la ;
LAPO R A NP E N E L ITIA N DOS E NM U D A DESAINSENYAWA OBATFLU BURUNGSECARA KOMPUTASI MENGGUNAKAN PROGRAMHYPERCHEM
OLEH
I NYOMANCANDRA,S.Si JOSERIZAL,M.Si DIB IA Y AOLE I H DIRE K T O RAJTE NDE RA LP E NDI DI K A N T I NG G I DEPARTEMEN PENDIDIKANNASIONAL SESUA IDE NGA NS URA TP E R J A NJ I A N P E L A K S A NA A N HI B A HP E NE L I T I A N NOitOR : 009/ SP2H IDP2W lll / 2008 TA NG G A L 2: 6 MA RE T2 0 0 8
F AKULTASKEGURUANDAN I LM U PENDI DI KAN UNIVERSI TAS BENG KULU 2008
E*-
LAPORAN PENELITIAN DOSEN MUDI\ DESAINSENYAWA OBATFLU BURUNGSECARA KOMPUTASI MENGGUNAKAN PROGRAMHYPERCHEM
OLEH
I NYOMANCANDRA,S.Si JOSERIZAL,M.Si DIB IA Y A OLE I H DIRE KT O RA T J E NDE RA LP E NDI DI K A NT I NG G I DE P A RTE ME N P E NDI DI K A NNA S I O NA L SES UA IDE NGA NS URA TP E RJ A NJ I A NP E L A K S A NA A NHI B A H P E NE L I T I A N NOMOR: 0 0 9 / S P 2 H lDP 2 M| lll / 2 0 0 8 TA N G G A L :2 8 MA RE T2 O O 8
FAKUL TA$KEGU RUANDAN I LM U PENDI DI KAN UNIVE RSI TAS BENG KULU 2008
Ir
HALAMAN PENGESAHANLAPORAN HASIL PENELITIAN DOSENMUDA ta
I
JudulPenelitian
Desain Senyawa Obat Flu Burung Secara Komputasi Menggunakan ProgramHyperChem MIPA
2 Bidangllmu Penelitian 3 KetuaPeneliti
a. Nama lengkapdengangelar I NyomanCandraS.Si b. JenisKelamin Laki laki c. NIP 1323t7 376 d. PangkaVGolongan PenataMuda/lll A e. Jabatan Assisten Ahli f. Fakultas/Jur.rsan/Prodi KIP / PMIPA/Pend.Kimia 4 JumlahTim peneliti 2 Orang 5 Lokasi Penelitian 6 Bila penelitianini merupakanbekerjasamakelembagaan: a. Nama Instansi b. Alamat 7 Waktu Penelitian * Uu,un 8 Biaya Rp.| 0.000.000,-
jutarupiah) (Sepuluh
[Jfrfrfi4*\ EKDu"i
Bengkulu,l8 Oktober2008 Bengkulu
iI,MA,Ph.D)
/Candra S.Si) NIP. 1323r 7376
1 57738s
tl
DEPARTEMEP.I PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS BENGKULU
I,EMBAGA PENELITIAN JalanRayaKandangLimun BengkuluTelp (0736) 21170,342584
Faksimile(0736)342584 KodePos38371A SURAT KETERANGAN Nomor: lJ30.2lPGl20A8 Yangbertanda tangandi bawahini : Nama NIP Jabatan
Drs. SarwitSarwono.M.Hum. t31601662 Ketua LembagaPenelitian UniversitasBengkulu
Denganini menerangkanbahwa :
NO
Nama
NIP
Jabatan
I
I Nyoman Candra,S.Si.
132317376 Ketua
)
JoseRizal. M.Si.
r323r7375 Anggota
Pekerjan DosenFak. KIP
Penelitian DosenFak. MIPA
B.nur-b.nur telah melaksanakan/ mengadakanpenelitian Dosen Muda denganjudul " Desain Senyawao Obat Flu Burung Secara Komputasi Menggunakan Program HyperChem(' JangkaWaktu Penelitian: 8 ( DelapanBulan ) Hasil penelitian tersebut telah dikoreksi oleh Tim PertimbanganPenelitian Lembaga PenelitianUniversitasBengkuludan memenuhisyarat. Demikian surat keterangankami buat dengansebenar-benarnya dan dapat dipergunakan untuk keperluanyang bersangkutansebagaitenagaedukatif
Nopember2008
it Sa
M.Hum.
RINGKASAN DAN SUMMARY
DESAIN SENYAWA OBAT FLU BURUNG SECARA KOMPUTASI MENGGUNAKAN PROGRAM IIYPERCIIEM RINGKASAN Flu burung merupakansalahpenyakityang mematikan.Penyakitini disebabkan oleh Virus InfluenzaTipe A StrainH5N1. Penyakitini tergolongmasihbaru dan obatnya pun masih langka. Kalau pun ada mungkin harganyabelum terjangkauoleh semua lapisanmasyarakatterutamamasyarakatkelas bawah.Mahalnyahargaobat salahsatunya dikarenakanbanyaknya tahapanyang harus dilalui sampai dihasilkan obat yang aman bagi manusia-Begitu pula dalam pembuatanobat flu burung. Untuk mempersingkatsalah satu langkahtersebut,perlu bantuankomputerdalam mendesainsenyawaobat flu burung tersebut.Hal ini didukung oleh perkembangankimia komputasiyang begitu pesat' penelitian yang dilakukan ini bertujuan untuk mencari hubungan kuantitatif struktur-aktivitassenyawaobat flu burung denganmenggunakanmetode Semiempiris AMI dan mendesainsenyawaflu burung yang memiliki aktivitas yang optimurn dari yang diperolehyang memiliki signifikansitinggi. Penelitianini menggunakan persamaan satu setkomputer yang dilengkapprogramHyperChemdan SPSS. Ada pun data yang diperlukandalam dalam penelitianini adalahdata aktivitas beberapasenyawa obat flu burung yang telah diketahui secara eksperimen dan data parameterstruktur. Data parameterstruktur diukur denga program HypeChem. Data tersebut meliputi muatan bersih atom (q), momen dipol (D), energi LUMO, energi HOMO, polarisabilitas(P), masamolekul (m) dan luaspermukaan(A) tiap-tiapstruktur. Tetapi, karenadata aktivitas senyawaobat flu burung masih sedikit, sehinggadata yang kami perolehjuga sedikit, maka hanya beberapaparameteryang dipakai yaitu Ehon'o, momendipol (D), polarisabilitas(P) dan luaspermukaan(A) struktur. Setelahdiperolehdataaktivitasdan dataparameterstruktur,selanjutnyadilakukan pengolahandata menggunakanregresi linier bergandadengan menggunakanprogram SpSS versi 1l . Hasil pengolahantersebut,diperoleh persamaanmodel regresi awal sebagaiberikut :
y = -3g1262+ -3,gsgEnonlo + 0n302D- 0,001A
lv
Langkahselanjutnyaakandiuji signifikansidari masingparameterregresisecaraParsial dan Simultan. Dari uji signifikansi ini menunjukanbahwa masing-masingparameter tidak memberikontribusiyang signifikanterhadapaktivitas,meskipunnilai Rr nya relatif struktur tersebutterhadap tinggi yaitu 0,969. kurang signifikannya parameter-pararneter aktivitasnyajuga terlihat dari pengujian dengan metode STEPWISE, REMOVE' BACKWARD dan FORWARD. Kondisi ini kemungkinandisebabkankarenajumlah data pengamatanyang terlalu sedikit, atau mungkin model yang dihasilkan dari data pengamatantersebut, bukan model regresi linier Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian lagi untuk memperolehdata aktivitas senyawaobat flu burung dan turunannya, sehinggadatanyamenjadilebih banyak. Apabila model persamaanyang diperoleh menunjukan hubungan yang cukup signifikan antara parameter struktur dengan aktivitas, maka kita dapat mendesain senyawaobat flu burung yang memiliki aktivitas yang optimum, tetapi karena model yang dihasilkantidak'menunjukanhubunganyang cukup signifikan antaraparameter strukrurdenganaktivitas, maka model tersebuttidak bisa dipakai..
v
Designingof Avian InfluenzaDrug CompoundComputationlyUsing HyperChem Software
.Avian Influenza is one of killed diseases.Its diseasesis causedby influenza virus A Type, H5Nl strain. It is catagorizedas a new diseasesand its medicineis rarely. If it hasbeenbeing, its price is so high to marginalpeople.That high price is causedby so many stepsto producea drugthat savefor human.So do in makingof Avian Influenza drug. To make a shorterprosesin one of the step,we needcomputeraid in designingthat Avian Influenzadrug. It is supportedby developmentof computationchemistryrapidly. This researchis aimedto observethe quantitativestructure-activities relationship of avian influenzadrug using semiempiricAMI methodand designingof avian influenza drug, that have most favorable activities from high significant resulted equation. Its researchusinga set of computerand supportedby HyperChemand SPSSsoftware. In its research,we need activities data of avian influenzadrug compoundthat have known experimentlyand structureparameters.Structureparameterswere measured by HyperChem Software that included total charge (q), dipole moment (D), LUMO energy,HOMO energy,polarisability(P), moleculemass(m) and surfaceareaeach of structure.In this research,a few only structureparameters that haveusedthat are HOMO energy,dipole moment (D), polarisability(P) and surfacearea (A) of structures.lt is causeda few only activities dataavailable. Activities and structureparameterdata then analyzedby double linier regresi using SPSSsoftware,version I l. Its analysisresulta initial regresiequationmodelbelorv
* 0,302D- 0,001A ; Y = -391262+-3,859Ehomo Each of regresi parameterssignification of that equation then tested partially and simuftanly.Althoughthat equationhave a high of R2,that is A,969,Significationtest showed, each of regresi parametersdidn't give contribution significantly. It was supportedby test using STEPWISE, REMOVE, BACKWARD and FORWARD method.It may causedeitherby lessobserveddataor that was not a linier regresimodel. So, it is importantto do researchto get activitiesqf avian influenzadrug compoundand its deriveds.
