Pembahasan Kimed [PDF]

Citation preview

Penambatan molekuler atau molecular docking adalah prosedur komputasional yang digunakan untuk memprediksikan ikatan nonkovalen makromolekul, lebih sering, sebuah molekul besar (reseptor) 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). Dalam proses docking harus mempersiapkan terlebih dahulu reseptor dan ligan yang akan di dockingkan. Pemlihan reseptor dari website www.rscb.org . Kualitas struktur protein dikatakan baik jika residu pada disallow region (daerah yang tidak diinginkan) lebih kecil dari 15% dan residu asam amino yang berada pada most favored region (daerah yang disukai) lebih besar dari 50%. (Amelia,2015) Proses docking menggunakan program AutoDock. Reseptor yang digunakan adalah 1UNH. Pada proses validasi ini nilai yang dilihat adalah nilai Root Mean Square Deviation (RMSD). Reseptor 1UNH memiliki nilai RMSD ≥ 2 Å . berarti reseptor 1KZN tidak memenuhi syarat, sehingga reseptor 1UNH dianalisis kualitas stereokimianya (Ramachandran Plot). Hasil analisis menggunakan Ramachandran Plot diperoleh nilai disallowed region berada dibawah 0,8% yaitu 0,3%. Pada analisis reseptor juga dilakukan dengan melihat nilai most favored region (daerah yang disukai) dimana kualitas yang baik memiliki persentase most favored region lebih besar dari 50%. Hasil menunjukan persentase most favored region sebesar 87,2%. Ligan Kalkon 1,3-difenil-2-propen-1-on yang digunakan pada proses docking dioptimasi geometri dan pH nya disesuaikan dengan pH yang ada dalam darah yaitu 7,4. Kemudian dilakukan comformation search untuk mendapatkan struktur yang paling sesuai dan cocok dengan reseptor atau protein target. Prediksi ADME ini dilakukan untuk memprediksi sifat farmakokinetik yaitu absorpsi, distribusi, metabolisme, dan eliminasi didalam tubuh secara in silico. Parameter yang digunakan diantaranya Caco-2 digunakan untuk menentukan nilai permeabilitas senyawa, paremeter HIA (Human intestinal Absorption) untuk mempredisksikan proses penyerapan obat didalam usus manusia, dan parameter Protein Plasma Binding untuk mengetahui nilai dalam persen suatu obat yang terikat dengan protein plasma. Table 1. Hasil Prediksi Adsorpsi, Distribusi dan Toksisitas No 1. 2 3 4 5 6



Molecule Name Senyawa Induk Senyawa turunan 4a Senyawa turunan 4b Senyawa turunan 4c Senyawa turunan 4d Senyawa turunan 4e



pharmacecicnetics Prediction Caco2 HIA PPB 56.5886 25.0908 25.5414 53.8631 51.9737 42.2596



97.749380 97.684508 97.736336 97.897407 98.299576 97.956304



85.959474 74.803509 77.250652 86.740747 91.997063 86.394658



Toxicity Prediction Amnes Test Carsino Carsino Mouse Rat mutagen negative negative mutagen negative negative non-mutagen negative negative mutagen negative negative mutagen negative negative non-mutagen negative negative



7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32



Senyawa turunan 4f Senyawa turunan 4g Senyawa turunan 4h Senyawa turunan 4j Senyawa turunan 4l Senyawa turunan 4m Senyawa turunan 4n Senyawa turunan 4o Senyawa turunan 4p Senyawa turunan 4q Senyawa turunan 5a Senyawa turunan 5b Senyawa turunan 5c Senyawa turunan 5d Senyawa turunan 5e Senyawa turunan 5f Senyawa turunan 5g Senyawa turunan 5h Senyawa turunan 5i Senyawa turunan 5k Senyawa turunan 5p Senyawa turunan 5q Senyawa turunan 5r Senyawa turunan 5s Senyawa turunan 5t Senyawa turunan 5u



54.7337 53.5944 54.156 51.0982 48.2134 56.9577 53.5493 53.8403 53.8417 53.8417 26.5035 26.9856 55.1314 54.7466 53.6022 44.9305 55.4553 54.6388 54.9849 52.522 54.7909 54.8102 54.8102 54.7466 52.9502 37.9916



