MAKALAH KIMIA MEDISINAL PARAMETER KIMIA FISIKA DALAM HKSA DAN MODIFIKASI STRUKTUR MOLEKUL SBA DALAM RANCANGAN OBAT
OLEH :
SRI RAHMAWATI 70100110108 FARMASI C
JURUSAN FARMASI FAKULTAS ILMU KESEHATAN UNIVERSITAS ISLAM NEGERI ALAUDDIN MAKASSAR
SAMATA-GOWA 2013
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan berkahnya serta salam kepada baginda besar Muhammad SAW yang telah memberikan cahaya hidup sehingga kami dapat menyelesaikan makalah ini dengan baik. Dalam penyusunan makalah ini, penyusun menyadari tanpa adanya dukungan dan bantuan dari berbagai pihak, baik dalam bentuk dorongan moril maupun materil, makalah ini tidak akan terwujud sebagaimana harapan penyusun. Oleh karena itu, penyusun mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya atas motivasi dan bantuan yang telah diberikan. Dalam makalah ini secara umum dibahas parameter sifat fisika-kimia dalam hubungan kuantitatif struktur aktivitas yaitu parameter hidrofob, elektronik dan sterik dengan bantuan sterik serta modifikasi struktur molekul obat Dalam penyusunan makalah ini penyusun telah berusaha melakukan yang terbaik namun,masih begitu banyak kekurangan. Oleh karena itu, saran dan kritik yang membangun sangat saya harapkan. Semoga bermanfaat dan dapat diterima dengan baik. Dan semoga Allah SWT senantiasa melimpahkan rahmat,taufik dan hidayahnya kepada kita semua.Amin.
Makassar, juni 2013 Penyusun
DAFTAR ISI SAMPUL DEPAN…………………………………………………….……xi KATA PENGANTAR………………………………………………..…… xii DAFTAR ISI………………………………………………………..…… .xiii BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang…..…………………………………………….….….1 B. Rumusan Masalah………………………..……………….….………2 C. Tujuan………………………………………………………….…….2 BAB II
PEMBAHASAN
A. HUBUNGAN KUANTITATIF STRUKTUR-AKTIVITAS 1. Model Pendekatan HKSA Free-Wilson ……………………….…3 2. Model Pendekatan HKSA Hansch…………………………….…4 B. PARAMETER SIFAT KIMIA FISIKA DALAM HKSA 1. Parameter Hidrofobik……………………………………...……..7 2. Parameter Elektronik……………………………………………..9 3. Parameter Sterik………………………………………..………..11 C. MODIFIKASI STRUKTUR MOLEKUL SBA 1. Seleksi atau sintesis :Obat Lunak”……………………………... 16 2. Pembuatan pra-obat dan “Obat Target…………………………..18 3. Modifikasi molekul senyawa yang sudah diketahui aktivitas biologisnya ……………………….…………19 D. CONTOH MODIFIKASI ………………………………………….27 BAB III
PENUTUP
A. Kesimpulan……………………………..…………………………...29 B. Saran……………………………….…………………………..........29 DAFTAR PUSTAKA……………………………………………………....30
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Kimia medisinal adalah ilmu pengetahuan yang merupakan cabang ilmu kimia dan biologi, digunkan untuk memahami dan menjelaskan mekanisme kerja obat pada tingkat molekul.kimia medisinal melibatkan studi hubungan struktur kimia senyawa dengan aktivitas biologis dan menghubungkan perilaku biodinamik melalui sifat-sifat kimia fisika dan kereaktifan kimia senyawa obat. Sifat kimia fisika dapat mempengaruhi aktivitas biologis obat oleh karena dapat mempengaruhi distribusi obat dalam tubuh dan proses interaksi reseptor. Aktivitas senyawa bioaktif disebabkan oleh interaksi antara molekul obat dengan bagian molekul dari obyek biologis.dasar dari aktivitas obat adalah proses-proses kimia yang kompleks mulai dari saat obat diberikan sampai terjadinya respon biologis. Hubungan kuantitatif struktur kimia dan aktivits biologis obat (HKSA) merupakan bagian penting rancangan obat, dalam usaha mendapatkan suatu obat baru dengan aktivitas yang lebih besar, keselektifan yang lebih tinggi, toksisitas atau efek samping yang sekecil mungkin dan kenyamanan yang lebih besar. Modifikasi molekul merupkan metode yang digunakan untuk mendapatkan obat baru dengan aktivitas yang dikehendaki, antara lain yaitu meningkatkan aktivitas obat, menurunkan efek samping, memperpanjang masa kerja obat, dan meningkatkan aspek ekonomis obat. Aktivitas obat berhubungan dengan sifat kimia fisika obat, dan merupakan fungsi dari struktur molekul obat. Hubungan struktur kimia dan aktivitas biologis yang tidak baik dapat disebabkan oleh kurang baiknya metode penelitian yang digunakan. Oleh karena itu, pengetahuan tentang hubungan struktur kimia dan aktivitas biologis merupakan dasar penting dari penggunaan rancangan obat.