Prakata Puji dan Syukur Kami panjatkankepadaTuhan Yang Maha Esa karenaatasrestuNya sehinggapelaksanaanpenelitiandan penulisanLaporanpenelitianyang kami beri judul 'Desain Senyawa Obat Flu Burung Secara Komputasi Menggunakan Program HyperChem' ini dapatkami selesaikan. Penelitianyang kami lakukan ini didanai dari Dosen Muda Dikti. Penelitianini dimulai dari persiapanmulai bulan Maret 2008 sampaipenulisanlaporanbulan Oktober 2008. Selesainyapenelitian dan penulisan laporan ini tidak terlepas dari peranan berbagaipihak yang telah membantukami. Ucapanterimaksihkami sampaikankepada teman-temandosen di Jurusan Matematika FMIPA LINIB yang telah mau berdiskusi tentang penelitian kami ini. Ucapan terima kasih juga kami sampaikankepada para mahasiswakami yang mau membantudalam segala urusan yang berkenaandengan dan alat-alatyang diperlukandalam penelitianini terutamadalam mencaribahan-bahan penelitianini, dan untu semuapihak yang tidak bisa kami sebutkansatu per satu,kami sampaikanterimaksih. Kami menyadarisepenuhnyabahwa penelitiandan laporanhasil penelitian ini sangatjauh dari sempurnqsehinggasarandan kritik yang sifatnyamembangun,sangat kamiharapkan. Sekali lagi kami sampaikan terimaksih dan semoga penelitian ini dapat bermanfaatbagi semuapihak.
Oktober2008 Bengkulu, Penulis.
vll
DAFTAR ISI HALAMAN PENGESAHAN
A. LAPORANHASIL PENELITIAN RINGKASANDAN SUMMARY PRAKATA DAFTARISI............. DAFTARTABEL......:................ DAFTARLAMPIRAN
x
BAB I PENDAHULUAN.......
l- 3
BAB TTTTNJAUANPUSTAKA
4-13
BAB III TUJUANDAN MANFAATPEN8LITIAN...............
l4
BAB IV METODELOGIPENELITIAN.....
r 5- 19
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN.
2A-30
BAB VI KESIMPULANDAN SARAN.....
3l
DAFTARPUSTAKA
32
LAMPIRAN
33-42
B . DRAFTARTIKELILMIAH C . SINOPSIS PENELITIANLANJUTAN..
vlll
43-58 59
DAFTAR TABEL Tabel I Struktur senyawaflu burungdan Aktivitasnya terhadapreplikasi Virus HSN1 Strain A/Duck/lr4N/1525/81padaSel MDCK Tabel 2 Hasilpengukuranmuatanbersih(q) struktur
l9 24
Tabel3 Hasil pengukuranMomen dipol (D), ELu*o,EHo*o,Polarisabilitas (P), Masamolekul (m) dan Luas Permukaan(A)....
24
Tabel 4 datayang diolah
25
Tabel 5 output SPSSdalam pendeskripsiandata....
26
Tabel6 Parameter-parameter regresi.......
26
Tabel7 outputSPSSdalamPengujianparameterregresisecaraparsial.......
27
Tabel8 intervaltin gkat kepercayaan masing-masing variabel.....................
28
Tabel9 outputSPSSdalamPengujianparameterregresisecarasimultan....
28
Tabel l0 Output SPSSdalam PengujianKoefisien Determinasi parameter regresisecaraparsial.
29
lx
DAFTAR LAMPIRAN LampiranI signifikansi parameter-parametersfruktur dengan metode STEPWISE, REMOVE, BACKWARD dan F,ORWARD... Lampiran2 Personaliapeneliti.
3440 4t-42
Lampiran3 Draft artikelilmiah.
43-58
Lampiran4 Sinopsispenelitianlanjutan...
59
x
BAB I PENDAHULUAN Belum lama ini, kita dihebohkandengansuatu penyakit yang disebabkanoleh virus influenzadan ditularkanke manusiadenganperantaraan unggasyaitu penyakitflu burung. Virus influenzapenyebabpenyakit flu burung adalah virus influenzatipe A. strainH5Nl. Wabahflu burungjuga melandabenuaAfrika. Pada8 Februari2006,OIE mengumumkanNigeria sebagainegarapertamayang memiliki kasuspositif flu burungdi benuaitu. Dua pekankemudian,virus H5Nl ditemukandi sebuahdesakecil di Niger, sekitar72 km dari perbatasannya denganNigeria. Virus ini juga menyebarke Mesir dan Kamerun. Penyakit ini telah banyak memakan korban. Hal ini disebabkankurang pahamnyamasyarakatkita tentangpenyakityang tergolongcukup baru ini. Penyakitini juga cukupmengkhawatirkan karenamasainkubasinyacukup singkatyaitu I - 7 hari. Karena penyakit ini tergolong masih baru, maka obat untuk menanggulangi penyakitflu burung.yang beradadi pasarandunia,masih sangatlangka.Berbagaiupaya terus dilakukan dalam pencarianobat untuk penyakit yang cukup berbahayaini. Salah satu prestasi yang cukup membanggakanadalah ditemukannya obat untuk mencegah infeksi yang disebabkanoleh virus influenza tipe A dan B yaitu obat Oseltamivir (Tamiflu). Oseltamivir ini berhasil disintesisoleh Roche sekaligussebagaipemegang patenobat ini. Padadosistertentuobat ini dapatmenghambatenzimneurominidase virus influenzaA dan B. Oseltamivirtelah digunakansecaraluas selamaepidemik flu burung di Asia Tenggarapada tahun 2005. Untuk menanggapiepidemikpenyakit ini, beberapanegara termasuk Inggris, Kanada, Amerika dan Australia menambahpersediaanoseltamivir untuk menghadapikemungkinanterjadinyaPandemik.Kalau kita pikir persediaanini tidak akan dapat mencukupi seluruh penduduknegara-negara ini. Di sampingkarena jumlahnyapenduduknyayangbanyak,hargaobatnyapun mahal. Obat untuk suatujenis penyakittertentuyangjumlahnyabervariasipun harganya masih relatif mahal. Apalagi untuk jenis obat flu burung yang masih sedikit jenisnya. Relatif mahalnyahargaobat untuk suatujenis penyakittertentu,dapatdimaklumi.Proses pembuatan obat merupakan proses yang cukup memakan biaya. Di samping karena mahalnyabahan baku pembuatanobat tersebut,prosespembuatanjuga cukup rumit.
Pembuatanobat pada awalnya bisa dikatakan secaracoba-cobayaitu diawali ketika antarasifat-sifatmolekul seorangpeneliti membuatsuatuhipotesayang menghubungkan terhadapaktivitas biologinya. Senyawayang dipilih untuk disintessisadalah senyawa dengankeberadaangugus fungsi atau atribut yang dipercayabertanggungjawabterhadap aktivitassenyawatersebut.Obat yangtelah selesaidibuat,tidak bisa langsungdicobakan padamanusia,tetapiterlebihdahuludiujikan padahewanpercobaan.Karenaprosesyang cukup lam4 maka biaya pembuatanobatpunmenjadi mahal. Untuk mengatasikondisitersebut,diupayakansuatucarauntuk menyederhanakan dan mempersingkatsalah satu langkah prosespembuatanobat. Salah satunyadengan bantuanprogram aplikasi kornputer.Desain obat dengan program aplikasi komputer dilakukan berdasarkan metode yang dikenal dengan metode QSAR (quantitative structure-activity relationship). Padaprosesini, dicari hubunganantaraaktivitas biologi dari sederetansenyawayang telah diketahuidenganstrukturdari obat tersebutdalamhal yang terkait dengan strukJur obat tersebut. Setelah ini adalah parameter-parameter diperoleh hubungan tersebut yang dinyatakan secara matematik, maka langkah selanjutnyaadalahmendesainsuatuobat yang memiliki aktivitas optimum berdasarkan hubunganmatematikyang telah kita peroleh.Dengandemikian langkahrandom(acak) dalam menguji suatusenyawadi laboratorium,dapatdihindari,sehinggamenghemat waktu dan biaya. Beberapapenelitianyang terkaitdenganQSAR telah dilakukan.Yulistia (2003) telah melakukanpenelitiananalisishubungankuantitatifstruktur-aktivitas terhadapsuatu seri senyawaturunan Vinkadiformia,yaitu senyawaantiplasmodial.SedangkanHanum (2003) menganalisisQSAR dari suatuseri senyarva1,2,4-Thiadiazolin yang didasarkan atasmuatanbersihatom senyawa-senyawa tersebut. Dari uraian yang telah ditulis di atas,maka peneliti berusahauntuk melakukan penelitianu'mendesain senyawaflu burungsecarakomputasi",dalamhal ini, penelitiakan menggunakanprogram HyperChem7 denganmetodesemiempirikAMl dan program olah data.Beberapaalasandiadakanpenelitianini adalah: l) Penyakitflu burungmasihtergolongbaru sehinggajenis obatnyamasihkurang. 2) Hargaobat (termasukobat flu burung)masih cukup mahal akibat prosespembuatan yang cukup rumit dan lama.Maka perlu mempersingkatsalahsatuprosesny4dalam
hal ini rnempersingkat prosespemilihan secaraacak senyawayang diduga menr.iliki aktivitas yang tinggi
3) Belum adanya data yang menggambarkanhubungan antara struktur-aktivitas suatu seri senyawaflu burung.
