DOCKING MOLECULAR ANTI ATEROSKLEROSIS ANDROGRAFOLID DARI SAMBILOTO (ANDROGRAPHIS PANICULATA (BURM.F) NESS) SECARA IN SILICO
SKRIPSI
PUTU EKA AYU SUNARIYANI 1108505046
JURUSAN FARMASI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA 2015
Lembar Pengesahan D O CKING
MOLE CITLA.N ANTI ATEROSKLEROSIS
ANDROGRAFOLID DARI SAMBILOTO (AND RO G RA PHI S PANI CULATA (BURM.tr') NESS)
SECARA IN SILrcO SKRIPSI skripsi ini diaiukansebagai syarat untuk mcmperoleh gelar sarjana farmasi (S. Farm) di Jurusan Farmasi Fakultas Matematika dan Ilmu rerg"6uoa, Atam universitas udayana
Oleh PUTU EKA AYU SUNARIYAM 1108505046
Menyetujui: Pembimbing
NIP. 1 98302 ,320A6A 420A2
II
NrP. 198509012008122003
Jurusan Farmasi
IImu Pengetahuan Alam
F[rP. I 9680 420199 402fi01 ll
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, Ida Sang Hyang Widhi Wasa, karena berkat rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan Skripsi yang berjudul “DOCKING MOLECULAR ANTI ATEROSKLEROSIS ANDROGRAFOLID
DARI
SAMBILOTO
(ANDROGRAPHIS
PANICULATA (BURM. F) NESS) SECARA IN SILICO”. Skripsi ini diajukan sebagai syarat untuk memperoleh gelar sarjana farmasi (S. Farm) di Jurusan Farmasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana. Penulisan Skripsi ini tentunya tidak terlepas dari dukungan dan bantuan berbagai pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih kepada: 1.
Tuhan Yang Maha Esa atas segala kekuatan yang diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan Skripsi ini.
2.
Ir. A. A. Gde Raka Dalem, M.Sc (Hons), selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana.
3.
Dr. rer. nat. I Made Agus Gelgel Wirasuta, M.Si., Apt., selaku Ketua Jurusan Farmasi Fakultas MIPA Universitas Udayana.
4.
Ni Made Pitri Susanti, S. Farm., M. Si., Apt., selaku dosen pembimbing I yang telah membantu dalam membimbing serta tak hentinya memberikan semangat dan dukungan hingga akhir penyusunan Skripsi ini.
5. Ni Putu Linda Laksmiani, S. Farm., MSc., Apt., selaku dosen pembimbing II yang juga telah membimbing demi kelancaran penyusunan Skripsi ini.
iii
6.
Seluruh dosen pengajar beserta staf/pegawai di Jurusan Farmasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana yang telah membantu penulis, terutama para staf yang telah membantu dalam hal pengurusan surat dan kelengkapan administratif lainnya.
7.
Kedua orang tua penulis, I Made Dosen dan Ni Ayu Artini yang tak pernah henti memberikan dukungan, doa dan semangat.
8.
Saudara penulis (I Made Agus Ari Dwipayana) beserta keluarga besar, sahabat (Dewinta, Mentari, Inten, Krisna, Riani, Maitri, Yuni), dan kekasih (Edik Mertayasa) tersayang yang selalu mendukung dan memberikan semangat bagi penulis.
9.
Tim Analisis Forensik Dayu Chandra, Krisnantara, Waisnawa, Yuni, Yogi, Evi, Risma, Suparwata dan Ratu yang telah menjadi teman diskusi dan berbagi suka duka selama pembuatan Skripsi.
10. Teman-teman mahasiswa Jurusan Farmasi Fakultas MIPA Universitas Udayana, khususnya Lumiere Onze Vauquelin yang telah berjuang bersama penulis. 11. Semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu. Penulis sepenuhnya menyadari bahwa penulisan Skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari semua pihak demi karya yang lebih baik di masa yang akan datang. Semoga Skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Bukit - Jimbaran, Juni 2015
Penulis iv
DAFTAR ISI
Halaman HALAMAN JUDUL.................................................................................
i
LEMBAR PENGESAHAN..............................................................
ii
KATA PENGANTAR...............................................................................
iii
DAFTAR ISI.............................................................................................
v
DAFTAR SINGKATAN...........................................................................
viii
DAFTAR ISTILAH...................................................................................
x
DAFTAR TABEL.....................................................................................
xiii
DAFTAR GAMBAR.................................................................................
xiv
DAFTAR LAMPIRAN.............................................................................
xv
ABSTRAK.................................................................................................
xvi
ABSTRACT............................................................................................. .
xvii
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang....................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah........................................................