B. Rumusan Masalah 1. Bagaimana hubungan struktur kimia dengan aktivitas biologis suatu senyawa? 2. Apa saja parameter sifat kimia fisika dalam HKSA? 3. Apa saja metode dalam modifikasi struktur molekul obat? C. Tujuan 1. Untuk mengetahui hubungan struktur kimia dengan aktivitas biologis suatu senyawa 2. Untuk mengetahui parameter sifat kimia fisika dalam HKSA 3. Untuk mengetahui metode-metode dalam modifikasi struktur molekul obat
.
BAB II PEMBAHASAN A. HUBUNGAN KUANTITATIF STRUKTUR-AKTIVITAS Aktivitas biologis suatu obat diperoleh setelah terjadi interaksi senyawa dengan molekul spesifik dalam obyek biologis. Interaksi tersebut ditunjang dengan spesifisitas sifat kimia fisika senyawa yang tinggi. Aktivitas obat berhubungan dengan sifat kimia fisika obat, dan merupakan fungsi dari struktur molekul obat. Hubungan kuantitatif struktur kimia dan aktivits biologis obat (HKSA) merupakan bagian penting rancangan obat, dalam usaha mendapatkan suatu obat baru dengan aktivitas yang lebih besar, keselektifan yang lebih tinggi, toksisitas atau efek samping yang sekecil mungkin dan kenyamanan yang lebih besar. Selain itu dengan menggunakan model HKSA, akan lebih banyak menghemat biaya atau lebih ekonomis, karena untuk mendapatkan obat baru dengn aktivitas yang dikehendaki, factor coba-coba ditekan sekecil mungkin sehingga jalur sintesis menjadi lebih pendek. Pendekatan hubungan struktur dan aktivits biologis mulai berkembang dengan pesat dengan dipelopori oleh Corwin Hansch dan kawan-kawan, yang menghubungkan struktur kimia dan aktivitas biologis obat melalui sifat-sifat kimia fisika umum seperti kelarutan dalam lemak, derajat ionisasi atau ukuran molekul. Setelah itu hubungan kuantitatif antara aktivitas biologis dan parameter yang menggambarkan perubahan sifat kimia fiiska yaitu parameter hidrofobik, elektronik dan sterik. 1. Model Pendekatan HKSA Free-Wilson Free dan Wilson (1964) mengembangkan suatu konsep hubungan struktur dan aktivitas biologis obat yang dinamakan model de novo atau model matematik Free-Wilson. Bahwa respon biologis merupakan sumbangan aktivitas dari gugus-gugus substituent terhadap aktivitas senyawa induk, yang dinyatakan dengan persamaan: Log 1/C = Σ S + µ Log 1/C = logaritma aktivitas biologis ΣS = total sumbangan substituen terhadap aktivitas biologis senyawa induk µ = aktivitas biologis senyawa induk
pada substitusi bermacam-macam gugus pada daerah atau zona yang berbeda Log 1/C = Σ An.Bn + µ Σ An.Bn = total sumbangan aktivitas dari n substituen dalam n zona terhadap aktivitas senyawa induk Jumlah senyawa yang disintesis merupakan hasil kali jumlah substituen pada tiap-tiap zona dari senyawa induk Jumlah senyawa minimal yang disintesis untuk dapat dianalisis secara Free Wilson N = 1 + Σj (ni -1) j = jumlah kedudukan substituen ni = jumlah substituen pada kedudukan i Untuk menghitung konstribusi masing-masing digunakan perhitungan statistik cara matriks dan analisis multiregresi linier dengan bantuan computer program QSAR. Hasilnya diperoleh gugus-gugus yang memberikan sumbangan optimal terhadap aktivitas biologis struktur induk. Kekurangan model Free-Wilson Tidak dapat digunakan bila efek substituen bersifat tidak linier atau bila ada interaksi antar substituen Memerlukan banyak senyawa dengan kombinasi substituen bervariasi untuk dapat menarik kesimpulan yang benar Kelebihan model Free-Wilson
Dapat menghubungkan secara kuantitatif antara struktur kimia dan aktivitas biologis dari turunan senyawa dengan bermacam-macam gugus substitusi pada berbagai zona Model ini digunakan bila tidak ada data tetapan kimia fisika dari senyawa-senyawa yang diteliti dan uji aktivitas lebih lambat dibanding dengan sintesis turunan senyawa
2. Model Pendekatan HKSA Hansch Hansch (1963) mengemukakan konsep bahwa hubungan struktur kimia dengan aktivitas biologis (log1/C) suatu turunan senyawa dapat dinyatakan secara kuantitatif melalui parameter-parameter sifat kimia fisika dari substituent yaitu parameter hidrofobik (π), elektronik dan sterik. Model
