KAJIAN DOCKING 3-[(ASETILOKSI)METIL]-7-[(4-HIDROKSI-3METOKSIFENIL)METILIDIN]AMINO]-8-OKSO-5-THIA1-AZABISIKLO[4.2.0]OCT-2-ENE-ASAM KARBOKSILAT MENGGUNAKAN DOCK6
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat mencapai derajat Sarjana Farmasi (S.Farm) pada Fakultas Farmasi Universitas Muhammadiyah Surakarta di Surakarta
Oleh:
SYAFIRA AMALIA ARTINDA K100120141
FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA SURAKARTA 2016
i
PENGESAHAN SKRIPSI Berjudul: KAJIAN DOCKING 3-[(ASETILOKSI)METIL]-7-[(4-HIDROKSI-3METOKSIFENIL)METILIDIN]AMINO]-8-OKSO-5-THIA-1AZABISIKLO[4.2.0]OCT-2-ENE-ASAM KARBOKSILAT MENGGUNAKAN DOCK6 Oleh: SYAFIRA AMALIA ARTINDA K100120141 Dipertahankan di hadapan Panitia Penguji Skripsi Fakultas Farmasi Universitas Muhammadiyah Surakarta Pada tanggal: Mengetahui Fakultas Farmasi Universitas Muhammadiyah Surakarta Dekan,
Azis Saifudin, Ph.D., Apt
Pembimbing Utama
Pembimbing Pendamping
( Prof. Dr. M. Kuswandi, SU., M.Phil., Apt. )
Penguji : 1. Dedi Hanwar, M.Si., Apt. 2. Ika Trisharyanti D.K, M.Farm., Apt. 3. Prof. Dr. M. Kuswandi, SU., M.Phil., Apt. 4. Broto Santoso, M.Sc.,Apt
ii
(Broto Santoso, M.Sc., Apt.)
1. 2. 3. 4.
DEKLARASI Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Saya bersedia dan sanggup menerima sanksi sesuai peraturan yang berlaku apabila terbukti melakukan tindakan pemalsuan data dan plagiasi.
Surakarta,
Januari 2016 Peneliti
(Syafira Amalia Artinda)
iii
KATA PENGANTAR Assalamu’alaikum warahmatullahi wabarakatuh. Alhamdulillah, puji syukur hanya untuk Allah SWT yang selalu memberikan petunjuk dan kekuatan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Kajian Docking 3-[(Asetiloksi)metil]-7-[(4-hidroksi-3-metoksifenil) metilidin]amino]-8-okso-5-thia-1-azabisiklo[4.2.0]oct-2-ene-asam Karboksilat Menggunakan DOCK6” sebagai salah satu syarat mencapai gelar Sarjana Farmasi di Fakultas Farmasi Universitas Muhammadiyah Surakarta. Dengan segala kerendahan hati, penulis mengucapkan terimakasih kepada: 1. Bapak Azis Saifudin, Ph.D, Apt selaku Dekan Fakultas Farmasi Universitas Muhammadiyah Surakarta 2. Ibu Ratna Yuliani, M.Biotech.St. selaku pembimbing akademik 3. Bapak Prof. Dr. M. Kuswandi, SU., M.Phil., Apt. selaku dosen Pembimbing I 4. Bapak Broto Santoso, M.Sc., Apt. selaku dosen pembimbing II 5. Bapak Dedi Hanwar,M.Sc,Apt selaku reviewer dan penguji 6. Ibu Ika Trisharyanti DK, M.Farm., Apt. selaku penguji 7. Ibu Feiruzi Rufida tercinta yang selalu memberi semangat dan doa 8. Teman satu tim, Sri Widyaningrum, Annisa Nur Aini, Anik Rahmawati dan Rizki Apriyani 9. Teman-teman serta pihak lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. Wassalamu’alaikum waramatullahi wabarakatuh.