l
I I I I
4) Belum adanyapenelitian yang menganalisishubungankuantitative struktur-aktivitas programHyperChem. fi{KSA) senyawaturunanflu burungmenggunakan
5) Belum adanyapenelitian tentang desain senyawaflu burung menggunakanprogram HyperChem.
I I I
I
i
Prosesdesain senyawaflu burung ini diawali denganmencari hubungankuantitatif struktur-aktivitas
turunan senyawa flu burung. Setelah diperoleh datanya yang
dinyatakandalampersamaanmatematik,baru dilakukan desainsenyawaflu burung.
I
I
I
a
J
N I
I
I
n I
"{
1
_i
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 3 .1Fl u Burung Flu burungadalahsuatupenyakitmenularyang disebabkan oleh virus influenza yangditularkanoleh unggasyangdapatmenyerangmanusia.Nama tain dari penyakitini antaralain avian influenza. Saat ini, penyebabflu burungadalahHighly Pothogenic Avian Influenza tr/ints, strain I-l5NI (H=hemagglutinin;N= neuraminidase).Hal ini terlihatdari basil studi yang ada menunjukkanbalr',va unggas;-angsakit mengeluarkan virus Inf'luenzaA (H5Nl) denganjumlah besardalarnkotorarurya. Virus InluenzaA (H5Nl) merupakanpenyebabw'abahflu burungpada unggas.Secaraumum, virus FIu []urtrngtidak menyerang manusia,namunbeberapa tipe tertentudapatmengalamimutasi lebilrganasdanmenverarrg manusia. PenularanFlu burung(H5Nl) padaunggasterjadisecaracepatdengankernatian tinggi. Pen-v-ebaran penyakitini teriadidiantarapopulasiunggassatupertenakan. bahkarr dapatmen-vebar dari satu pertenakanke peternakandaerahlain. Sedarrgkan penularan penl'akitini kepadamanusiadapatmelaluiudaravangtercemarvirustersebut.baik 1,ang berasaldari tinja ataLrsekretaunggas terseran-e Flu Burung. Adapun orang yang mempunyairesikobesaruntukterserang f1uburung(H5NI) ini adalahpeker-ia peternakan unsgas.penjualdanpenjamahunggas. Saat ini" obat flu burung )'ang beredar di pasaranmasih sangai kurans. Mekanismekeria obat fl.t burun-eadalahdenganmenghambat(inhibitor) kerja enzim nettroniinidase dari virus l-15N1.Salahsatuobat flu burungyangterkenalsaatini adalah Tamiflr-ratau Oseltamivirfbsfat dengannama kimianya 3R,4R,5S)-4-acetylamino-5amino-3(l-ethylpropoxy)-1-cyclohexene-1-carboxylic acid, ethyl ester,phosphate. Obat Tamiflu ini dilesehsi oleh Roche yang berhasil untuk pertama kalinya menemukan Oseltamivir dan mensintesisnya.PenggunaanOseltamivir pada penderita flu burung dianjurkandenganmenggunakandosis yang lebih tinggi dan mempersingkatlamanya terapipadapasien(de Jonget al.2005). Di sampingOseltamivir, senyawaobat flu burung yang dikenal adalah Zanamivir dan RWJ-270201.Senyawaini memiliki aktivitasyang berbedadalam hal menghambat kerja enzim neurominidase.Salahsatu penelitianyang terkait denganaktivitassenyawa
--
I
obat ini adalah penelitian yang dilakukan oleh Gubareva, L.Y.,et al (2001), yang aktivitassenyawaobat Oseltamivit,Zanamivirdan RWJ-270201dalam membandingkan menghambat isolat klinis virus influenza. Sedangkan Elena et al (2A04) meneliti penggunaankombinasiRimantadine-inhibitorneurominidasedan sinergisitasefek virus anti influenzadalamSel MDCK
3.2 Kimia Komputasi Eksperimen komputer memainkan peranan yang sangat penting dalam perkembangansains. Pada rnasalalu, sains ditunjukkan oleh kaitan antaraeksperimen dan teori. Dalam eksperimen,sistemyang dipelajaridiukur denganperalataneksperimen dan hasilnya dinyatakan dalam bentuk numerik. Dalam teori, model suatu sistem pada umumnya disusun dalam bentuk himpunan persamaanmatematik. Dalam banyak hal, pemodelan diikuti oleh penyederhanaanpermasalahan dalam rangka menghindari kompleksitasperhitunlan, sehinggasering aplikasi dari model teoritis'ini tidak dapat menjelaskanbentuk riil dari sistem makroskopis, seperti sistem larutan, protein dll. Perkembangan komputasiyang sangatpesat-dimulai padatahun 1950-telah mengubah diskripsi suatu sistem kimia denganmasuknyaunsur baru diantaraeksperimendan teori yaitu eksperimenkomputer(ComputerExperiment).Dalam eksperimenkomputer,model masih tetap menggunakanhasil dari pakar kimia teoritis, tetapi perhitungandilakukan dengan komputer berdasaratas suatu nresep"(algoritma yang dituliskan dalam bahasa pemrograman).Keuntungandari metoda ini adalah dimungkinkannyamenghitung sifat molekul yang kompleks dan hasil perhitungannyaberkorelasisecarasignifikan dengan eksperimen(Pranowo,2005) Perkembanganeksperimen komputer mengubah secara substansial hubungan tradisional antarate6ri dan eksperimen.Simulasi komputer membutuhkansuatu metoda yang akurat.dalam memodelkansistem yang dikaji. Simulasi sering dapat dilakukan dengankondisi yang sangatmirip denganeksperimensehinggahasil perhitungankimia komputasidapatdibandingkansecaralangsungdenganeksperimen.Jika hal ini terjadi, maka simulasi bersifat sebagaialat yang sangatberguna,bukan hanya untuk memahami dan menginterpretasi data eksperimendalam tingkat 2 mikroskopik, tetapi juga dapat
5
mengkaji bagian yang tidak dapat dijangkau secaraeksperimen,seperti reaksi pada kondisitekananyang sangattinggi ataureaksiyang melibatkangasberbahaya. . Penelitiankimia denganalat komputerpada era 1950-andimulai dengankajian hubunganstruktur kimia denganaktivitas fisiologi dari senyawa.Salah satu ahli kimia yang berjasabesardalambidangini adalahJohn Popleyang berhasilmengkonversiteoriteori fisika dan matematikake dalam kimia melaluiprogramkomputer.Metode kimia komputasi memungkinkanpara kimiawan melakukanpenentuanstruktur dan sifat suatu sistem kimia dengan cepat. Bidang yang sangatterbantu dengan berkembangkimia komputasiadalahbidangkristalografi Dua penelitidalam bidangkimia komputasitelah memenangkan hadiahNobel bidang sains pada tahun 1998 yaitu Walter Kohn denganteori fungsional kerapatan (Density Functional Theory, DFT) dan John A. pople yang telah berjasa dalam mengembangkanmetoda komputasi dalam kimia kuantum. Mereka telah memberi peluang para kimiawan mempelajarisifat molekul dan interaksi antar molekul. John Popletelah mengembangkan kimia kuantumsebagaisuatumetodayang dapatdigunakan oleh hampir semua bidang kimia dan membawa kimia ke dalam era baru yaitu eksperimendan teori dapatbekerjabersamadalammengekplorasisifat sistemmolekular. Salah satu produk program komputasi kimia yang dihasilkan oleh pople adalah GAUSSIAN. Tahun belakanganini dapat dilihat kenaikanjumlah orang yang bekerja pada kimia teori. Kebanyakanpendatangbaru ini adalahteoretikuskerja paruh waktu yaitu merekayang sudah bekerjapada bidang kimia selain kimia teori. Kenaikanjumlah penelitidi bidangkimia teori ini ditunjangoleh perkembangan kemampuankomputerdan perangkatlunak yang semakinmudah digunakan.Hal ini menyebabkanbanyakorang melakukan pekerjaan di bidang kimia komputasi, walaupun tanpa mempunyai pengetahuan cukuptentangbagaimana perhitungankimia itu dijalankanoleh komputer. Sebagaihasilnya, banyak orang yang tidak mengetahui-bahkanpenjelasanyang sangat mendasarsekalipun-tentangbagaimanaperhitungandijalankansehinggapekerjaanyang dihasilkandapatmerupakanhasil yang sesungguhnya atauhanyaberupa.,sampah',.