ini disebut model hubungan energy bebas linier atau penekatan ekstratermodinamik. Konsep Hansch berdasarkan persamaan Hammett Log (kx/kH) = ρ σ kx dan kH : tetapan kesetimbangan reaksi dari senyawa tersubstitusi dan senyawa induk ρ : tetapan yang tergantung pada tipe dan kondisi reaksi serta jenis senyawa σ : tetapan yang tergantung pada jenis dan kedudukan substitusi Untuk menimbulkan aktivitas biologis molekul obat harus melalui prosesproses berikut: 1. Proses perjalanan acak, mulai saat obat diberikan kemudian menembus membran biologis sampai ke tempat aksi. Proses ini berhubungan dengan koefisien partisi (P) 2. Pengikatan obat pada tempat reseptor (kx). Proses tergantung pada ukuran molekul obat dan densitas elektron dari gugus yang terikat Sifat hidrofilik dan lipofilik yang dinyatakan dengan log P – kurva parabolik (sebagai bentuk kesetimbangan hidrofilik dan lipofilik). Kurva parabolik melalui persamaan umum Y = aX2 + bX + c
Proses perjalanan acak dapat dinyatakan melalui persamaan: log A = a (log P)2 + b log P + c Untuk gugus senyawa yang berhubungan
log A = -aπ2 + bπ + c Persamaan lengkap dari proses biologis log A = a (log P)2 + b log P + c σ + d Es + e (Siswandono dan Bambang Soekardjo.2000;255-261)
Secara umum QSAR menyatakan bentuk persamaan linear sebagai berikut: Aktivitas biologi = tetapan +(C1.P1) +(C2.P2) +(C3.P3) + … Pi adalah parameter yang dihitung untuk setiap molekul dalam Ci merupakan koefisien yang dihitung dengan variasi fitting dalam parameter dan aktivitas biologis. Karena hubungan ini secara umum dicari melalui penerapan teknik statistik, maka diperlukan pengetahuan yang cukup tentang statistika kimia untu memahami QSAR. Untuk memberikan gambaran tentang penggunaan QSAR dalam industri obat, diberikan contoh penelitian yang dilakukan oleh The Sandoz Institute for Medical Research dalam rangka menghasilkan obat analgetik. Dalam penelitian tersebut, vanililamida dan vanililtiourea yang berkaitan dengan capsaisin dibuat dan aktivitasnya ditest secara in vitro dengan mengukur influx45Ca2+ ke dalam dorsal root ganglia neurons. Data dinyatakan dalam EC50 (mM) dan disajikan pada tabel 7.1 (senyawa 6f merupakan senyawa yang paling aktif dari seri molekul tersebut). Tabel 7.1 Data aktivitas analog Kapsaisin
Nomor Senyawa 1 2 3 4 5 6 7 8
Nama Senyawa 6a 6b 6d 6e 6f 6g 6h 6i
X H Cl NO2 CN C6H5 N(CH3)2 I NHCHO
EC50(mM) 11,80±1,9 1,24±0,11 4,58±0,29 26,50±5,87 0,24±0,30 4,39±0,67 0,35±0,05 ? ±?
(Users/User/Documents/hksa/qsar.htm) B. PARAMETER SIFAT KIMIA FISIKA DALAM HKSA Parameter sifat kimia fisika yang sering digunakan dalam HKSA model Hansch adalah parameter hidrofobik, elektronik dan sterik. Pada proses distribusi atau pengangkutan obat, penembusan membran biologis sangat dipengaruhi oleh sifat kelrutan obat dalam lemak/air, suasana pH dan derajat ionisasi (pKa) sehingga dalam hubungan kuantitatif dan aktivitas, parameter sifat kimia fisika yang sering dilibatkan adalah parameter hidrofobik dan elektronik. Pada proses distribusi obat pengaruh sifat hidrofobik pada umumnya lebih besar disbanding ssifat elektronik 1. Parameter Hidrofobik Parameter hidrofobik (lipofilik) yng sering digunakan dalam HKSA antara lain logaritma koefisien partisi (log P), tetapan π Hansch, tetapan fragmentasi f Rekker-Mannhold dan tetapan kromatografi Rm. a. Koefisien Partisi Koefisien partisi adalah tetapan kesetimbangan suatu senyawa dalam pelarut nonpolar/polar, yang secara logaritma berhubungan dengan energi bebas. Koefisien partisi untuk bentuk molekul obat dihitung melalui persamaan berikut: P = Co/ Cw Co = kadar obat dalam pelarut minyak (pelarut non polar) Cw = kadar obat dalam pelarut air (pelarut polar)
Logaritma koefisien partisi (log P) adalah parameter hidrofobik yang karakteristik dari gugus-gugus kimia yang disubstitusikan dalam suatu senyawa induk log P = log Co – log Cw Untuk senyawa yang terionisasi, pengaruh derajat ionisasi (α) tidak boleh diabaikan. P = Co / Cw (1 – α) Menurut Collander, koefisien partisi dalam system pelarut 1 (P1) mempunyai hubungan linier dengan system pelarut lain (P2), yang dinyatakan melalui persamaan : log P1 = k1 log P2 + k2 b. Tetapan Substituen π Hansch-Fujita Untuk menentukn sifat lipofilik ssenyawa tanpa mengukur nilai log P melalui percobaan. Berdsarkan persaman Hammet: ρ σ X = log (KSX / KSH) Untuk nilai lipofilitas ρ π X = log (PSX / PSH) Persamaan Hansch-Fijjita, tetapan hidrofobik substituent (π) berdasarkan kelarutan dalam system 1-oktanol/air, dimana nilai ρ = 1, sehngga di dpatkan persamaan baru: π X = logPSX – logPSH
c.
