. In Silico Designing of Methicillin Antibiotic Analog

for The Treatment of Staphylococcus aureus. Journal of Advanced

Bioinformatics Applications and Research ISSN 0976-2604.Online ISSN

2278–6007 Vol 5, Issue1, 2014, pp33-36.

DeLano, W. L., & Bromberg, S. 2004. PyMOL User's Guide. San Carlos,

California, U.S.A: DeLano Scientific LLC.

Dewick, Paul M. 2002. Medicinal Natural Products: A Biosynthetic Approach,

second edition. England: John Wiley & Sons, LTD.

Dhabarde et al. 2013. Marine Cosmeceuticals. Universal Journal of Pharmacy

2013, 02 page 20-22.

50


Gendreau, Isabelle., Angers, Laetitia., Jean, Jessica., and Pouliot, Roxane. 2013.

Pigmented Skin Models: Understand the Mechanisms of Melanocytes.

INTECH. http://dx.doi.org/10.5772/55565.

Google books. Access on 2016, Juli 27. Marine Cosmeceuticals: Trends and

Prospects.

https://books.google.co.id/books?id=kyrOBQAAQBAJ&pg=PA65&lpg=P

A65&dq=marine+sponge+cosmetics&source=bl&ots=xijDHWgRjb&sig=

DuTE2zRUPimrRxKiDhGfStrliMc&hl=id&sa=X&ved=0ahUKEwiTr7mr

95LOAhUiKsAKHfJpADQQ6AEIPzAD#v=onepage&q=marine%20spon

ge%20cosmetics&f=false.

Hames, D., & Hooper, N. 2005. Biochemistry 3rd

edition. Leeds, UK: Taylor &

Francis Group.

Hassan W, Edrada RA, Ebel R, Wray R, Berg A. 2004. New Imidazole Alkaloids

from the Indonesian Sponge Leucetta chagosensis. J Nat Prod 67: 817-822

Hassan W, Al-Taweel AM, Proksch P. 2009. Two new imidazole alkaloids from

Leucetta chagosensis sponge. Saudi Pharmaceutical Journal 17: 295-298.

Ismaya, Wangsa T., Rozeboom, Henriette J., Weijn, Amrah., Mes, Jurriaan J.,

Fusetti, Fabrizia., Wichers, Harry J., And Dijkstra, Bauke W. 2011.

Crystal Structure of Agarics Bisporus Mushroom Tyrosinase: Identity Of

Tetramer Subunits and Interaction with Tropolone. American Chemical

Society: Biochemistry 2011, vol. 50, page 5477-5486.

Ismet, Meutia Samira., Soedharma, Dedi., & Effendi Hefni. 2011. Morfologi Dan

Biomassa Sel Spons Aaptos Aaptos dan Petrosia sp. Jurnal Ilmu dan

Teknologi Kelautan Tropis, Vol. 3, No. 2, Hal. 153-161.

Kar, Ashutosh. 2007. Pharmacognosy and Pharmacobiotechnology Second

Edition. New Delhi: New Age International Ltd.

Kaur, Rajbir & Arora, Saroj. 2015. Alkaloids-important therapeutic secondary

metabolites of plant origin. Journal of critical reviews vol. 2, issue 3,

pages 1-8.

http://dx.doi.org/10.5772/55565

https://books.google.co.id/books?id=kyrOBQAAQBAJ&pg=PA65&lpg=PA65&dq=marine+sponge+cosmetics&source=bl&ots=xijDHWgRjb&sig=DuTE2zRUPimrRxKiDhGfStrliMc&hl=id&sa=X&ved=0ahUKEwiTr7mr95LOAhUiKsAKHfJpADQQ6AEIPzAD#v=onepage&q=marine%20sponge%20cosmetics&f=false





51


Koopmans, Marieke., Martens, Dirk., and Wijffels, Rene H. 2009. Towards

Commercial Production of Sponge Medicines. Marine Drugs ISSN 1660-

3397.