E"
3.3 Hubungan Struktur dan Sifat Hubunganstrukturdan sifat adalahpendifinisianempiriskualitatif ataukuantitatif antarastruktur molekul dengansifat yang teramati. Dalam beberapakasus,ini merupakan duplikat dari hasil mekanika statistika. Hubungan struktur dan sifat yang dikaji belakangan ini selalu merupakan hubungan matematika secara kuantitatif. Hubungan sering sekali diturunkan dengan menggunakanperangkat lunak fitting kurva untuk mendapatkankombinasi linear sifat-sifatmolekular,yang dapat memprediksisifat-sifat yang dimaksud.Sifat molekularbiasanyadidapatkandari perhitunganmodel molekular. molekularyang lain sepertimdssamolekul atau gambarantopologi,juga Penggambaran digunakan.Jika sifat digambarkansebagaisifat fisika, sepertititik didih, hal ini dikenal denganhubunganStruktur dan Sifat secaraKuantitatif (Quantitative Structure-Property Relationship, QSPR). Jika sifat digambarkan sebagai aktivitas biologis -misalnya aktivitas obat- maka dikenal sebagaihubungankuantitatif antara Struktur dan aktivitas (Quantitative Structure-Aktivity Relationship, QSAR). Salah satu penerapan kimia komputasi dalam bidang farmasi adalah pada desain obat. Desain obat adalah proses iterasi yang dimulai denganpenentuansenyawayang menunjukkansifat biologi yang pentingdan diakhiri denganlangkahoptimasi,baik dari profil aktivitasmaupunsintesis senyawa kimia. Tanpa pengetahuanyang lengkap tentang proses biokimia yang terhadapaktivitas biologis, hipotesisdesainobat 10 pada umumnya bertanggungjawab didasarkanpadapengujian kemiripan struktural dan pembedaanantaramolekul aktif dan tak aktif. Kombinasiantarastrategiuntuk mensintesisdan uji aktivitasnyadapatmenjadi sangatrumit dan memerlukanwaktu yang lama untuk sampaipada pemanfaatanobat. Untuk itu dikembangkanpendekatanteoritis yang dapat menghitungsecarakuantitatif tentang hubunganantara aktivitas biologis terhadap perubahanstruktur senyawayang dikenal dengan istilah QSAR Perkembanganlanjut dari QSAR adalah QSAR tiga dimensi,CoMFA (ComparativeMolecularField Analysis).Dalam metodaCoMFA, efek sterik,elektrostatik,luas permukaandari molekul dihubungkanpadadeskripsimolekular spesifik(substituen).
I-
3.4 QSAR Interaksiobat-reseptor ditentukanoleh parameterfisikokimia obat itu : kepolaran, pengionan dan kerapatanelektron (Nogradi, T.lggz). Semua sifat elektronik obat ditentukanoleh susunanatom, bentuk, dan ukuran molekul obat, denganperkataan lain oleh struktur kimianya' Karena parameter fisikokimia ini dapat diukur dan dinyatakan secarakuantitatif,maka gaya ikatan antarmolekulsebagai fungsi struktur mestinyajuga mempunyanilai denganangka.Maka,jika kerja hayati obat yang termasukdalam satu seri dapat diukur dan cara kerjanya dalam seri itu serup4 maka hubungan kuantitatifstruktur aktivitas (HKSA), harusdapat pura ainitung. Tetapi, waraupundengan segara upaya dan akar, HKSA. tetap merupakan suatu tantanganyang berum sepenuhnya terlaksana'Hal ini dapat kita pahamijika kita sadari bahwa ada kerumitan besar yang berhubungan denganmolekul obat yang kecil sekalipun, apalagireseptormakromolekul yang belum banyakkita kenal, atau bahkanseluk-belukseluruhsistemkehidupan yang sangatrumit' Pemilihansejumlahparameter-kunci kimia dan biologi yang dapatdipakai pada penentuanHKSA, beserta kutak-katik statistiknya yang sangat tepat, merupakan prosesspontantersendiridengansegi epistemorogiyang agakkuat walaupun demikian, hubungan strulctur kimia dan aktivitas hayati selalu merupakanpusat penelitianobat. Di masa lalu, struktur obat diubah menurut perasaan dan secara empiris, tergantung pada daya khayar dan pengaramankimiawan yang melakukan sintesis, dan atas dasar analogi. Secara menakjubkan,hasilnya sering memuaskan,bahkan juga jika didapatkan secara kebetulan saja" atau berdasarkan hipotesisyang keliru' Namun,pendekatan coba-cobaini yang sampaisekarangpun masih juga dilakukan, sangatboros. Dengan pertimbanganhanya satu di antarasekian ribu senyawayang disintesisyang akan masuk dalam khasanahfarmasi,dan bahwa untuk pengembangansatu obat saja dapat dikeluarkan biaya milyaran rupiah, maka perlu ditemukanjalan pintasuntuk merancang suatuobat. 3.5 Metode Kimia Komputasi Istilah kimia teori didefinikan sebagai diskripsi
secaramatematikadari ilmu kimia' Istilah kimia komputasiselalu digunakanjika metodamatematikadisusun agar dapatdijalankansecaraotomatisoleh komputer.perru dicatat bahwa kata o.eksak,,dan "sempurna"tidak *un"u ikit.aspek kimia
yang dapat diselesaikansecaraeksak. Hampir setiap aspek kimia dijelaskan secara kualitatif ataukuantitatifmelalui prosedurpendekatankomputasi.pernyataanyang tidak boleh dibuat oleh kimiawan komputasi adalah asumsi bahwa setiap angka terhitung adalah eksak. Hal yang perlu dicatat adalah perhitungankualitatif atau pendekatan kuantitatif baru dapat memberikanpengetahuanyang bergunadalam kimia kalau kita dapatmenjabarkansuatusifat fisika atau kimia suatusenyawadari data yang terhitung dari kimia komputasi. 3.5.l Abinitio Istilah "ab initio" berasal dari bahasa latin yang diberikan untuk menandai perhitungan yang diturunkan secara Iangsung dari prinsip-prinsip teoritis, tanpa memasukkandata eksperimen.Ab initio mengacupada perhitunganmekanika kuantum melalui beberapa pendekatan matematis, seperti penggunaan persamaan yang disederhanakan{Born-Oppenheimerapproximation) ataupendekatanuntuk penyelesaian persamaandifferensial. Tipe yang paling terkenal dari metoda ab initio adalah perhitungan Hartree-Fock (HF) dengan metoda pendekatanmedan pusat(central field approximation).IniberartibahwatolakanCoulombikantarelektrontidak secara spesifik dimasukkandalamperhitungan,tetapiefek total interaksikorelasinyadimasukkan dalam perhitungan sebagai suatu besaran konstant. Metoda ini merupakan perhitungan variasional,yang berarti bahwaenergi pendekatanterhitung adalahsamaatau lebih tinggi daripadaenergi eksaknya.Dengan menggunakanpendekatanmedanpusat ini, energi yang diperoleh denganperhitunganHF selalu lebih tinggi daripadaenergi eksak dan cenderungpada harga limit tertentuyang dinamakanHF limit. pendekatan keduadari perhitunganHF adalah fungsi gelombangharus digambarkandengan beberapabentuk fungsi, yang sebenarnyahanyadapatdihitung secarapasti untuk beberapasistemyang mengandungsatu elektron.Fungsi yang digunakansering sekali merupakan kombinasi linear4 dari orbital tipe Slaterexp(--x) atauorbital tipe Gaussianexp(-*x2),yang
sering
disingkatSTo atau GTO. Fungsi gelombangtersusunataskombinasilinear dari orbital atom, atau yang lebih seringterjadi adalahmerupakankombinasilinear dari himpunan fungsi (basisfunctions). Dengan pendekatanini, banyak perhitungan HF memberikan hasil energi terhitung lebih besardari HF limit. Himpunun basis (Dasrs set) yang digunakan sering dinyatakan dengan singkatan, seperti STO-3C atbu d-31++6*. 9
t
Sejumlahtipe perhitungandimulai denganperhitunganHF kemudiandikoreksi dengan memasukkanterm tolakan antar elektron, yang diistilahkan dengan efek korelasi (correlation effect). Beberapa contoh darimetoda ini adalah teori perturbasi MoelerPlesset (MPn, n menyatakan tingkat koreksi), Ikatan Valensi Tergeneralisasi (Generalized Valence Bond, GVB), Medan Keajekan Diri Multi-Konfigurasi (MttltiConfigurations Self Consisten Field, MC-SCfi, fnteraksi Konfigurasi (Configuration Interaction, CI), dan Cottpled Cluster Theory, CC. Sebagai suatu kelompok, metoda tersebut dikenal dengan perhitungan terkorelasi atau Posr-SCF. Metoda yang dapat mengatasiterjadinyakesalahanperhitunganHF dalam suatumolekul dinamakanMonte Carlo Kuantum (QuantumMonte Carlo, QMC). Ada beberapamacamQMC, misalnya fungsi variasional,diffusi dan Green. Metoda ini bekerja dengan fungsi gelombang terkorelasisecaraekplisit dan evaluasiintegral numerik menggunakanintegrasiMonte Carlo. Perhitunganini memerlukanwaktu yang panjang, tetapi perlu diingat bahwa yang paling akurat yang diketahui sekarang.Metoda ab metodaini merupakan'metoda initio alternatif yang berkembangpesatpadadekadeini adalahteori fungsionalkerapatan (Density Functional Theory, DFn.Dalam
DFT, total energi dinyatakandalam term
kerapatanelektrontotal, bukan sebagaifungsi gelombang.Dalam jenis perhitunganini, terdapatpendekatanhamiltoniandan pendekatanpernyataanuntuk kerapatanelektron total. Sisi baik dari metodaab initio adalahmetodaini menghasilkanperhitunganyang padaumumnyamendekatipenyelesaian eksakkarenasemuajenis pendekatanyang telah eksaknya. dibuatdapatdianggapcukupkecil secaranumerikrelatif terhadappenyelesaian Sisi burukdari metodaab initio adalahmerekamerupakanmetodayang "mahal". Metoda ini memerlukankapasitasyang besar pada waktu operasi CPU komputer, memori dan ruangpenyimpanan(disk). MetodaHF memerlukanwaktu berbandinglurus 5 denganN pangkat4, N adalahfungsi basis,sehinggaperhitunganakan berlipat l6 kali jika fungsi yang akurat basisyang digunakandua kali lebih besar.Dalam prakteknya,penyelesaian sekali hanya akan diperolehjika molekul mengandunghanya beberapapuluh elektron. Secaraumum, perhitunganab initio memberikanhasil kualitatif yang sangatbaik dan dapatmemberikankenaikankeakuratanhasil kuantitatifjika molekul yang dikaji semakin kecil.