π X = tetapan dukungan gugus X terhadap sifat kelarutan senyawa induk dalam sistem pelarut 1-oktanol/air PSX = koefisien partisi sistem 1-oktanol/air senyawa induk yang tersubstitusi gugus X PSH = koefisien partisi sistem 1-oktanol/air senyawa induk Π (+) substituen meningkatkan kelarutan senyawa induk pada pelarut nonpolar, relatif terhadap H Π (-) substituen meningkatkan kelarutan senyawa induk pd pelarut polar, relatif terhadap H Tetapan Fragmentasi f
Fragmentasi hidrofobik (f) dari gugus dapat digunakan untuk menghitung nilai log P melalui persamaan: log P = Σn1 an fn a = jumlah fragmen atau gugus f = tetapan fragmentasi d. Tetapan kromatografi Rm Boyce dan Milborrow memperkenalkan parameter lain yang masih berhubungan dengan koefisien partisi yaitu parameter kromatografi Rm (retention modified), dengan persamaan: Rm = log{ (1/Rf) – 1) Rf dihitung menggunakan kromatografi lapis tipis fasa balik (KLTFB) Hubungan dengan log P log P = a Rm + b a dan b : tetapan yang tergantung pada sistem KLTFB Perhitungan regresi linier juga dapat dihitung menggunakan KCKT log P = a log k’ + b k’ : tetapan sistem KCKT k’ = (tr – t0) / tr tr dan t0 adalah waktu elusi puncak-puncak senyawa dan pembanding e.
Tetapan Distribusi Parameter yang melibatkan koefisien partisi gugus-gugus terionisasi dan yang menggabungkan efek hidrofobik dan elektronik adalah tetapan distribusi (D) yang dihitung melalui persamaan log D(asam) = log P + log 1/(1 + 10(pH-pKa)) log D(basa) = log P + log 1/(1 + 10(pKa-pH))
2. Parameter Elektronik Ada tiga jenis sifat elektronik yang digunakan, yaitu : a. Pengaruh berbagai substituen terhadap reaktivitas bagian molekul yang tidak mengalami perubahan. Penetapannya menggunakan perhitungan orbital molekul. b. Sifat elektronik yang berkaitan dengan tetapan ionisasi (pKa) dan berhubungan dengan bentuk terionkan dan tak tterionkan dari suatu senyawa pada pH yang tertentu. Penetapannya menggunakan persamaan Henderson-Hasselbach.
c. Sifat oksidasi-reduksi atau reaktivitas senyawa. Penetapannya menggunakan perhitungan mekanika kuantum dari energi orbital. Tetapan elektronik yang sering digunakan dalam hubungan struktur-aktivitas adalah tetapan σ Hammet, tetapan σi Charton, tetapan σ* Taft, dan tetapan F, R Swain-Lupton. 1. Tetapan Elektronik σ Hammett Merupakan tetapan kesetimbangan dan tetapan kecepatan untuk suatu reaksi kimia. Hal ini berdasarkan bahwa gugus penarik elektron yang menempel pada cincin aromatik asam benzoat dapat meningkatkan kekuatan asam dari gugus karboksilat. Semakin besar kekuatan penarik elektron makin besar pula peningkatan kekuatan asam. ρ σX = log (KSX/KSH) ρ = tetapan ionisasi, untuk asam benzoat dalam air nilai ρ = 1 (pada 25oC) σX = tetapan dukungan gugus X terhadap sifat elektronik senyawa induk KSX = tetapan kesetimbangan senyawa induk yang tersubsitusi dengan gugus X KSH = tetapan kesetimbangan senyawa induk 2. Tetapan σi Charton Merupakan tetapan yang diukur berdasarkan efek induksi dan mesomeri. Merupakan koreksi tetapan elektronik hammett karena adanya pengaruh elektronik terhadap substituen pada posisi para dan meta cincin aromatik. σi = ½ (3 σp – σm) σi = tetapan induksi substituen σp = tetapan induksi dari substituen pada posisi para σm = tetapan induksi dari substituen pada posisi meta Tetapan induksi substituen digunakan untuk senyawa-senyawa alifatik, yang pengaruh gugus tidak merupakan bagian dari sistem terkonjugasi. 3. Tetapan σ* Taft Untuk senyawa alifatik berdasarkan kecepatan hidrolisis ester tersubsitusi X-COOCH3 (KSX) dan ester induk H3C-COOCH3 (KSCH3) dalam suasana asam (a) dan basa (b) σ* = 1/2.48 [log (KSX/KSCH3)b - log (KSX/KSCH3)a]