5
1.3 Tujuan Penelitian................................................................
5
1.4 Manfaat Penelitian..............................................................
5
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Aterosklerosis......................................................................
6
2.1.1 Jalur MAPK (mitogen-activated potein kinase)........
8
2.1.2 Jalur NF-κß (nuclear factor-kappa-Beta)................
9
v
2.2 Sambiloto...........................................................................
11
2.3 Andrografolid.....................................................................
11
2.4 Docking Molecular............................................................
13
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Rancangan Penelitian..........................................................
15
3.2 Lokasi dan Waktu Penelitian..............................................
15
3.3 Bahan Penelitian..................................................................
16
3.4 Alat Penelitian.....................................................................
16
3.5 Prosedur Penelitian.............................................................
16
3.5.1 Preparasi Protein.......................................................
17
3.5.2 Optimasi Andrgrafolid 3D........................................
17
3.5.3 Validasi Metode Docking Molecular........................
18
3.5.4 Docking Andrografolid pada ERK1, ERK2, JNK1, JNK2, p38MAPK dan IκK..................................... 3.5.5 Analisis Data.............................................................
18 18
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Preparasi protein..........................................................
20
4.2 Validasi Metode Docking Molecular..................................
22
4.3 Optimasi Struktur 3D Andrografolid..................................
27
4.4 Docking Andrografolid pada ERK1, ERK2, JNK1, JNK2, p38MAPK dan IκK............................................. 4.5 Analisis Data....................................................................... BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN
vi
29 31
5.1 Kesimpulan.........................................................................
39
5.2 Saran....................................................................................
39
DAFTAR PUSTAKA................................................................................
40
LAMPIRAN..............................................................................................
45
vii
DAFTAR SINGKATAN
AP-1
: Apoprotein-1
ATF-2
: Activating Transcription Factor 2
ECs
: Endothel cells
ERK
: Extracellular signal-regulated kinase
FC
: Free cholesterol
GLUT-4
: Glukosa transporter-4
ICAM-1
: Intercellular Adhesion Molecule 1
Iκß
: I Kappa Beta
IκK
: I Kappa Kinase
IL-1
: Interleukin 1
IL-1α
: Interleukin 1 alpha
IL-1ß
: Interleukin 1 beta
IL-1ra
: Interleukin-1 receptor antagonist
IL-6
: Interleukin 6
IL-12
: Interleukin 12
IL-18
: Interleukin 18
INF/IFN-γ
: Interferon gamma
JNK
: Jun N-terminal kinase
κß
: Kappa Beta
LDL
: Low density lipoprotein
MAPK
: Mitogen-activated protein kinase
viii
MKK3/4/6/7 : MAP kinase kinase 3/4/6/7 NF- κß
: Nuclear factor-kappa-Beta
NO
: Nitrat Oksida
SBDD
: Structure-based drug design
STZ
: Streptosotozin
TGF-ß
: Transforming Growth Factors- Beta
TNF-a
: Tumor Necrosis Factor-alpha
VCAM-1
: Vascular cell adhesion molecule-1
ix
DAFTAR ISTILAH
Afinitas
: kecenderungan suatu unsur atau senyawa untuk membentuk ikatan kimia dengan unsur atau senyawa lain
Agen infeksi
: organisme hidup atau pertikel yang menyebabkan penyakit menular
Agregrasi
: berkumpulnya atau bergabungnya bagian-bagian yang terpisah
Apoptosis
: suatu bentuk kematian sel yang diprogram dalam urutan kejadian
yang
mengarah
pada
penghapusan
sel
tanpa
melepaskan zat berbahaya ke daerah sekitarnya Diferensiasi
: suatu perubahan sel dimana sel yang telah mencapai volume pertumbuhan akhir menjadi terspesialisasi sesuai fungsinya menghasilkan jenis jaringan, organ atau organisme baru
Docking
: metode yang dapat memprediksi interaksi antar molekul
Edema
: pembengkakan yang disebabkan oleh terkumpulnya cairan cairan berlebihan yang terperangkap pada jaringan tubuh
Fosfo akseptor : penerima gugus fosfat pada fosforilasi Fosforilasi
: penambahan gugus fosfat pada suatu protein atau molekul organik lain
Hiperglikemia : keadaan dimana kadar gula dalam darah lebih tinggi dari nilai normal Hipertensi
: keadaan seseorang apabila mempunyai tekanan sistolik sama dengan atau lebih tinggi dari 140 mmHg dan tekanan diastolik
x