Lima, Carlyle Ribeiro et al. 2014. Combined Kinetic Studies and Computational

Analysis on Kojic Acid Analogs as Tyrosinase Inhibitors. Molecules, 19,

page 9591-9605; doi:10.3390/molecules19079591

Lipinski, Christopher A., Lombardo, Franco., Dominy, Beryl W., and Feeney,

Paul J. 2001. Experimental and Computational Approaches to Estimate

Solubility and Permeability in Drug Discovery and Development Settings.

Elsevier: Advanced Drug Delivery Reviews 46, page 3-26.

Mukesh, B., & Rakesh, K. 2011. Molecular Docking : A Review. IJRAP.

Murray, Robert K et al. 2009. Biokimia Harper edisi 27. Jakarta: Buku

Kedokteran EGC.

Mustarichie, Resmi., Levita, Jutti., & Febriani, Dini. 2013. In-Silico Study of

Curcumin, Demethoxycurcumin and Xanthorrizol as Skin Whitening

Agents. Indonesia: World Journal Pharmacy Science 2013; 1(3): 72-80

Atom and Cell Publishers.

Nelson, David L., Cox, Micheal M. 2005. Lehninger: Principles of biochemistry

fourth edition. New York.

O’Boyle, N. M., Banck, M., James, C. A., Morley, C., Vandermeersch, T., &

Hutchison, G. R. 2011. Open Babel: An open chemical toolbox. Journal of

Cheminformatics.

Putra, Masteria Yunovilsa and Jaswir, Irwandi. 2014. The Alkaloids from

Indonesian Marine Sponges. Oceanography: Volume 2. Issue 2

Patrick, G. 2001. Instant Notes in Medicinal Chemistry. Oxford: BIOS Scientific

Publisher.

RCSB. 2016, Februari 22. About the PDB Archive and the RCSB PDB. Retrieved

from Protein Data Bank:

http://www.rcsb.org/pdb/static.do?p=general_information/about_pdb/inde

x.html.

http://www.rcsb.org/pdb/static.do?p=general_information/about_pdb/index.html

http://www.rcsb.org/pdb/static.do?p=general_information/about_pdb/index.html

52


Pubmed. 2016, Juli 27. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/1384855.

Reiger, Martin M. 2000 Harry’s Cosmeticology eight edition. Boston. Chemical

Publishing Co. Inc.

Sawant, Ramesh L., Lanke, Prashant D., and Wadekar, Jyoti B. 2013. Tyrosinase

Inhibitory Activity, 3D QSAR, and Molecular Docking Study of 2,5-

Disubstituted-1,3,4-Oxadiazoles. Hindawi Publishing Corporation: Journal

of Chemistry Volume 2013, http://dx.doi.org/10.1155/2013/849782.

Slominski, Andrzej., Tobin, Desmond J., Shibahara, Shigeki., & Wortsman,

Jacobo. 2004. Melanin Pigmentation in Mammalian Skin and Its

Hormonal Regulation. American Physiological Society.

Siswandono, 2008. Kimia Medisinal edisi 2 cetakan 2 jilid 1. Surabaya: Airlangga

University Press.

Stierand, Katrin and Gastreich, Marcus. 2011. PoseView: 2D Sketches of Protein-

Ligand Complexes User Reference. BioSolveIT GmbH, St. Augustin,

Germany.

Stierand, Katrin and Rarey, Matthias. 2010. Drawing the PDB: Protein-Ligand

Complexes in Two Dimensions. American Chemical Society Medicinal

Chemistry Letters,Vol. 1, No. 9, pp. 540-545.

Sullivan, J.D., Giles, R.L., & Looper, R.E. 2009. 2-Aminoimidazoles from

Leucetta Sponges: Synthesis and Biology of an Important Pharmacophore.

Utah: Bentham Science Publishers Ltd.

Swatschek, Dieter., Schatton, Wolfgang., Kellermann, Josef., Mu¨ller, Werner

E.G., & Kreuter, Jo¨rg. 2002. Marine sponge collagen: isolation,

characterization and effects on the skin parameters surface-pH, moisture

and sebum. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 53 page

107–113.