2.48 = tetapan yang didapatkan pada skala yang sama seperti tetapan Hammett 4. Tetapan F dan R Swain-Lupton Tetapan parameter elektronik F dan R berdasarkan pemisahan pengaruh efek induksi dan resonansi dari substituen pada senyawa aromatik s = aF + bR F = efek induksi bidang R = efek resonansi a dan b = tetapan 5. Tetapan elektronik lain-lain Tetapan elektronik lain-lain: a. Tetapan reaksi, contoh: pKa (tetsapan disosiasi), K (Tetapan reaksi), t½ (waktu paro biologis) b. Sifat organik fisik, contoh: E (potensial redoks), ∆ v (spektra inframerah) dan δ ppm (spektra NMR) c. Total energi elektron dalam molekul, contoh: Etot, EHOMO dan ELEMO 3. Parameter Sterik Tetapan sterik substituen dapat diukur berdasarkan sifat meruah gugus-gugus dan efek gugus pada kontak obat dengan sisi reseptor yang berdekatan. Tetapan sterik yang sering digunakan dalam hubungan strukturaktivitas adalah tetapan Es Taft, tetapan Esc Hancock, tetapan dimensi van der waal’s, tetapan U Charton dan tetapan sterimol Verloop. Karena data tetapan sterik tersebut tidak tersedia untuk banyak tipe substituen, parameter sterik yang dihitung secara teoritis juga digunakan dalam hubungan strukturaktivitas yaitu berat molekul (BM = Mw), refraksi molar dan parakor. 1. Refraksi Molar Dihitung melalui persamaan Lorenz-lorenz MR = (n2 – 1) x BM/ (n2 – 2) x d n : indeks refraksi d : kerapatan 2. Parakor
Merupakan volume molar (V) yang telah dikoreksi dari kekuatan daya tarik intermolekul yaitu dengan mengalikannya dengan tegangan permukaan (γ)¼ [P] = V x (γ)¼ [P] = BM x (γ)¼ /(D-d) D = kerapatan fasa cair d = kerapatan fasa gas 3. Tetapan sterik Es Taft Berdasarkan hidrolisis dalam suasana asam sangat ditentukan oleh faktor sterik dari gugus-gugus. Tetapan Es adalah logaritma kecepatan hidrolisis yang dikatalisis oleh asam, pada kondisi pelarut, suhu dan keasaman yang sama, dari ester X-COOCH3 dibandingkan dengan metilasetat Es = log (KSX/KSCH3)a KSX = tetapan kecepatan hidrolisis ester X-COOCH3 KSCH3 = tetapan kecepatan hidrolisis ester H3C-COOCH3 a = suasana hidrolisis asam 4. Tetapan sterik Esc Hancock Untuk mengoreksi Es Taft, karena adanya pengaruh hiperkonjugasi Esc = Es – 0.306 (n – 3) n = jumlah atom H pada posisi Ca Nilai tetapan sterik Es dan Esc tidak dapat diukur untuk banyak substituen yang tidak memungkinkan. 5. Tetapan dimensi Van Der Waal’s 3 tetapan dimensi van der waals yaitu rv(min) (jarak minimum radius, rv(maks) (jarak maksimum radius) dan rav (jarak rata-rata radius) Es = -1.84 rav + 3.48
6. Tetapan sterik U Charton Sebagai koreksi rv(min) van der waals yaitu dengan mengurangkannya dengan radius hidrogen (rvH) U = rv(min) – rvH U = rvmin – 1.20 Es = 0.82 U + 4.42 7. Tetapan sterimol Verloop Sebagai koreksi tetapan sterik lainnya sebab hanya mengukur satu aspek saja dari bentuk molekul. Parameter sifat kimia fisika yang digunakan dalam HKSA model LFER Hansch
(Siswandono dan Bambang Soekardjo.2000;261-273)
C. MODIFIKASI STRUKTUR MOLEKUL SBA DALAM RANCANGAN OBAT Modifikasi molekul merupakan metode yang digunakan untuk mendapatkan obat baru dengan aktivitas yang dikehendaki yaitu: 1. Meningkatkan aktivitas obat 2. Menurunkan efek samping atau toksisitas 3. Meningkatkan selektivitas obat 4. Memperpanjang masa kerja obat 5. Meningkatkan kenyamanan penggunaan obat 6. Meningkatkan aspek ekonomis obat Metode yang digunakan yaitu: Seleksi atau sintesis “obat lunak” Pembuatan pra-obat dan “obat target” Modifikasi molekul obat yang telah diketahui aktivitas biologisnya 1. SELEKSI ATAU SINTESIS “OBAT LUNAK” Obat lunak adalah senyawa kimia yang aktif secara biologis, dengan karakteristik sesudah menimbulkan efek terapetik dirancang untuk pecah dalam tubuh, melalui proses metabolisme yang dapat dikontrol dan diramalkan, menjadi senyawa nontoksik, yang secara biologis tidak aktif. Yang ideal adalah obat lunak diinaktif dalam satu tahap proses metabolisme. Keuntungan penggunaan obat lunak antara lain: Meningkatkan batas keamanan obat dengan cara menghilangkan pembentukan senyawa antara yang reaktif atau toksik Menghindari pembentukan metabolit aktif atau senyawa sekunder yang aktif Menghilangkan kemungkinan terjadinya interaksi obat Menyederhanakan sejumlah masalah farmakokinetik yang disebabkan oleh sistem multi komponen Contoh: Pembentukan garam kuarterner “lunak” Kelarutan garam kuarterner lunak dalam air lebih besar dibandingkan basa dan garamnya Absorpsinya lebih besar dari senyawa induk karena sifatnya seperti surfaktan Setelah diabsorpsi, pra obat segera terhidrolisis, melepaskan senyawa induk aktif
Analog Isosterik Setilpiridinium Klorida Obat lunak yang tetap aktif sebagai antibakteri, dan kemudian mengalami metabolisme satu tahap, yaitu proses hidrolisis, menghasilkan metabolit tidak aktif. Hal ini mengurangi toksisitas yang mungkin ditimbulkan oleh metabolit.