Surakarta,
Januari 2016
Syafira Amalia Artinda
iv
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL........................................................................................ i HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................... ii DEKLARASI ................................................................................................... iii KATA PENGANTAR ..................................................................................... iv DAFTAR ISI .................................................................................................... v DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... vii DAFTAR TABEL ............................................................................................ viii DAFTAR SINGKATAN ................................................................................. ix INTISARI......................................................................................................... x ABSTRACT ..................................................................................................... xi BAB I. PENDAHULUAN ............................................................................... 1 A. Latar Belakang Masalah ....................................................................... 1 B. Perumusan Masalah ............................................................................. 3 C. Tujuan Penelitian ................................................................................. 3 D. Tinjauan Pustaka .................................................................................. 3 1. 7-ACA ............................................................................................ 3 2. Vanillin........................................................................................... 4 3. KH2013 .......................................................................................... 4 4. Molecular Docking......................................................................... 5 E. Landasan Teori ..................................................................................... 5 F. Hipotesis............................................................................................... 6 BAB II. METODE PENELITIAN ................................................................... 7 A. Kategori dan Rancangan Penelitian ..................................................... 7 B. Variabel Penelitian ............................................................................... 7 1. Variabel Bebas ............................................................................... 7 2. Variabel Tergantung....................................................................... 7 3. Variabel Terkendali ........................................................................ 7 C. Bahan dan Alat ..................................................................................... 7 1. Bahan ............................................................................................. 7
v
2. Alat ................................................................................................ 8 D. Tempat Penelitian................................................................................. 9 E. Jalannya Penelitian ............................................................................... 9 1. Preparasi protein dan ligan ............................................................. 9 2. Validasi metode docking ................................................................ 9 3. Docking ligan uji ............................................................................ 9 4. Analisis data ................................................................................... 10 BAB III. HASIL DAN PEMBAHASAN......................................................... 11 A. Kajian Protein dan Ligan Hasil Preparasi ............................................ 11 B. Hasil Validasi Metode Docking ........................................................... 13 C. Nilai Docking Ligan Uji ....................................................................... 13 D. Analisis Hasil ....................................................................................... 14 BAB IV. KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................ 19 A. Kesimpulan .......................................................................................... 19 B. Saran ..................................................................................................... 19 DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 20
vi
DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Struktur 7-ACA .............................................................................. 3 Gambar 2. Struktur vanillin ............................................................................. 4 Gambar 3. Reaksi singkat 7-ACA dengan vanillin .......................................... 5 Gambar 4. Struktur cephalexin dan struktur cefaclor ...................................... 8 Gambar 5. Struktur ceftriaxone dan struktur cefpirome .................................. 8 Gambar 6. Protein 2Y2G hasil preparasi ......................................................... 12
vii