l0
3.5.2Semiempiris Perhitungansemiempirisdisusundengan caru yang secaraumum sama dengan perhitunganHF. Beberapaperhitungan,seperti integral elektron ganda diselesaikan dengan cara pendekatanatau sama sekali dihilangkan. Dalam rangka mengoreksi kesalahanperhitunganakibat penghilangansebagiandari perhitunganHF, metoda ini diparameterisasi dengancara fitting kurva untuk menghasikanbeberapaparameteratau angka agar dapat memberikan kesesuaiandengan data eksperimen.Sisi baik dari perhitungansemiempirisadalahmerekalebih cepatdaripadaperhitunganab initio. Sisi buruk dari perhitungansemiempirisadalahhasilnyasangatbergantungpadatersedianya parameteryang sesuaidenganmolekul yang dianalisis.Jika molekul yang dikaji mirip denganmolekul yang ada dalam data baseyang digunakandalam metodaparameterisasi, hasilnyaakan baik. Jika molekul yang dikaji berbedasecarasignifikan denganmolekul yang digunakandalammetodaparameterisasi, jawabannyamungkinakan sangatberbeda dengandataeksperimen,Perhitungansemiempiristelah sangatsuksesdalammenjelaskan masalah di bidang kimia organik yang hanya mengandungbeberapaunsur secara ekstensif dan molekul dengan ukuran yang sedang. Namun demikian, metoda semiempirisakan memberikanbeberapakesalahan,khususnyajika harus menjelaskan permasalahan padakimia anorganik,terutamajika kita bekerjadenganmelibatkanunsurunsurtransisi.
3.5.3Mekanika Molekuler Jika molekul sangatbesaruntuk dapatditinjau denganmetodasemiempiris,masih ada kemungkinanuntuk memodelkankelakuanmerekadenganmengabaikanmekanika kuantumsecarapenuh.Metodayang dikenal denganmekanikamolekularmenyediakan pernyataanaljabaryang sederhanauntuk energi total senyawa,tanpa harusmenghitung fungsi gelombang atau kerapatan elektron total. Pernyataan energi mengandung persamaanklasik sederhana"sepertipersamaanosilator harmonisuntuk menggambarkanenergi yang tercakup pada terjadinya uluran, bengkokandan torsi ikatan, gaya antarmolekul,sepertiinteraksivan der Waals dan ikatan hidrogen.Semua tetapandalam persamaanini harusdiperolehdari data eksperimenatau perhitunganab initio. Dalam metodamekanikamolekukar,data base senyawayang digunakandalam 11
\ -
rnetoda parameterisasi merupakan hal yang krusial berkaitan dengan kesuksesan perhitungan.Himpunan parameter dan fungsi matematika dinamakan medan gaya (Force-Fiel@. Seperti halnya pada metoda semiempiris yang diparameterisasiterhadap satu himpunanmolekul organik, metodamekanikamolekulardiparameterisasi terhadap golonganyang khas dari molekul seperti kelompok hidrokarbon,alkohol atau protein. Suatu medan gaya tertentu, misalnya protein, hanya akan berjalan baik untuk rnendeskripsikankelompok senyawaprotein, tetapi akan menghasilkandata yang jelek jika digunakanuntukmenghitunggolongan. senyawa yang lain. Sisi baik dari mekanika molekular adalah dimungkinkannya melakukanmodelingterhadapmolekul yang besarsepertihalnyaproteindan segmen dari DNA, sehingga metoda ini merupakan alat utama perhitungan bagi pala biokimiawan.Sisi buruk dari mekanikamolekularadalahbanyaksifat kimia yang tidak dapatdidefinisikandenganmetodaini, sepertihalnyakeadaaneksitasielektronik.Dalam upaya untuk bekerja dbngansistem yang besardan komplek, sering perangkatlunak mekanika molekular mempunyai kemampuan dan kemudahan untuk menggunakan perangkatlunak grafik. Mekanikamolekularterkadangdigunakankarenakemudahannya dalam menggambarkan sistem, tetapi tidak perlu merupakan cara terbaik untuk menerangkan sebuahsistemmolekul.
3.6 HyperChem HyperChem adalah suatu program Underwindows yang digunakan dalam pemodelandan simulasi molekuler. HyperChem menyediakanfitur-fitur yang terkait denganpemodelandan simulasimolekuler,di antaranyaadalah: r Menggambarmolekul dari atom-atomdan mengubahnya dalambentuktiga dimensi. o Membangunprotein dan asamnukleat dari penyusun-penyusunnya. o Pengaturan molekulsepertimemindahkandan memutarnya. o
Mengubahtampilanmolekul sepertistereo,model renderingdan labelstruktur.
a
Mengatur dan menentukan perhitungan-perhitungan kimia, termasuk dinamika molekulerdenganvariasi mekanikamolekuler, atau metodemekanikakuantum dan ab-initioatausemiempirik.
t2
r Penentuanpengaruhisotop pada perhitungananalisis vibrasi untuk metode semiempirik dan ab-initio SCF. o Menampilkanhasil perhitungankimia dalam bentuk grafik. Metode-metodeyang sering dipakai dalam perhitungankimia denganHyperChem yaitu: *
Untuk mekanikamolekuler,metodeyang dipakai antaralain : MM+, AMBER, BIO+ dan OPLS medangaya.
{. Untuk perhitunganmekanika kuantum (ab-initio dan semi-empirik),metode yang dipakaiantaralain : ExtendedHuckel, CNDO, MINDO 3, AMl, PM3, ZINDO/I dan ZINDOiS
ii
Amdatims Sndc Poit GeqEtry
r'@
Scipl
OFtinEdm.
t'lolauld
Dyiwricr... LarEBh OyHic'... tionte Cclq...
..
€t?lg ].'
InYoke ISYIR
Cdrlpute QsAR p{op6rti6
of eaitm
GambarI WindowsHyperChem7
l3
BAB III TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN Tujuan Penelitian Berdasarkan permasarahan yang dijumpai,ieneritianyangakandirakukan ini bertujuan untuk: l ' Mencari hubungan kuantitatif struktur-aktivitas senyawa obat flu burung dengan menggunakan metodeSemiempirisAM.l. 2. Mendesain senyawa flu burung yang memiriki aktivitas yang optimum dari persamaan yang dipreroleh yang memiliki signifikansitinggi. Manfaat Penelitian Adapun manfaatpenelitianyang dilakukan
adalah:
I ' Memberi gambarantentangpeneritianyang
terkaitdengankimia komputasi 2. Memberilandasanpadapenelitian_penelitian berikutnya. 3. Memperkayakhasanahilmu pengetahuan.
t4
BAB IV METODE PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitian Penelitianini dilakukanmulai dari bulan Juni sampaiMaret oktober 200g, dan tempar penelitiantidak mutlak karena,selamadi sanaada komputer dan program Hypechem sertaSPSS,penelitiandapatdilakukan.