Diester Adrenalon Yang setelah mengalami metabolism, yaitu proses hidrolisis dan reduksi, akan melepaskan epinefrin di mata secara perlahan-lahan.
2.
PEMBUATAN PRA-OBAT DAN “OBAT TARGET” Pra obat adalah senyawa yang tidak aktif dan bersifat labil, didalam tubuh akan mengalami perubahan, melalui proses kimia atau enzimatik, menjadi senyawa induk aktif dan kemudian berinteraksi dengan reseptor, menghasilkan efek farmakologis. Biasanya merupakan senyawa aktif yang digabungkan dengan gugus pembawa, melalui reaksi esterifikasi, amidifikasi, atau dihubungkan dengan suatu polimer, menghasilkan senyawa dengan sifat lipofilik yang lebih besar. Tujuan utama pembuatan pra-obat adalah: Mengubah sifat farmakokinetik obat pada in vivo, untuk meningkatkan absorpsi, distribusi, metabolisme dan ekskresi obat, atau dengan kata lain untuk meningkatkan ketersediaan biologis obat Meningkatkan sifat kelarutan dan kestabilan obat Meningkatkan kenyamanan pemakaian obat, misal menghilangkan bau atau rasa yang tidak menyenangkan Menurunkan toksisitas dan efek samping obat Meningkatkan keselektifan obat atau meningkatkan kespesifikan reseptor obat Memperpanjang masa kerja obat Dalam pembuatan pra obat harus diperhatikan factor-faktor sebagai berikut: Hubungan antara molekul obat aktif dengan gugus pembawa pada umumnya melalui ikatan kovalen Pra-obat bersifat tidak aktif atau kurang aktif dibanding senyawa induk Sintesis pra-obat harus mudah dilakukan, lebih baik bila hanya satu tahap sintesis, dengan biaya yang murah Hubungan antara senyawa induk dengan gugus pembawa harus dapat dipecah in vivo, yang berarti pra-obat merupakan turunan obat yang bersifat bioreversibel Gugus pembawa yang dilepaskan bersifat tidak toksik dan lebih baik secara farmakologis tidak aktif Pelepasan senyawa induk aktif harus dengan kinetika yang tepat untuk menjamin kadar obat efektif pada reseptor dan memperkecil proses inaktivasi obat Metode-metode dalam pembuatan pra-obat sebagai berikut:
Pembentukan ester (medroksiprogesteron astat dan bakampisilin), hemiester (kloramfenikol hemisuksinat), ester karbonat (timol karbinat), ester nitrat (isosorbid dinitrat), amida (salisilamid), karbamat (mefenesin karbamat), asam hidroksamat (ibuproksam), basa Mannich (rolitetrasiklin) dan enamin dari senyawa induk Pemasukan gugus-gugus fungsi, seperti azo (fenazopiridin), glikosida (lanatosid C), peptida dan eter (fluobenzokuin) Pembuatan polimer (povidon), garam (penisilin G prokain), khelat, fosfamid (siklofosfamid), asetal, hemiasetal, ketal, dari senyawa induk “Obat target” adalah senyawa bioaktif yang dibuat dengan menggabungkan senyawa induk dengan pembawa yang mampu membawa obat menuju ke sel target secara selektif. Tujuannya agar obat dapat berinteraksi secara spesifik dengan reseptor atau sel target sehingga memperkecil efek samping yang kemungkinan dihasilkan akibat reaksi obat dengan jaringan atau sel lain. Contoh obat target adalah primakuin yang digabungkan dengan pembawa protein. Sistem pembawa yang digunakan dalam membuat “obat target” dibagi 3 kelompok yaitu 1. Makromolekul : albumin, antibodi monokonal dan glikoprotein 2. Sel : fibroblas 3. Sintetik : polimer sintetik (polimer siklodekstrin dan metakrilikamid) dan liposom 3.
MODIFIKASI MOLEKUL SENYAWA YANG SUDAH DIKETAHUI AKTIVITAS BIOLOGISNYA Dasar modifikasi molekul adalah mengembangkan struktur senyawa induk yang sudah diketahui aktivitas biologisnya, kemudian disintesis dan diuji aktivitas dari homolog atau analognya. Tujuan modifikasi molekul yaitu: a. Mendapatkan senyawa baru yang mempunyai aktivitas lebih tinggi, masa kerja lebih panjang, tingkat kenyamanan lebih besar, toksisitas atau efek samping lebih rendah, lebih selektif, lebih stabil dan lebih ekonomis. Selai itu digunakan pula untuk mendapatkan senyawa baru yang bersifat antagonis atau antimetabolite
b. Menemukan gugus farmakofor penting (gugus fungsi), yaitu bagian molekul obat yang dapat memberikan aksi farmakologi. Keuntungan modifikasi molekul yaitu: Kemungkinan besar senyawa homolog atau analog mempunyai sifat farmakologis serupa senyawa induk, dibandingkan dengan senyawa yang didapatkan dengan cara seleksi atau sintesis secara acak Kemungkinan lebih besar untuk mendapatkan produk dengan aktivitas farmakologis yang lebih tinggi Data yang didapat kemungkinan dapat membantu penjelasan hubungan struktus aktivitas Metode sintesis dan uji biologis yang digunakan sama sehingga dapat menghemat waktu dan biaya Produksi obat baru menjadi lebih ekonomis Beberapa metode yang sering digunakan 1. Penyederhanaan molekul Dilakukan dengan pemecahan, penyisipan, atau pemotongan bagian dari struktur molekul yang besar, melalui proses sintesis yang sistematik dan dievaluasi bagian struktur atau prototipe analognya. Pada umumnya dilakukan pada senyawa produk alam, seperti kokain, morfin dan kuinin. Contoh: Kokain disederhanakn molekulnya menjadi benzokain, prokain, tetrakain, butetamin, amilokain, piperokain dan meprilkain
(Korolkovas A.1970; 339)
2. Penggabungan molekul Dilakukan dengan adisi (penambahan) dan replikasi atau hibridisasi molekul senyawa induk, melaui proses sintesis dan kemudian di evaluasi prototype analog yang lebih kompleks. a. Adisi Molekul Dilakukan dengan penggabungan dua molekul senyawa dengan gugus berbeda melalui ikatan yang relatif lemah, seperti ikatan ion dan ikatan hidrogen. Contoh: Metenamin mandelat (gabungan metenamin dan asam mandelat), dimenhidrinat (difenhidramin dan asam 8-kloroteofilinat), guaitifilin (gliserilguaiakolat dan teofilin), dan merkurofilin (merkuri organic dan teofilin).