97.994214 97.492500 97.556403 97.986349 98.132588 98.170223 97.560928 97.893377 97.944560 97.944560 97.842024 97.894316 98.087817 98.045676 98.385247 98.098195 98.131406 97.599093 97.761977 98.147517 98.042037 98.087817 98.087817 98.045676 98.239772 98.084.566



88.562687 61.361617 80.260854 88.928738 88.930223* 88.692890 72.428470 87.165865 87.922968 87.922968 80.411982 82.101058 88.275053 87.691883 88.057835 87.670405 89.111164 69.786172 84.299258 78.310381 91.557624 88.661378 88.661378 87.691883 86.199830 88.066791*



mutagen mutagen mutagen non-mutagen mutagen mutagen mutagen mutagen non-mutagen non-mutagen mutagen mutagen mutagen mutagen mutagen mutagen mutagen mutagen non-mutagen mutagen non-mutagen mutagen mutagen mutagen mutagen non-mutagen



negative negative negative negative negative negative negative negative negative negative positive positive negative positive positive positive negative positive positive negative positive positive positive positive positive positive



negative negative negative negative positive positive positive negative negative negative negative negative negative negative negative negative negative negative negative negative negative negative negative negative negative negative



Tabel 1 menunjukan bahwa turunan 4d dan 5e senyawa turunan Kalkon 1,3-difenil-2-propen-1on memenuhi syarat dimana Caco-2 4-70 nm/sec, HIA 70-100 %, Protein Plasma Binding 90 %. Uji toksisitas pada senyawa kalkon 1,3-difenil-2-propen-1-on Turunan ke 9 menggunakan parameter PreAdmet dengan opsi pada Toxicity. Uji ini dilakukan karena untuk memprediksi tingkat toksisitas dari senyawa tersebut bagi tubuh manusia. Carsino Mouse (CM), Carsino Rat (CR), dan Amnes Tes merupakan parameter yang digunakan pada uji toksisitas ini. Validasi metode dilakukan untuk melihat apakah metode yang digunakan dapat dikatakan valid atau tidak. Validasi ini dilakukan dengan keadaan tanpa air pada reseptor, karena adanya air pada reseptor dapat memengaruhi interaksi ikatan ligan atau obat dan reseptor, validasi dilakukan agar metode yang dipakai untuk men-docking senyawa hasil sintesis dapat dipercaya sebagai referensi dalam docking. Adapun parameter yang digunakan dalam proses validasi metode docking ini adalah berupa nilai Root Mean Square Deviation (RMSD). Pada proses validasi ini nilai yang dilihat adalah nilai Root Mean Square Deviation (RMSD). Root Mean Square Deviation (RMSD) merupakan parameter yang digunakan untuk mengevaluasi kemiripan dua buah struktur. Kemudian kemiripan dari dua buah struktur tersebut diukur berdasarkan perbedaan jarak atom sejenis tersebut. Semakin kecil nilai RMSD menunjukkan bahwa posisi ligan yang diperkirakan semakin baik karena semakin mendekati konformasi asal (Dany et al., 2013). Program validasi dilakukan dengan cara membandingkan struktur native ligand dengan struktur hasil redocking. Analisis data perbandingan nilai dinyatakan dengan RMSD (Rate Mean Square



Deviation). Metode docking dikatakan baik jika nilai RMSDnya lebih kecil atau sama dengan 2 Å. Jika nilai RMSD yang diperoleh lebih besar dari 2 Å, metode yang digunakan tidak dapat dipercaya. Pada reseptor



1UNH memiliki nilai RMSD ≤ 2 Å yaitu 0,48 Å dan energy sebanyak -8,77 kcal/mol yang menandakan bahwa secara teori, ligan dan protein yang divalidasi telah memenuhi kriteria valid. Berdasarkan hasil docking antara senyawa dengan reseptor diperoleh nilai sebagai berikut : Tabel 2. Hasil docking senyawa turunan kalkon 1,3-difenil-2-propen-1-on



Ligan Alami



Senyawa



Run



FEB (kcal/m ol)



H N



24



-8.77



O



KI (µm)



370.2 4



vdW + Hbond + desolv Energy (kcal/m ol) -8.93



Electros tatic Energy (kcal/m ol) -0.14



Final Total Internal Energy (kcal/m ol) +0.17



Torsion al Free Energy (kcal/m ol)



Unbound System's Energy (kcal/mol)