DAFTAR TABEL Tabel 1. Protein target PBP .............................................................................. 11 Tabel 2. Nilai RMSD hasil docking ligan asli dibandingkan dengan ligan hasil kristalografi ........................................................................................ 13 Tabel 3. Hasil docking dengan grid score ligan uji yang lebih kecil daripada ligan asli .............................................................................. 13 Tabel 4. Hasil residu pada Kode PDB 2Y2P ................................................... 15 Tabel 5. Hasil residu pada Kode PDB 3MZD ................................................. 16 Tabel 6. Hasil residu pada Kode PDB 3UDF .................................................. 17
viii
DAFTAR SINGKATAN 3D 2D 7-ACA Å ALA ARG ASN ASP CPU CYS GLN GLU GLY ILE LEU LYS MET PBP PDB PHE PLIP RAM RMSD SER TRP TYR VAL
: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :
3 dimensi 2 dimensi 7-aminocephalosporanic acid Angstrom Alanin Arginin Asparagin Asam aspartat Central Processing Unit Sistein Glutamin Asam glutamat Glisin Isoleusin Leusin Lisin Metionin Penicillin Binding Protein Protein Data Bank Fenilalanin Protein Ligand Interaction Profiler Random Access Memory Root Mean Square Deviation Serin Triptofan Tirosin Valin
ix
INTISARI Adanya penyalahgunaan antibiotika seperti penggunaan antibiotika pada ternak dan pertanian yang bukan tujuan pengobatan menyebabkan terjadinya penularan penyakit dari hewan ke manusia yang berujung adanya resistensi bakteri terhadap antibiotika. Salah satu strategi untuk mengatasi resistensi bakteri terhadap antibiotik adalah mendesain agen antibakteri yang baru dan ampuh dengan cara melakukan kombinasi antara inti farmakofor senyawa antibiotika dengan senyawa alam yang memiliki potensi sama. Senyawa hasil reaksi antara 7ACA dengan vanillin yaitu KH2013C, dengan menggunakan metode docking diuji kekuatan ikatannya terhadap protein target PBP yang kemudian akan dibandingkan hasilnya dengan kekuatan ikatan ligan asli protein PBP dan ligan pembanding. Docking molekul dilakukan antara ligan uji (KH2013C) dan ligan pembanding (Cephalexin, Cefaclor, Ceftriaxone dan Cefpirome) dengan protein target Penicillin Binding Protein (PBP). Metode docking dilakukan menggunakan perangkat lunak berupa program Marvin Beans, UCSF Chimera, PyMOL Molecular Graphics System, PLIP dan DOCK6. Terdapat 3 PDB ID yang memiliki grid score lebih negatif daripada native ligan secara berurutan yaitu 3UDF -38,92253 kkal/mol; 3MZD -48,9805kkal/mol; dan 2Y2P -50,4182kkal/mol. Hasil docking antara protein target dengan ligan uji (KH2013C) dan protein target dengan ligan pembanding didapatkan nilai afinitas yang cukup baik untuk ligan uji. Hal ini membuktikan bahwa KH2013C memiliki ikatan dengan protein target yang cukup baik jika dibandingkan dengan ligan pembandingnya. Modifikasi struktur dengan penggabungan 7-ACA dan vanillin menghasilkan KH2013C yang memiliki gugus metoksi dan gugus imina. Hal ini membuktikan bahwa gugus metoksi dan gugus imina yang terbentuk juga memiliki potensi dalam aktivitas antibakteri. Adanya gugus imina yang terbentuk menyebabkan ikatan yang terjadi antara ligan dan protein target menjadi lebih kuat dilihat dari grid scorenya. Tidak ada asam amino yang spesifik dalam ikatan antara ligan uji dan protein target. Setiap PDB ID membentuk ikatan dengan asam amino yang berbeda untuk mengikat ligan uji karena posisi yang terhitung tidak pada asam amino yang sama, binding site pocket yang terlalu besar dan konformasi 3D yang berbeda.
Kata kunci : KH2013C, docking molekuler, 7-ACA, vanilin, DOCK6
x
ABSTRACT Abuse antibiotic like using antibiotic for livestock and agriculture thats not for medicinal treatment can induce spreading disease from animal to human and can cause resistence bacterial from the antibiotic. Strategy for overcome the resistence bacterial from antibiotic is having new design of powerful antibiotic by combine natural compound with pharmacophore of existing antibiotic. Result of combining reaction between 7-Aminocephalosporins acid and vanillin is 3[(acetyloxy)methyl]-7-[[(4-hydroxy-3-ethoxyphenyl)methylidene]amino]-8-oxo5-thia-1-azabicyclo[4.2.0]oct-2-ene-2-carboxylic acid or KH2013C through addition elimination reaction. KH2013C having experiment of strength binding with target protein PBP then compared the result of strength binding the native ligand PBP and comparator ligand. Molecular docking between KH2013C as test ligand and comparator ligand (Cephalexin, Cefaclor, Ceftriaxone dan Cefpirome) with targeted protein Penicillin Binding Protein (PBP) using Marvin Beans, UCSF Chimera, PyMOL Molecular Graphics System, PLIP and DOCK6. There are three PDB ID have more negative grid score than the native ligand, 3UDF -38,92253 kkal/mol; 3MZD -48,9805kkal/mol; dan 2Y2P 50,4182kkal/mol. The result of molecular docking between target protein with test ligand (KH2013C) and target protein with comparator ligand are affinity value exactly good for test ligand. This case evidence that KH2013C have binding with target protein if compared with comparator ligand. Structure modification from combination reaction of 7-ACA and vanillin having metoxy group and imine group. This case evidence that metoxy group and imine group having potency on antibacterial activity. Imine group cause binding between ligand and target protein become stronger, it can see on their grid score. No one specific amino acid at binding between test ligand and protein target. Every PDB ID compose binding with different amino acid for bind the test ligand because the implicatly posisition is not on the same amino acid, larger binding site pocket and different 3D comformation. Keywords : KH2013C, molecular docking, 7-ACA, vanillin, DOCK6
xi