Penelitian ini menggunakan : o Komputer dengan spesifikasi
r Media penyimpan data (Flasdisk). .
SoftwareKimia HypeChem 7.
o Software pengolah data Dalam penelitian akan dicari hubungan kuantitatif strukrur-alctivitas senyawa obat flu burung dengan menggunakanmetode semiempirik AMI dilanjutkan dengan mendesain senyawaobat yang memiliki aktivitas yang optimum.
5'1 Menentukanhubungankuantitatif struktur-aktivitas senyawa obat flu burung Unfuk mengetahuihubungankuantitatifstruktur-aktivitas,dibutuhkan data-data: l' Parameter-parameter yang terkait dengan stnrktur, dalam hal ini parameterparameteryang dipakai adalahmuatanbersihatom (q), momendipol (D), energi
t5
LUMO, energiHoMo, porarisabiritas (p), masamorekur(m) dan ruaspermukaan (A) riap-tiap struktur. 2' Aktivitas biologi senyawatersebut, dalam hal
ini aktivitas biologi yang dipakai adalahaktivitasbiorogiyangdinyatakan daramEC5s(diperorehdari riteratur). Langkah-langkahperhitunganparameter-parameter struktur denganprogram Hyperchem 7 adalah: l ' Menggambar struktur senyawa flu burung yang akan diukur parameternya, daram bentuk3 dimensimenggunakan HyperChem.
2. Mengoptimasistruktur a) IV{emilihSemiempiris.pada menusetup b) Memilih metodeAMl, kemudian mengklik
options. c) Melakukan pengukuran sebagai berikut : convergence Limit 0,01 kkar/(Angstrom/mor),iteration rimit 32767,Totar charge 0, Spin murtipricity l, spin pairingRHF, dan stateLowest. d) Memilih CeometryOptimizationpada menuCompute. MelakultanperhitunganSingle point. Menghitung muatan bersih atom (q), momen dipol (D), energi LUMO, energi HOMO, polarisabilitas(a), masa molekul (rn) dan luas permukaan (A) tiap_tiap struktur. Mengolahdataparameter-parameter tersebutdenganprogmm spss. Beberapalangkah yang dilakukan dalam merancangdata yang diperoreh dengan programSpSSyaitu : a) Merancangsejumlahvariabel bebasuntuk sederetansenyawaflu burung hasil perhitungandenganAMI Kemudian membuatpersamaanregresidari variabel ' bebasdarammuatanbersih atom (q), momen dipor (D), energi LUM', energi HoMo, porarisabiritas (p), masamorekur(m) dan ruas permukaan (A) strukturb) Dari langkahtersebutdiperoleh model persamaanregresidenganvariabel terpilih untuk setiap kombinasi. Moder ini dipakai sebagaipirihan moder persamaan prediksialtematif untuk HKSA. c) Melakukan analisisterhadap semuamodel persamaanprediksi model afternatif denganmerakukanpengujianterhadap syarat-syaratpemilihan moder. l6
Mels**ken pengujianvaridasimenggunakan parameterstatistikpRESs.Moder persamasm denganniraipREss yangparingminim merupakan persamaan terbaik.
5.2 MendesainSenyawaObat Flu Burung Dari hasil persamaanmatematik yang telah diuji validasinya, selanjutnya dilakukan desain senyawa obat flu burung dengan memperhatikanfaktor-faktor yang mempengaruhiaktivitas obat tersebut. penelitianini adalahsebagaiberikut Secaragarisbesar, dapatdituliskanlangkah-langkah
DatastruKur dan ' Altivitas Biobgi
() (J ()
senyawaFluBwung
MengganbarStrultur tiga dinnnsi senyawaFlu Burung
b0
.ia
Mengoptinasi Struktur s€nyawaFlu Burun,q
u0 a0
I a,
MengulcrrParanrterpararrEtcrStruktur
MencariHubungan Kuantitatif strukur-aldivitas
cta
AI (!o
I
5 tr
|
rx
g :< I bo6l
I
Menguji rmdel pcrsalnan regresi dengan variabelterpilft untuk setiepkorrbinasi
EDF! I o9 t
>d
I
( illenggunakan I prognm lfyprrChem 'f danPrcgramOlahDeta[
Mendcain SenyawaFlu Burung yang nrmiliki aktivitasoptimum berdasarkanpersarnaanterpil ih
l8
TabelI
Struktursenyawa flu burungdanAktivitasnyaterhadap replikasivirus H5Nl StrainA/Duck/MN/tsZsl}l padaSelMDCK.
sumber: AntimicrobiarAgentand chemotherapy,Maret 200t, vorttme 45 No 3, Haranan 745.
Aktivitas,ECso" RWJ-270201 HO _.--
\,i
..
,,NH
NHocHrC---l
nil--t
BCX-1827 /\ \/
i
i/
NH
NHocHsc--i
Hht_l' NH2
,,\-__r
(\
BCX-1898 __r, "1 tll|oCH3C --
.
NH HN _'- .
,
. NH:
BCX-1823 l
NH irHocH!c---.,
611_: NHt i
'-.--_
Zanamivir
Oseltamivir o, ,j
b' ,
'r'
.i
Hr h Nucocls
Keterangan: a EC50yaitu Kadar m|l.ar.obatyang cliperlukyl untukmencapai efekseparuh-mal<simum, atau yangmenghasilkan efekdalam50%kelompokhewanperrriiin-"
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN Penelitianyang telah dilakukan ini dilaksanakan dari bulan Maret sampaidengan pertengahanoktober 2008- Penelitianini bertujuanuntuk mencarihubungankuantitatif struktur-aktivitassenyawaobat flu burung dengan menggunakanmetode Semiempiris AMI dan mendesainsenyawaobat flu burungyang memiliki aktivitasyang optimumdari persamaan yang diperolehyang memiliki signifikansi tinggi. Pada penentuan hubungan kuantitatif struktur-aktivitas, diperlukan data parameter-parameter yang terkait denganstruktur dan juga data aktivitas. Data aktivitas yang dipakai adalahdataaktivitasbiologis, EC56yaitu Kadar molar obat yang diperlukan untuk mencapaiefek separuh-maksimum, atau yang menghasilkanefek dalam 50% kelompok hewan percobaan.Jumlah senyawayang dipakai, yang telah diketahui data aktivitas adalah 6 buah senyawayaitu : RWJ-270201, BCX-IS27, BCX-lggg, BCX1823,Zaniamivirdan Oseltamivir. Parameter-parameter strukur yang dihitung meriputi : muatan atom (q), momen dipol (D), energi LLIMO, energiHoMo, polarisabilitas (p), masamorekur(m) dan ruas permukaan (A) tiap+iap struktur. Pengukuran parameter-parameterini menggunakan program Hyperchem 7 Dalam pengukuran parameter-parameter ' ini terlebih dahulu dilakukan penggambaranstruktur dalam 3D dari senyawa obat flu burung yang telah diketahui aktivitasnya.selanjutnyadilakukan optimasi denganmemanfaatkanfasilitas Geometryoptimization yangterdapatpada menu Computedalam Hyperchem. optimasi ini dilakukan untuk menempatkansenyawa tersebutpada energi terendah.Jadi, dalam setiap pengukuran parameter-parameter struktur, terlebih dahulu harus dilakukan optimasi.cambar sederetsenyawaobat flu burungyangterahdioptimasiadarah
20
-
H
Ho
-s-
H--C
l: ,H C "".'
'' {, --__.r_
r
H o
,.t'c
H nifnn;" 1" ..1,
tn
C
H
.H.* . H'J ' cH -
t[
'P
H
,H
-t to'H Hc o' id- --...-'ir ='-N I Htr tl:! ,r j H Hb"'r;- --'--'d{ # nr H 1? H b.,. Hc H H o"H
H * tr
Il,
o
" - r #i
,. --!.- rl
j
.H.i ..n
H
H !-
o __c
H
rcH
H
H
GambarBCX-1827
Gambaroseltamivir
H
H
n
cH o
Nn
u
.H
..
rt cH H
^eH
nc f in
rtl
E
NF {
Bc rt
HH
--P
occ
Hrt
c
HpHN
o
r| C H
- - F Hc
H
nit tr{ H
H
H'f
H
co
H
oH
Hc
H
H. " cs Hu H n HH x -Q l .C; ic H 'c H HHH
GambarBCX -1898
H
c
rt n
an
GambarBCX -1923
2l
H
HH
gC
n $--cHH
,'"*#t H ^
H
_ H
c H
,H H- - - c H trH
c H H . , " . - ..