Trott, O., & Olson, A. J. 2010. Autodock Vina: Improving the speed and accuracy

of docking with a new scoring function, efficient optimization and

multithreading. National Institute of Health.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/1384855

http://dx.doi.org/10.1155/2013/849782

53


Willenz, philippe et al. 2015. Intergrative Taxonomy of Calcareous Sponge

(subclass Calcenia) from the Peruvian coast: Morphology, Molecules, and

Biogeography. Zoological journal of the Linnean Society.

Woolley, Jack G. 2001. Encyclopedia of life sciences: Plant Alkaloids. Leicester,

UK: Nature Publishing Group.

Yanuar, Arry. 2012. Penambatan molekular: Praktek dan Aplikasi Virtual

Screening. Depok: Fakultas Farmasi UI.

LAMPIRAN

54


Lampiran 1. Alur penelitian

Penyiapan struktur

enzim tirosinase

dari Protein Data

Bank

(http://www.rcsb.o

rg/pdb/).

Penyiapan struktur asam

kojat dan asam askorbat,

dengan mengunduh

struktur dari PubChem

(http://PubChem.ncbi.nlm

.nih.gov)

Penyiapan struktur

ligan imidazol

alkaloid dari spons

Leucetta, dibuat

menggunakan

MarvinSketch

File struktur enzim

tirosinase: 3NQ1.pdb File struktur ligan.sdf

Pemisahan dari pelarut

dan ligan atau residu non

standar dengan Discovery

Studio 4.0 Visualizer.

Pengkonversian

format dengan

Open Babel

Output file struktur enzim

tirosinase 3NQ1.pdb Output file ligan.pdb

Pengoptimasian dengan

Autodock Tools yang meliputi :

penambahan atom hidrogen dan

pengaturan grid box parameter.

Pengoptimasian dengan

Autodock Tools, yaitu

pengaturan number of active

torsion

Output file 3NQ1.pdbqt Output file ligan.pdbqt

Penambatan Molekul dengan Autodock Vina

Analisis dan Visualisasi Penambatan Molekul dengan program AutoDock

Tools dan PoseView

Output:

1. Pose : Posisi & Orientasi ligan terhadap asam amino dan protein

2. ΔGbind

55


Lampiran 2. Prosedur Kerja Molecular Docking dengan Autodock Vina

2.1.Penyiapan Protein

2.1.1. Pengunduhan makromolekul Enzim Tirosinase dari Bank Data Protein

dengan situs http://www.rcsb.org/pdb/. Identitas molekul tersebut yaitu

2Y9X. Data makromolekul diunduh dalam format .pdb.

2.1.2. Pemisahan makromolekul protein dari pelarut dan ligan atau residu non

standar dengan discovery studio. Disimpan dalam format .pdb

Pilih ‘Scripts Selection Select water molecule’ kemudian delete.

56


Pilih ‘Scripts Selection Select ligands’ kemudian delete.

2.1.3. Pengoptimasian dengan Autodock Tools. Optimasi tersebut meliputi :

a) Penambahan atom hidrogen

Pilih ‘ Read Molecule’, pilih makromolekul yang akan digunakan.

57


Pilih ‘Edit Hydrogens add’

Diatur sesuai konfigurasi diatas, kemudian klik ‘Ok’

58


b) Pengaturan grid box parameter.

Pilih ‘Grid Macromolecule Choose

2PRG Select Molecule’

59


Save as ‘2PRG.pdbqt’

Pilih grid grid box

60


Diatur parameter grid box sesuai pada gambar, kemudian pilih ‘File close

saving current’.

2.2. Pembuatan dan perolehan ligan

2.2.1. Pembuatan ligan uji

Pembuatan stuktur

61


Pilih ‘StructureClean 3D Cleansing Method fine with Hydrogenize’

Pilih ‘Structure Clean 3D Clean in 3D’

62


Save as ‘ligan.mol2’

2.2.2. Ligan pembanding

a) Pengunduhan struktur ligan dari situs

http://PubChem.ncbi.nlm.nih.gov dengan format .sdf. dipilih

struktur 3D.

63


b) Format ligan-ligan tersebut dirubah menjadi .pdb dengan

menggunakan Open Babel.

Pada ‘input format’ pilih ‘…’ kemudian dipilih ligan yang akan digunakan

Pada ‘output format’, pilih ‘…’ kemudian pilih destinasi tempat menyimpan.