+0.30



+0.17



NH N HO



Ligan 1



O



N



98



6.81



10.18



-9.59



+0.40



- 1.84



2.39



-1.84



49



-7.22



5.08



-10.09



+ 0.18



2.00



+2.68



2.00



71



-7.95



1.48



-10.09



+0.05



-1.40



+2.09



-1.40



88



-7.96



1.47



-10.49



+0.14



-1.91



+2.39



-1.91



+



N N N N



O



Cl O



Ligan 2



O



N



N N N N



O



Cl



O



Ligan 3



O



N



N N N N



O



CH3



O



Ligan 4



O



N



N N N N



O



O



Ligan 5



O



N



85



-7.93



1.55



-10.72



+0.40



-2.21



+2.39



-2.21



95



-7.55



2.90



-10.66



+0.12



-1.70



+2.98



-1.70



89



-8.22



941.8 2



-11.39



-0.11



-2.38



+3.28



-2.38



47



-7.34



4.18



-10.39



+0.37



-2.64



+2.68



-2.64



29



-8.29



844.9



-11.07



-0.20



-3.08



+2.98



-3.08



N O



N N N



O



Ligan 6



O



N



N N



N O



N Cl O



Ligan 7



O



N



N N N O



N



Cl



O



Ligan 8



O



N



N N N O



N



NC



Ligan



9 Ligan 10



O



N



74



-7.42



32



-8.74



32



0 3.62



-10.73



+0.32



-2.93



+2.98



-2.03



390.4 6



-11.31



+0.18



-2.42



+2.39



-2.42



-8.88



309.4 5



-12.40



-0.06



-3.24



+3.58



-3.24



74



-8.70



416.0 9



-11.52



-0.17



-2.37



+2.98



-2.37



42



-9.00



254.0 9



-11.83



-0.15



-2.73



+2.98



-2.73



33



-8.60



494.8 9



-11.37



-0.21



-1.94



+2.98



-1.94



N N N N



O



N



Ligan 11



O



N



N O



N N



Cl N



O



Cl



Ligan 12



O



N



N N



O N O



Ligan 13



N



O



N



N O



N N O



Ligan 14



N



O



N



N N



O N Cl O



N



Cl



Ligan 15



O



N



N N



O



N O



N H C O



H



H



Dilihat dari Tabel 2, semakin rendah (negative) nilai binding affinity (energi bebas(ΔG)) menunjukkan semakin stabilnya ikatan antar ligan dengan protein target, pada tabel dari sepuluh ligan uji dihasilkan nilai binding affinity paling stabil yaitu ligan uji 14 dengan nilai – 9.00. Sedangkan, semakin rendah nilai konstanta inhibisi (Ki) maka penghambatan yang ditunjukkan oleh ligan terhadap aktivitas protein semakin efektif. Dapat dilihat hasil konstanta inhibisi pada tabel 2, yang paling efektif adalah ligan uji 4 dengan nilai 1,47. Pada Van der waals dan electrostatic energy, sumbangan energi menguntungkan bagi inetraksi antara ligan dan reseptor, jadi semakin besar nilai energi elektrostatik dan Van der waals semakin bagus interaksi ligannya, tetapi pada Hbond desolven energy tidak menguntungkan bagi interaksi ligan. Pada tabel 2 dapat dilihat bahwa nilai Van der waals paling bagus interaksi ligannya pada ligan uji 12 dengan nilai – 12.40 sedangkan pada energi elektrostatik yang paling bagus interaksi ligannya adalah ligan uji 81 dan ligan uji 5 yaitu +0.40. Visualisasi hasil docking dilakuan untuk mengetahui interaksi antara senyawa dengan residu asam amino dari reseptor 1UNH. Adapun interaksi senyawa dapat dilihat pada Tabel 3. Berdasarkan data hasil visualisasi, semakin banyak ikatan ligan dengan asam amino reseptor maka semakin dekat jarak antara ikatan, maka ikatan yang dihasilkan akan semakin stabil (kuat) dan baik. Adanya ikatan hidrogen dapat mempengaruhi sifat fisika kimia obat sehingga berperan penting terhadap aktivitas biologis obat.