't
Hc o
il---,^
,HU
-c'l .--.. rh c ,,.h
%
H
,'i
l{ H
H
c H N H ,,et
,,i' o --c
,,rc{
C H
HO
H
,,,8* o
o
H
o
CambarRWJ-270201
1.-ry bt..-
HtiO;6.-
''til H
'H H,ff-**'nr o.'e---.-__,,
H
:.\ ,c-' CH
oH
n HO
HH
Gambar Zanamivir
Gambar 2: gambarsrrukturosertamivir, Bcx_rg27,Bcx-rg9g, Bcx _r923, RwJ_
untuk ffi:i'":*:i' :#T:i:::ff
parameter-parameter strukrur
#-1f::-,*'::i senyawa tersebut, terlebih
'1,
$l
dahulu difakukan
senvawa tersebut. Gambar stuuktur dasar Jiff,1'il:,"om
r$
'-''I
B 67 I ''?
5 ',**--_,i
-'11
3
4
g
17 t5 l4 lB
16
ll l0 "t2
tg
a L1f
zo
22. Gambar3 : strukturdasardenganpenomoran
--' at /1
trtl
v) o
N F
c) c) o
X X X \o 00 oo N) \o hJ ()) @ I
1
I
-J
(r) €
N
(D
o X
o q
o2f
I
t) \t
(n
ct,
-l D) -
o
{
s
tN)
5 (-rl
tJ
NJ 5 (rl i')
{
@
t.)
oa ,r
st 'o
oj
Ei
lz,
A)
go
HP I
I
\o b\ 5 s io (}\ (, tJ $ u) \o {(rJ oo s \o s oo
(Jt
-.1
(.rl 5 @ N) t\) \o
tJ
o\
\o \o 5
NO
{
{
{o
NO
{o N
I
I
I
I
I
(D
oa -
I -=
ttJ
o\
po
AC N
N
l..J <>
NC
c
{o
O\Q
ao
{g
{o
(, (/J o\ { ic tt\ \) \o (JJ
UJ (+)
UJ UJ
LJ
\o
NJ
o
{
o
{
6
i'J
i')
F
€ N
N
z
a U7
U)
l'.)
oo s o\ !'J 9\ (/)
t^) UJ
b {
5 \"I
h.) 5
Ag ;= (D Fl
A
(t
N
(D a
(n
t.) ( >
-p
7 '.> C,)
@o
z
6C
(/) L)
t\)
(D
o ,(
,r
6O
3
+Q
z I
A
(r)
t5
-ot v ^i U) sT i'd
z
a N
(t)
UJ
:3
a)
T t) a
3 (t (,n
u) -x 5q
5
N
(j)
.+
T
(A
t]) UJ
A,
'o cr n
oa
*o
(,J
A Y
{o
+
t\J oo 5 (Jl
7i
o 5
-.1
u)
t/l
'6r (D p)
CD
(D I
st "o r'.J 5
o
o
b
(D
!o !o p p p p oo eo ao o\ oo A tl o\ { (, { t) ! (rl o\ \o w {(}J o\ \o s ao (/r
Y $)
oex b
-.,1 c
1..)
a F)
{
UQ
o po
s (t
{o
-9
{
-l A );r
3
5
{9
(t)
3€
h
F)Y
o \ N) N) \o (.', b oo (}) (+)
6 \D @
.:@ bJ {
H5 !r
X
{c )
l") AH
UJ
o
X
p
oa tr
Nlx
o
ol ir l
Ho
!
u
E
al vl
ao
60
NO 5
!t el
ED) at) (D s(+) ()) 5\o s A 5 t) @ \o Ol s (.tlo\ ie \ \ bo tr (Jl { 1..) @
NO
s1 |
(D
( Dl
7r
7 i' I
\)
p
N
(a
60
i-J
{
o
;
>rl
c)
;
o
;
9l
"l
>l
FO
-9 o\
<
p
p
.)
_
o p
N
dl
Fl
so
*:
\to
-9
ac )
tl
rC) TJ
n
'N l.J
!..,
Dari tabel z dan 3 terrihat, jumrah variaberbebas2g sedangkanjumrah variabel tidak bebassebanyak l' Untuk melihat hubunganyang terjadi antaravariabel bebasdan variabel tidak bebas, diperlukan suatu analisis statistik yang sesuai dengan jenis data' berdasarkan riview literatur., satah satu jenis analisis statistik yang dapat digunakanadalahregresilinier berganda. Untuk mendapatkankoefisien-koefisien regresi dari model regresi berganda tersebut, diperlukan beberapaasumsi(asumsi klasik). Sarahsatunya,banyaknya data pengamatan (n) minimal' banyaknyavariabel bebas+ 2. Sehinggadiperrukan datasamperpengamatan sebanyak28 + 2: 30 data' Berdasarkan review literatu,yang rnendukung peneritianini, data yang kami perolehhanya 6 buah. Hal ini mengakibatkanpefanggaran dari asumsi klasik' Sehinggakami mereduksi 28 variabel bebastersebut menjadi 4 variaber bebas. Variabel bebasyang dipakai adalahEho*o,momen dipol (D), polarisabilitas(p) dan luas permukaan(A) struktur. sedangkan variabermuatan (q), dan Eru,no kami pertimbangkan untuk ditiadakan'Pertimbangan kami ini dikarenakanvariaber muatan sudahten.,akiri oleh momendipol. Sedangkan E1rn,o sudahterwakili oleh E6o_* Berikut ditampilkan data pengamatan yang akan diolah rnenggunakan regresi . linier bergandadenganmenggunakan programSpSSversi I I. Tabef4 : datayangdiolah No
Nama Senyawa
Aktifitas
D
P
A
4.26200
33.96
416.88
-9.82773s 2.50700 33.32 -9.6630s5 4.24500 37.63 -9.80730s 2.43100 36.99
4.3('7i
0.200
a55E.
-9.843906- 2.53000
30J7
U.zZQ
300.65
-9.81764,
28.45
431.40
EHoro
1
RWJ-270201
U .U l U
-9.665693
z
BCX-1e27
U.U22
3
BCX-1898
U.UzO
4
BCX-1923
u.010
A
4.Anamtvtr
Oseltamivir
6
3.79842
481.77
LangkahAwal Pengolahan datadimulaidenganpendeskripsian dataawaruntuk melihatpolapenyebaran datadanvalidasidataawal.Berdasarkan hasiroutputdarispss, diperoleh deskripsidatasebagai berikut:
25
-
Tabel 5 : outputSPSSdalampendeskripsian data Descriptive Statistics Variabel
Aktifitas E Homo
Mean
Std. Deviation
.08033
N
.100760
-9.770894333 .0833820349
Momen_Dipol
3.29557
.899298
Polari
33.4200
3.6U12
A
426.7783
69.74160
A
o
6
6
Berdasarkantabel di aks, untuk masing-masingvariabel pengamatantidak ada data yang hilang (missing value) dimana data untuk masing-masingvariabel berjumlah 6 buah pengamatan.
Untuk Variabel Aktifitas Tak Bebas Aktifitas (Y), Rata- rara data 0.08033 dengan standar deviasi sebesar0.100760. Sedangkanuntuk masing-masingVariabel Bebas rnemiliki rata-raadan standartdeviasiuntuk E homo-g37}8dan 0.0833, Momen Dipol 3.29557 dan 0.899298,Polari 33.420 dan 3.634, dan luas permukaan 426.7783 dan 69.7416. Hal ini menunjukanpola penyebarandata, khususnyapada Variabel A lebih menyebarbila dibandingkandenganvariabeldatapengamatan yang lain. Model Regresisecaraumum untuk datapengamatan di atasadalah Y = F o+ F,X,+ Fr Xr+ FrX r+ poX n+c Dengan menggunakan Paket Program SPSS. Diperoleh parameter-parameterregresi seperttabel 6. Tabel 6 : Parameter-parameter regresi Model
Unstandardized Coefficients Standardized Coefficients B
1
(Constant)
-39.262 E_Homo -3.859 Momen_Dipol .302 Polari .038 A -.001
Std.Enor 16.523 1.588
Beta
.126
-3.193 2.697
.026
1.377
.001
-1.026
26
Denganmenggantikan p:*ameter-parameter regresi denganangka_angka diperoreh' yang terah makadiperoreh moderregresiawarsebagai berikur
+0 302x,+0038.{,_0.00rx4' ;:;::fi;:::* (P)danruas permuJil;ilJ:il
ata,tdenga menggantikan Xr, parameter Eho'o' momen dipol@),porarisabiritas
Y = 491262+ 3,g59Ero,nu + o,3o2D_o,oolA akandiujisignifikansi darimasins parameter resresi parsiar secara
,T:ilJj:l*"r"
Prosedw pengujion
paiamekr regresi secaraporsial, perumusan I. Hipotesis
a . Ho:p, =g
H r:po * 0
b . Ho:B =g
H r:8,* a
c. H o:p, =g
H,:fl*o
cl. H r :pr=g e. Ho :4 =g
H ,:P r* 0 Hr:po*0
2. Besaranyang diperlukan arameterregresisecara parsial UnstandardizedCoefficients 1, - - - - . - _
(uonstant)
E_Homo Momen_Dipol Polari A
16.s23 1.588 .126 .026 .001
.254 .248 .251 .384 .274
sig niIaisigninkansi) s (\ --'rs*r5r'rrransu untuk untuk J,:T ;::-r:,'.T j]::--,, mas masinging)' ::i'::' :' hilq r nilai ^:^ berada ^ir^: sig
masing variabel, dimana
signifikan rrenoo,-llll.o:': dengan kata lainn;r;r;;, ;;;r#, a. UntukKonstanta (0.254)> 0.05
di bawah0.05,variaber tersebut Perhatikanbahwa Nilai sig
b. UntukVariabelE Homo (0.245)> 0.05 c. UntukVariabelMomen Dipol(0.251)> 0.05 d. UntukVariabelpolari (0.334)> 0.05 e. UntukVariabelA e.274) > 0.05 4' Karenauntukmasing-masing variaberniraisig berada di atas0'05' o o5 m^,^ r-:__ makahipotesis Ho untuk masing Bo, i, Br, 1aun io, oite.i,u na, artinya setaip data pengamahnpadavariaber bebasTIDAK memberikan konstribusiyangsignifikan padavariabeltidak bebas. Berdasarkanpengujian diatas, dapat dibentuk serang untuk masing-masing variabel tilercat
:::::: *o3
llercaraan t t""*:ltin8kut
e5%.Berikuthasitoutput darispsS.