b. Replikasi Molekul Replikasi molekul dilakukan dengan penggabungan gugus atau molekul yang identik, melalui pembentukan ikatan kovalen atau jembatan gugus tertentu. Penggabungan dua molekul disebut duplikasi, tiga molekul: triplikasi, empat molekul: tetraplikasi dan n-plikasi. c. Hibridisasi Molekul Dilakukan penggabungan gugus atau molekul yang berbeda melalui pembentukan ikatan kovalen. Contoh: Asetaminosalol (asetosal dan asetaminofen), febarbital (fenobarbital dan meprobanat), estramustin (estradiol dan nitrogen mustar), piroksisilin (sulfadiazine dan amoksisilin), prednimustin (prednisolone dan klorambusil), sulfasalazine (sulfapiridin dan asam aminosalisilat)
3. Pengubahan dimensi dan kelenturan molekul a. Penutupan dan Pembukaan Cincin Contoh: 1) Penggantian gugus N-metil pada strktur klorpromazin dengan cincin tertutup piperazin pada proklorperazin akan meningkatkan efek antimuntah dan menurunkan efek neuroleptic
2) Pembukaan cincin dari dikumarol menjadi meningkatkan aktivitas antikoagulan
warfarin akan
b. Pembentukan seri homolog Beberapa tipe perubahan aktivitas dari seri homolog alkane dan polimetilen, yaitu: 1) Aktivitas akan meningkat secara teratur sampai dicapai aktivitas maksimum, bila jumlah atom C ditambah lagi maka aktivitas akan turun secara drastis.
(Korolkovas A.1970; 76) 2) Aktivitas meningkat sevara tidak teratur, mencapai aktivitas maksimal, kemudian menurun juga secara tidak teratur Contoh: Aktivitas atropinik dari turunan ester benzilik
(Korolkovas A.1970; 78) 3) Aktivitas berubah, anggota seri yang lebih rendah menunjukkan aktivitas dominan yang berbeda dengan anggota seri yang lebih tinggi. Contoh:
Turunan N-alkil norefinefrin, gugus alkil yang lebih besar akan menurunkan aktivitas hipertensi
(Korolkovas A.1970; 79) c. Pemasukan ikatan rangkap Pemasukan ikatan rangkap dapat menyebabkan tiga efek utama, yaitu: Mengubah stereokimia obat, sehingga senyawa kemungkinan mempunyai aktivitas yang berbeda dengan senyawa jenuhnya. Mengubah sifat kimia fisika sehingga dapat mempengaruhi aktivitas biologis senyawa Meningkatkan reaktivitas senyawa d. Pemasukan pusat kiral Memasukkan pusat kiral menyebabkan perubahan stereokimia molekul obat, yang kadang-kadang mengubah aktivitas farmakologis obat Contoh: Kloramfenikol dari keempat isomer optisnya hanya bentuk D-(-)-treo yang aktif sebagai antibakteri
e. Pemasukan, penghilangan atau penggantian gugus meruah Contoh: Perubahan senyawa agonis menjadi senyawa antagonis dengan adanya gugus meruah yang bersifat nonpolar, seperti pada asetilkolin (adrenergic) dan propantelin (antikolinergik), serta 4-metilhistamin (agonis H2) dan simetidin (antagonis H2)
4. Mengubah sifat kimia fisika molekul a. Subsitusi isosterik Gugus isosterik digunakan luas dalam modifikasi molekul obat, tidak hanya modifikasi dari senyawa yang sudah diketahui aktivitasnya namun juga untuk mendapatkan senyawa nantagonis, seperti antimetabolite, antihormon dan antivitami b. Mengubah posisi atau orientasi gugus tertentu -
Isomer o-asam hidroksibenzoat Isomer p-klorofenol
c. Pemasukan gugus pengalkilasi Membentuk ikatan kovalen dengan gugus-gugus yang terdapat pada tempat aksi obat, seperti ADN atau enzim dan menyebabkan masa kerja obat menjadi lebih panjang d. Modifikasi melalui perubahan sifat elektronik Efek induktif dan konjugatif Efek induktif (elektrostatik) dihasilkan dari perpindahan elektron disekitar ikatan sederhana karena pengaruh daya tarik gugus elektronegatif Efek konjugasi (resonansi) dihasilkan dari delokalisasi dan mobilitas yang tinggi π elektron, dan terdapat pada senyawa yang mempunyai ikatan rangkap terkonjugasi Efek obstruktif Efek obstruktif adalah efek yang diakibatkan oleh pemasukan gugus atau atom pada bagian tertentu struktur molekul obat sehingga dapat mencegah reaksi metabolisme pada bagian tersebut, yang menyebabkan masa kerja obat menjadi lebih panjang. D. CONTOH MODIFIKASI 1. Pengembangan Antibakteri Turunan sulfonamide Sulfanilamid adalah senyawa antibakteri lokal, mudah termetabolisme. Dengan malalui modifikasi molekul dapat diubah menjadi senyawa yang mempunyai efek antibakteri sistemik dan dapat diberikan peroral seperti sulfadiazine dan sulfametoksazol.