Table 3. Hasil Visualisasi Interaksi Ligand pada Reseptor 1UNH



KESIMPULAN Hasil docking dari isolasi senyawa kalkon terhadap reseptor 1UNH memenuhi syarat dari aturan Lipinski’s rule of five, memperoleh nilai Caco-2, HIA dan PBB. Hasil docking dari isolasi senyawa empetrifranzinan terhadap resepto 1UNH, senyawa yang lebih baik yaitu ligan uji 14 atau turunan 5p dengan nilai binding affinity -9.00 , Konstanta inhibisi 254.09, Vds + Hbond + desolv energy - 11.83, Elestrotatic energy -0.15, dan torsional free energy +2.98. Dilihat dari data ADME dan toksisitas senyawa yang paling baik pun sama yaitu ligan uji 14 dengan nilai Caco2 54.7909, HIA 98.042037, dan PPB 91.557624, ligan uji 14 ini non mutagen dan tidak bersifat karsinogenik sehingga senyawa ini baik digunaka untuk Antiinflamasi. Dari data yang diperoleh ligan yang tidak baik



DAFTAR PUSTAKA Soenarto. 2014. Inflamasi. Dalam: Setiati, Seti. Ilmu Penyakit Dalam. Edisi 6. InternaPublishing. Jakarta. Amelia, F. 2015. Modeling Struktur Protein Vaksin H5N1 HA BTB Menggunakan I-Tasser. Fakultas Matematika dan IPA Universitas Negeri Padang Kamble, V.M., Hatnapure, G.D., Keche, A.P., Biradjar, S., Patil, S.G., Tale, R.H., Rodge, A.H., Turkar, S.S. dan Gour, K. 2011. Synthesis and Biological Evaluation of a Novel Series of Methoxylatedchalcone As Antioxidant and Anti-microbial Agents. Journal of Chemical and Pharmaceutical Research. 3(6): 639-648. Tabassumaj, K., Anjaria, J. K, Dedhia, V dan Gohel, A. K. (2015). Bioactivity Guided Fractination and Antiinflammatory activity of Acacia Nilotica Pods. International Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences Vol 7. Jayapal, M.R., K.S Prasad, N.Y Sreedhar. 2010. Synthesis And Characterization Of 2,5-Dihydroxy Substituted Chalcones Using SOCl2/EtOH. International Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences 1(4): 361-366. Ahmed, R.M., Sastry, G.V., Bano, N., Ravichandra, S., dan Raghavendra, M. 2011. Synthesis and Cytotoxic, Antioxidant Activities of New Chalcone Derivatives. Rasayan Journal Chem. 4(2): 289-294. Choudhary, A.N., V.Juyal. Synthesis of chalcone and their derivates as antimicrobial agents. 2011. International Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences 3(3): 125-128. Motiejunas, D., & Wade, R. (2006). Structural Energetics, and Dynamic Aspects of Ligan—eceptor Interactions in J. B. Taylor & D. J. Ruswanto, 2015. Molecular Docking Empat Turunan Isonicotinohydrazide pada Myobacterium Tuberculosis Enoyl-Acyl Carrier Protein Reductase (InhA). Jurnal Kesehatan Bakti Tunas Husada 13(1). Ruswanto, Mardhiaha, Mardianingrum, R., and Novitriani, K., 2015. Sintesis dan Studi In Silico Senyawa 3-Nitro-N'-[(Pyridin-4-Yl) Carbonyl] Benzohydrazide sebagai Kandidat Antituberkulosis, Chimica et Natura Acta 3(2), 54-61. Trott O, dan Olson AJ. Improving the Speed and Accuracy of Docking with a New Scoring Function, Effi cient Optimization, and Multithreading. Journal of Computational Chemistry. 2009. ol. 31, No. 2 Yanuar, A. 2012. Penambatan Molekular: Praktek dan Aplikasi Virtual Screening. Depok: Fakultas Farmasi UI Dany. P., Lattimer. J. M., Prakash. M., Steiner. A.W., 2013, Stellar Superfluids, Inspire, INT-PUB-009 RUSWANTO RUSWANTO1*, NUR RAHAYUNINGSIH1 , NUR LAELI DWI HIDAYATI1 , GINNA SRI NURYANI1 , RICHA MARDIANINGRUM2. Uji In Vitro dan Studi In Silico Senyawa Turunan N’Benzoylisonicotinohydrazide sebagai Kandidat Antituberkulosis. JURNAL ILMU KEFARMASIAN INDONESIA.2019. hlm. 218-226