Pastikan format dalam bentuk .pdb.

Klik ‘Convert’

2.2.3. Pengoptimasian ligan

Struktur ligan yang telah dibuat dioptimasi dengan Autodock Tools.

Pilih ‘Ligand Input Open pilih ligan yang akan dipakai Open’

64


Akan muncul peringatan seperti pada gambar, klik ‘Ok’

Pilih ‘Ligand Output Save as PDBQT Save’

65


2.3.Penambatan Molekul dengan Autodock Vina

1. Ligan dan protein yang telah tersimpan dalam format .pdbqt dicopy ke

dalam folder Vina.

File – file yang harus ada di folder vina : 2PRG.pdbqt; conf.txt; ligan.pdbqt;

vina.exe; vina_licence.rtf; vina_split.exe

2. Kemudian config file vina diketik pada notepad, disimpan dengan nama

conf.

Config file disesuaikan dengan pengaturan grid box sebelumnya.

66


3. Vina dijalankan melalui Command prompt.

Ketik perintah ‘F: (Enter) cd vina (Enter) vina --config conf.txt --log

log.txt’ tekan ‘Enter’

2.4.Analisis dan visualisasi

1. Hasil kalkulasi docking dilihat pada output dalam format notepad.

File yang berada dalam folder vina setelah proses docking, muncul 2 folder baru :

log.txt dan out.pdbqt

67


File ‘log.txt’ bila dibuka dengan notepad

2. Kemudian dilihat posisi dan orientasi ligan tesebut pada

makromolekul, serta asam – asam amino yang terikat pada ligan

dengan perangkat lunak autodocktools dan poseView

a) Melihat interaksi ligan menggunakan autodocktools

Pilih ‘Analyze Docking Open Autodock vina result’, kemudian pilih

‘out.pdbqt’ dalam folder vina, klik ‘open single molecule with multiple

conformation Ok’

68


Pilih ‘Analyze Macromolecule Open’, kemudian pilih ‘2PRG.pdbqt’ dalam

folder vina, klik ‘Open’

Pilih ‘Analyze Docking Show interactions’

69


Atur tampilan sesuai keinginan, klik ‘save image’

b) Melihat interaksi ligan menggunakan PoseView

Output file ligan hasil docking diubah menjadi bentuk .mol2 dan

makromolekul protein diubah menjadi dalam bentuk .pdb.

Pada ‘input format’ pilih ‘…’ kemudian dipilih ligan yang akan digunakan

Pada ‘output format’, pilih ‘…’ kemudian pilih destinasi tempat menyimpan.

Klik ‘Convert’

70


Pilih ‘File open files Ligand and Protein File’

Interaksi Ligan dan Makromolekul Protein

71


Lampiran 3. Data hasil docking Autodock Vina dan Visualisasinya

1. L-DOPA

PoseView Autodock Tools Nilai RMSD

2. L-Tyrosine


3. Asam Kojat


72


4. Naamidine A


5. Naamidine C


6. Isonaamine B


73


7. Naamidine B


8. Naamidine H


9. Naamidine F


74


10. Isonaamine A


11. Naamidine D


-------------------------------

12. Naamidine G


75


13. Naamidine I


14. Naamidine E


15. Naamine F


76


16. Isonaamine C


17. Kealiinine A


18. Kealiinine B


77


19. Naamine A


20. Naamine B


21. Naamine C


----------------

78


22. Naamine D


23. Naamine E


24. Naamine G


79


25. Kealiinine C


Garis putus-putus hitam

ligan ke protein:

menunjukkan ikatan

hidrogen dan interaksi

logam

Residu hijau asam amino:

menunjukkan interaksi

hidrofobik terhadap ligan

Segment berbentuk

kurva(spline) yang

menunjukkan area kontak

hidrofobik dari ligan

Garis putus-putus hijau

menunjukkan interaksi

phi dan phi atau phi dan

kation

Documents

UIN SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA PENAPISAN VIRTUAL …repository.uinjkt.ac.id/dspace/bitstream/123456789/37364/1/MUHAMMAD... · PENAPISAN VIRTUAL ALKALOID IMIDAZOL DARI SPONS GENUS