2. Pengembangan antibiotic turunaan penisilin Penisilin G (benzilpenisilin) merupakan penisilin alami yang mempunyai spektrum sempit, tidak tahan enzim β-laktamase, tidak tahan asam lambung Pemasukan gugus polar dan mudah terionisasi pada posisi α-benzilpenisilin seperti amoksisilin, ampisilin (NH2) dan karbenisilin (COOH) menaikkan spekrum aktivitas, tahan asam lambung, tidak tahan enzim β-laktamase Penisilin G (benzilpenisilin) merupakan penisilin alami yang mempunyai spektrum sempit, tidak tahan enzim β-laktamase, tidak tahan asam lambung Pemasukan gugus polar dan mudah terionisasi pada posisi α-benzilpenisilin seperti amoksisilin, ampisilin (NH2) dan karbenisilin (COOH) menaikkan spekrum aktivitas, tahan asam lambung, tidak tahan enzim β-laktamase. 3. Pengembangan senyawa antagonis reseptor histamine H2 Histamin dapat merangsang kontraksi otot polos bronki, meningkatkan permeabilitas pembuluh darah dan merangsang pengeluaran asam lambung. Efek antihistamin klasik hanya menghambat aktivitas (1). Hal ini mengindikasikan adanya 2 reseptor yang dirangsang oleh hist (Siswandono dan Bambang Soekardjo.2000;324-334)
BAB III PENUTUP A. Kesimpulan Hubungan kuantitatif struktur kimia dan aktivitas biologis obat (HKSA) merupakan bagian penting rancangan obat, dalam usaha untuk mendapatkan suatu obat baru dengan aktivitas yang lebih besar, keselektifan yang lebih tinggi, toksisitas atau efek samping sekecil mungkin dan kenyamanan yang lebih besar. Selain itu dengan menggunakan model HKSA, akan lebih banyak menghemat biaya atau lebih ekonomis, karena untuk mendapatkan obat baru dengan aktivitas yang dikehendaki, faktor coba-coba ditekan sekecil mungkin sehingga jalur sintesis menjadi lebih pendek. Metode pendekatan Hansch (1963) adalah hubungan struktur kimia dengan aktivitas biologis (log 1/C) suatu turunan senyawa dapat dinyatakan secara kuantitatif melalui parameter-parameter sifat kimia fisika dari substituen yaitu parameter hidrofobik (π), elektronik (σ), dan sterik (Es). Modifikasi molekul merupkan metode yang digunakan untuk mendapatkan obat baru dengan aktivitas yang dikehendaki, antara lain yaitu meningkatkan aktivitas obat, menurunkan efek samping, memperpanjang masa kerja obat, dan meningkatkan aspek ekonomis obat. Metode yang digunakan yaitu seleksi atau sintesis “obat lunak”, pembuatan pra-obat dan “obat target” dan modifikasi molekul obat yang telah diketahui aktivitas biologisnya. B. Saran Kami mengharapkan pembimbing agar bisa memberikan penjelasan dan disertai dengan cara membuat suatu sediaan obat secara komputerisasi.
DAFTAR PUSTAKA Fujita T, Iwasa J and Hansch C. A new Substituen constants for Aliphatic Function Obtained from Partition Coefficients,J.Med.Chem, 1965 Hansch C and Leo A. Substituen Constants for Correlation Analysis in Chemistry and Biology. New York: Wiley Interscience, 1979 http://Users/User/Documents/hksa/qsar.htm Korolkovas A. Essential of Medicibak Chemisry,2nd, New York. Chicester, Brisbane, Toronto, Singapore: John wiley & Sons.1988 Rekker RF. Lecture Course QSAR, Mid Career Training in Pharmacochemistry. Fakultas Farmasi UGM and Department of Pharmacochemistry Vrije University. Yogyakarta, 1986 Siswandono dan Bambang Soekardjo. Prinsip-prinsip Rancangan Obat. Surabaya: Airlangga University Press. 1998 Siswandono dan Bambang Soekardjo. Kimia Medisinal. Surabaya: Airlangga University Press. 1995