sama dengan atau lebih tinggi dari 90 mmHg secara konsisten dalam beberapa waktu Homosistein
: asam amino (bagian terkecil dari protein) yang merupakan produk antara dalam siklus metionin menjadi sistein
Homeostasis
: suatu kondisi keseimbangan internal yang ideal, di mana semua sistem tubuh bekerja dan berinteraksi dalam cara yang tepat untuk memenuhi semua kebutuhan dari tubuh
Inflamasi
: peradangan
In silico
: pemodelan virtual komputer
Intraperitoneal : injeksi suatu zat ke dalam peritoneum (rongga tubuh) Invasi
: proses masuknya senyawa asing ke dalam sel inang/jaringan dan menyebar ke seluruh tubuh
Kardiovaskuler : sistem yang terdiri dari jantung dan pembuluh darah Konformasi
: suatu penataan ruang tertentu dari atom – atom dalam molekul
Lesi
: jaringan yang fungsinya terganggu karena penyakit atau cedera
Ligan
: suatu molekul yang berikatan pada reseptor
Lipoprotein
: partikel yang terdiri dari lipid dan protein yang memungkinan lipid melalui aliran darah
Makrofag
: sebuah sel fagosit besar seri mononuklear yang ditemukan dalam jaringan
Molekul
: sekelompok atom (paling sedikit dua) yang saling berikatan dengan sangat kuat (kovalen) dalam susunan tertentu dan bermuatan netral serta cukup stabil
xi
Monosit
: jenis leukosit atau sel darah putih yang berperan dalam fungsi sistem kekebalan tubuh
Mortalitas
: ukuran jumlah kematian pada suatu populasi
Obesitas
: suatu keadaan dimana berat badan tubuh melebihi 25% indeks massa tubuh
Permeabilitas
: suatu sifat atau kemampuan dari suatu membran untuk dapat dilewati oleh suatu zat
Proinflamasi
: memicu terjadinya peradangan
Proliferasi
: pertumbuhan atau berkembangbiakan pesat untuk menghasilkan jaringan baru, bagian, sel, atau keturunan
Radikal bebas : atom atau molekul bermuatan listrik atau netral yang memiliki satu atau lebih elektron yang tidak berpasangan di orbital terluar mereka Reseptor
: penerima molekul yang akan diikatkan
Sitokin
: protein yang dibuat oleh sel-sel yang mempengaruhi perilaku sel-sel lain
Transkripsi
: proses sintesis RNA dengan menggunakan DNA sebagai template
xii
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 3.1. Jadwal Kegiatan Penelitian ........................................................... Tabel 4.1. Interaksi yang terjadi antara native ligand dengan
16
protein
ERK1, ERK2, JNK1, JNK2, p38MAPK, IκK ..............................
27
Tabel 4.2. Interaksi antara protein ERK1, ERK2, JNK1, JNK2, p38MAPK dan IκK dengan andrografolid ......................................................
30
Tabel 4.3. Perbandingan interaksi yang terjadi antara protein dengan native ligand dan andrografolid ...............................................................
35
Tabel 4.4. Nilai energi ikatan native ligand, andrografolid, aspirin, indometasin, dexametason, dan prednisolon terhadap protein ERK1, ERK2, JNK1, JNK2, p38MAPK dan IκK ........................
37
Tabel 4.5. Interaksi yang terjadi antara protein dengan native ligand, andrografolid
aspirin,
indometasin,
dexametason,
dan
prednisolon terhadap protein ERK1, ERK2, JNK1, JNK2, p38MAPK dan IκK .......................................................................
xiii
37
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1. Skema proses terjadinya Aterosklerosis .....................................
7
Gambar 2.2. Jalur Sinyal Inflamasi Sitokin .....................................................
10
Gambar 2.3. Struktur Andrografolid ...............................................................
12
Gambar 4.1. Interaksi yang terjadi antara Protein ERK1 vs ligan DHC (A), Protein ERK2 vs E75(B), Protein JNK1 vs GS7(C), Protein JNK2 vs B96(D) Protein p38MAPK vs 094(E), dan Protein IΚK vs BLZ(F) ...........................................................................
26
Gambar 4.2. Struktur 3D andrografolid dengan kalkulasi single point (A) dan geometri optimasi (B) ..........................................................
28
Gambar 4.3. Visualisasi interaksi yang terjadi antara andrografolid dengan protein ERK1 (A), ERK2 (B), JNK1 (C), JNK2 (D), p38MAPK (E), dan IκK (F) ........................................................
31
Gambar 4.4. Grafik perbandingan nilai energi Ikatan Andrografolid dengan Native Ligand pada protein ERK1, ERK2, JNK1, JNK2, p38MAPK dan IκK ..................................................................... Gambar 4.5. Grafik
Perbandingan
Andrografolid,
Aspirin,
Energi
Ikatan
Indometasin,
Native
Ligand,
Dexametason
dan
Prednisolon ................................................................................
xiv
32
36
LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1.