kepercayaan masing-masing variabel 95% ConfidenceInterval for B
F_Homo Momen_Dlpot Polari A
1.588 .126
1-2a.$0 ,,_t.zst
.026
j_.zss
i.stz
f_ .o r o
i.o o ,
ooi
aPreoiao@ b DependentVariable:Aktifitas
Polari,E ttoffi
i ,u.r, I r.sor
Prosedurpengujionparameter regresisecarasimultan, perumusan L Hipotesis H o :p = g
H r: p *o
2. Besaranyang diperlukarl Pengujian parameter regresiseca"ra stmuItan
W Model 1
Sumof Squares \sYrsltstofl
Residual fotal
df
.49
4
.002
MeanSquare F .412 t.tt5
1
.002
.051
5 A, tvtomen_Dipol,Fffi
DependentVariable: Aktifltas
Homo -
28
sig. .262(a)
-
a J.
StatistikUji Dapatdilihatdari nilai F-tabeldan Nilai Signifikansi
4. Kriteria Pengujian Dengantaraf nyata a = 5yo , Hipotesi f/o Tolak , karena F Hitung (7.775) < F Tabel(224.6) Nilai signifikansimodel (0.262) > dari 0.05 5. Kesimpulan, secara simurtan data pengamatan pada
variabel bebas,TIDAK mempengaruhi datapengamatan padavariabertidak bebas.
ProsedurPengujianKoefisien Determinasi parameter regresisecaraparsiar, l. Perumusan Hipotesis Ho:R2 =0
Hr:R2 *0
2. Besaranyang diperlukan Tabel l0 : output SPSSdalamPengujianKoefisien Determinasiparameterregresisecara parsial
3. KriteriaPengujian,
I .1.
denganmembandingkan Niraisig ( niraisignifikansi) daritaberdengannilai signifikansi yangdi inginkan ofehpeneliti,dalamhalini tingkatsignifikansi nyaadalah95Yoataua = 0.05 Kesimpulan Karenanilai hitungSig(0.262)> 0.05,makaHipotesis 1y'0diterima
Dari hasilpengujiansignifikansidari persamaan Y = -39,262* -3,g59Emro * 0,302D- 0,001Asecara parsialdansimultan, terlihatbahwakoefisien-koefisien tersebut tidak memberikan kontribusiyangsignifikanterhadapY. Dengankata lain, parameter_
29
-!I
parameterEho*o'momen dipol (D), polarisabilitas(P) dan luas permukaan (A) tidak memberikankontribusi yang signifikan pada aktivitas biologisnya.pada hal, dari hasil pengujiankoefisien determinasi parameter regresi secaraparsial, diperoleh data R2 yang besaryaitu a'969' Kemungkinan,hal ini disebabkankarenajumlah datapengamatan yang terlalu sedikit' sehinggajumlah data pengamatan tersebuttidak mewakili persamaan tersebut'Di sampingdenganpengujian secaraparsialdan simultan,kurang signifikannya parameter-parameter struktur tersebut terhadapaktivitasnyajuga terlihat dari pengujian denganmerode sr'pwrs', REMovE, BACK*ARD dan F.R*ARD (dapatdirihat padalampiranl).
Desainsenyawaobat llu burung Dari persamaanregresi yang memiliki
signifikansi tinggi, kita dapat mendesain senyawa obat flu burung.Kalau kita melihatpersamaany = _39,262+ -3,g59Ehomo * A302D_ 0'0014' terlihatbahwamomendipol memiliki koefisienyang lebih besar, sehinggakita dapatmendesainsenyawaobat flu burungdenganmemodifikasimomen dipolnya.Tetapi, padapenelitianini, persamaan yang diperolehmemiliki signifikansi yang cukup rendah, atau masing-masing parameter tidak memberikan kontribusi yang signifikan. Kemungkinanhal ini disebabkan olehjumlah datapengamatan yangsedikit,walaupunR2 nya cukupbesar. sehingg4 persamaan ini tidak bisadigunakansebagaimodel. Apabila kita tetap memakai analisis regresi, maka diusahakan untuk menggunakandatayang mencukupi. Atau kemungkinananarisisnyabukan menggunakan analisisregresi.
30
ru-
BAB VII KESIMPULAIY DAN SARAN Kesimpulan Dari uraianyang telah disampaikandi depan,maka dapatdisimpulkan : .
Hubungankuantitatif struktur-aktivitasdari enam data pengamatansenyawaobat flu burung adalahY =
-391262 + -3'859Ehomo * 0,302D - 0r001A denganR2
0,969, tetapi dari uji signifikansi model, menggunakanuji t dan uji F menunjukan masing-masingparameter kurang memberi kontribusi yang signifikan terhadap aktivitas. o
Dari model persamaanhubungankuantitatif struktur-aktivitastersebut,dimungkinkan untuk mendesain senyawa obat flu burung dengan memodifikasi Eno*o struktur. Tetapi, karenamasing-masingparameterdari model persamaanyang diperoleh tidak memberi kontribusi yang signifikan, maka persamaantersebut tidak/kurang bagus dipakaidalammendesainsenyawaobat flu burung.
Saran o
Perlu penelitian eksperimental untuk mendapatkandata aktivitas dari beberapa senyawaobat flu burung.
.
Digunakananalisisyang lain.
3l
-
DAFTAR PUSTAKA DeJongMD, Thanh,TT, Khanh,TH,.Hien,VM, Smith,GJD,Chau,Ny, et al, 2005' oseltamivir resistancedurini A (HsNt) infection.N EngtJ Med, 2005;353(25). ""ir*t"i'iflr1lu"*o Donald,F.S.,John, ry.H.,, Ann, C. M., Dale,L.8.,And Robert,W.S.,2001, cyclopentane Neurarninidase Inhibitois.iti pot"nt In vitro Anti-Influenza virus Activities,Antimicrobiar AgentAnd chemotrr"rupv, volume 45 No. 3, American Societyfor Microbiology. ElenaA., Govorkov4Ho:g,-l,.nFa1g,Ming Tan, andWebsterl, Neuraminidase Inhibitor-Rinantaiine 'combinations R.G., ZAA4, Exert Additive ond synergisticAnti'Influenzavirus Effectsin MDCK cells, antimicrobial Agent And chemotherapy, vorume4g,N; 12,Americansociety io, tvti*ouiorogy. Gubareva' L.v. , w-ebster, R.G-,And Hayden,F.G.,200r, comparisanof the Activitiesof zanamivir, oseltamivir,and RWJ-2rrjzot igoinst CiintcatIsolatesof InfluenzaYirus and Neuraminidose Inhrbitor,-R"rirtort Agent And chemotherapy,vorume 45, No -rz, variants,Antimicrobial American io"i.tv for Microbiology Hanum,M.,2003,AnalisisHubunganKuantitatif struktur_Ataivitas (HKSA)Dari SatuSeri SenyawaI'2,4-Thiadiazotinyaig aiaoi"rt on AtasMuatanBersihAtomAtomSenyawa_Senyawa Tersebut, fMfp{ UCM, yogyakarta. http://www.depkes.go.id/, diakses padatanggall6 Febru an 2007pukur 12.37wrB. http://www'interscience.wiley.com/, diakses tanggali Maret2007diakses tanggall6 Februari pukul13.32WIB. http://www.netsci.org/science/compchem/, diaksestanggarr 7 Februari2007pukur 13 . 2 5 WrB. Nogradi,7., 1992,Kmia Medisinalpendekatan secaraBiokinia{Terjemahan), Terbitankedua,penerbitITB, Bandung Pranowo,D.w., 2005,pengantarKimia Komputasf, Jurusanrlrr'rs Kimia IFMIPA rvrrr n uGM u\rtvlt Yogyakarta
Yulistia,rrza'2003'HubunganKuantitatifstlu ty-,aktivitas(HKSA)Terhadap suatu Ser i Senyawa n Vi nkad ifu r n ia Sebagai sertyawa AntipIasmodial, F MlpA .Turuna UGM, Yogyakarta
32