Protein, rantai protein dan native ligand dari protein ERK1/2, JNK1/2, p38MAPK dan IκK ....................................................
Lampiran 2.
Nilai RMSD, energi ikatan dan ikatan hidrogen antara protein ERK1/2, JNK1/2, p38MAPK dan IκK dengan native ligand ..
Lampiran 3.
45
Hasil
docking
protein
47
ERK1, ERK2, JNK1, JNK2,
p38MAPK dan IκK dengan andrografolid ...............................
49
Lampiran 4.
Prosedur penelitian ...................................................................
51
Lampiran 5.
Preparasi Protein.......................................................................
52
Lampiran 6.
Optimasi Struktur 3D Andrografolid .......................................
53
xv
xvi
ABSTRAK Aterosklerosis merupakan penyakit akibat respon inflamasi kronis pada sel endotel yang cedera. Kerusakan sel endotel akan mengaktifkan jalur nuclear factor-κappa Beta (NF-κß) and mitogen-activated protein kinase (MAPK). Jalur MAPK terdiri ERK, JNK dan p38MAPK, sedangkan jalur NF-κß terdiri dari IκK dan NF-κß. Sambiloto (Andrographis paniculata) memiliki kandungan kimia andrografolid mampu menghambat agregasi platelet pada ERK1 dan ERK2. Docking secara in silico merupakan teknik kimia komputasi yang aman, bebas dari limbah bahan kimia, efisien dan secara fisik lebih dekat dengan farmakodinamik manusia. Sehingga dilakukan penelitian docking molecular anti aterosklerosis andrografolid dari sambiloto (Andrographis paniculata) secara in silico terhadap protein ERK1, ERK2, JNK1, JNK2, p38MAPK dan IκK untuk mengetahui mekanisme andrografolid mencegah pembentukan plak di pembuluh darah pada aterosklerosis. Penelitian dilakukan secara eksploratif dengan tahapan penyiapan database protein dan struktur 3D andrografolid, preparasi protein, validasi metode docking molecular dengan RMSD 1-3Å, optimasi struktur 3D andrografolid, docking molecular andrografolid terhadap protein ERK1, ERK2, JNK1, JNK2, p38MAPK dan IκK dengan parameter energi ikatan. Semakin rendah energi ikatan, maka ikatan antara andrografolid dengan protein semakin kuat dan stabil. Hasil penelitian menyatakan bahwa andrografolid memiliki mekanisme sebagai antiinflamasi karena mampu menghambat protein ERK1, ERK2, JNK1, JNK2, p38MAPK dan IκK dengan nilai energi ikatan -6,42; -7,35; -7,94; -7,61; 7,7 dan -8,47 kkal/mol. Sehingga andrografolid dapat mencegah pembentukan plak di pembuluh darah pada aterosklerosis.
Kata kunci : aterosklerosis, antiinflamasi, andrografolid, MAPK, NF-κß
xvi
xvii
ABSTRACT Atherosclerosis is a disease caused by a chronic inflammatory response in endothelial cells injury. Endothelial cell damage pathway activates nuclear factorκappa Beta (NF-κß) and mitogen-activated protein kinase (MAPK). MAPK pathway consists of ERK, JNK and p38MAPK. NF-κß pathway consists of IκK and NF-κß. Sambiloto (Andrographis paniculata) is a plant that contains andrographolide are able to inhibit platelet aggregation by inhibiting ERK1 and ERK2. In silico docking is computational chemistry techniques safe, free of chemical waste, efficient, and as well as physically closer to human pharmacodynamics. So do molecular docking studies of anti atherosclerosis andrographolide in silico against the protein ERK1, ERK2, JNK1, JNK2, p38MAPK and IκK to know andrografolid mechanism prevents the formation of plaques in blood vessels in atherosclerosis. Research conducted exploratory stages of preparation of a database with the 3D structure of proteins and andrografolid, protein preparation, validation of molecular docking method with rmsd 1-3Å, andrographolide 3D structure optimization, molecular docking andrographolide against the protein ERK1, ERK2, JNK1, JNK2, p38MAPK and IκK with parameters bond energy. The lower of bond energy, the bond between the protein andrographolide getting stronger and stable. The study states that andrografolid have anti inflammatory mechanism of being able to inhibit the protein ERK1, ERK2, JNK1, JNK2, p38MAPK and IκK with an bond energy is -6.42; -7.35; -7.94; -7.61; -7.7 and -8.47 kcal/mol. So andrographolide can prevent the formation of plaques in blood vessels in atherosclerosis.
Keyword : atherosclerosis, antiinflammatory, andrographolide, MAPK, NF-κß
xvii
