SKRIPSI. Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Farmasi (S.Farm.) Program Studi Ilmu Farmasi

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

HUBUNGAN KUANTITATIF STRUKTUR-AKTIVITAS SENYAWA VINKADIFORMINA DAN TURUNANNYA SEBAGAI SENYAWA ANTIMALARIA BERDASARKAN PARAMETER TEORETIS HASIL PERHITUNGAN SEMIEMPIRIS Modified Neglect of Diatomic Overlap (MNDO)

SKRIPSI Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Farmasi (S.Farm.) Program Studi Ilmu Farmasi

Oleh : Dominika Anny Yanuarti NIM : 038114129

FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2007

ii

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI iii

HUBUNGAN KUANTITATIF STRUKTUR-AKTIVITAS SENYAWA VINKADIFORMINA DAN TURUNANNYA SEBAGAI SENYAWA ANTIMALARIA BERDASARKAN PARAMETER TEORETIS HASIL PERHITUNGAN SEMIEMPIRIS Modified Neglect of Diatomic Overlap (MNDO)

Oleh: Dominika Anny Yanuarti NIM : 038114129

Skripsi ini telah disetujui oleh

Pembimbing Utama Tanggal

(Drs. Iqmal Tahir, M.Si.) Pembimbing Pendamping Tanggal

(Drs. Mulyono, Apt.)

iii

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI iv

Pengesahan Skripsi Berjudul HUBUNGAN KUANTITATIF STRUKTUR-AKTIVITAS SENYAWA VINKADIFORMINA DAN TURUNANNYA SEBAGAI SENYAWA ANTIMALARIA BERDASARKAN PARAMETER TEORETIS HASIL PERHITUNGAN SEMIEMPIRIS Modified Neglect of Diatomic Overlap (MNDO) Oleh : Dominika Anny Yanuarti NIM : 038114129 Dipertahankan di hadapan Panitia Penguji Skripsi Fakultas Farmasi Universitas Sanata Dharma pada tanggal:…………………. Mengetahui Fakultas Farmasi Universitas Sanata Dharma Dekan

Rita Suhadi, M.Si., Apt. Pembimbing Utama : (Drs. Iqmal Tahir, M.Si.)

………………………..

Pembimbing Pendamping : (Drs. Mulyono, Apt.)

……………………….

Panitia Penguji : 1. Drs. Iqmal Tahir, M.Si.

………………………..

2. Drs. Mulyono, Apt.

………………………..

3. Christine Patramurti, M.Si., Apt. ...................................... 4. Dra. Agnes Nora Iska Harnita, M.Si, Apt. iv

………………………..

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI v

Kupersembahkan karya tulis ini kepada Allah Yang Maha Kuasa, yang berkenan mengulurkan tangan-Nya dengan penuh rahmat padaku, Kedua orang tua, ketiga kakakku, orang-orang terbaik dalam hidupku ; Alm. Alloysius Hormat dan M.Y. Sulastri

Aku hanya berjalan, ya..aku berjalan dalam bimbingan-Mu ya Allah. Aku berpengharapan, ya…aku berpengharapan dalam Kuasa-Mu ya Tuhan. Biarlah apa yang telah kukerjakan menjadi persembahan hidupku pada-Mu

v

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI vi

PRAKATA Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah Yang Maha Kuasa, karena berkat rahmat dan kasih-Nya, penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Hubungan

Kuantitatif

Struktur-Aktivitas

Senyawa

Vinkadiformina

dan

Turunannya Sebagai Senyawa Antimalaria Berdasarkan Parameter Teoretis Hasil Perhitungan Semiempiris Modified Neglect of Diatomic Overlap (MNDO)”. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Farmasi (S.Farm) di Fakultas Farmasi Universitas Sanata Dharma. Penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada pihak-pihak yang telah terlibat dalam penyusunan skripsi ini, antara lain : 1. Fakultas Farmasi Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan pendidikan dan pengajaran kepada penulis. 2.

Bapak Drs. Iqmal Tahir, M.Si. selaku pembimbing utama yang telah memberikan bimbingan, kritik dan saran selama penyusunan skripsi ini.

3. Bapak Drs. Mulyono, Apt. selaku pembimbing pembantu yang berkenan memberikan bimbingan, pengarahan, kritik dan saran, serta diskusi-diskusi yang sangat memotivasi penulis. 4. Ibu Christine Patramurti, M.Si., Apt. selaku dosen penguji yang berkenan meluangkan waktu untuk menguji, memberikan kritik dan saran demi kesempurnaan skripsi ini. 5. Ibu Dra. Agnes Nora Iska Harnita, M.Si., Apt. selaku dosen penguji yang telah meluangkan waktu untuk menguji, memberikan kritik dan saran yang memotivasi penulis untuk menyempurnakan skripsi ini.

vi

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI vii

6. Bapak Yuventius Marsidi dan Ibu Yuliana Sukinem, kedua orang tua yang telah memberikan doa restu dan dukungan moral bagi penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. 7. Alm. Alloyisius Hormat dan M.Y. Sulastri yang telah berkenan menjadi bagian dalam proses kehidupan penulis dan secara tidak langsung menjadi bagian dalam proses penyusunan skripsi ini. 8. Agustinus Eko Yudiarto, Bertin Asti Maryani, dan Christa Artiningtyas, ketiga kakakku yang memberikan dukungan moral dan finansial selama penyusunan skripsi. 9. Nugraha Adi Hartantyo dan Ariyanto, teman-teman seperjuangan yang bersama-sama mengalami jatuh bangun selama proses penyusunan skripsi. Menjalani skripsi bersama kalian adalah pengalaman yang sangat berharga. 10. Patric Gagah Sempati yang selalu meluangkan waktu untuk mendengar keluh kesahku selama menyusun skripsi. Terima kasih telah berada di sampingku saat aku membutuhkanmu. 11. Teman-teman kelas C angkatan 2003 yang memberikan dorongan dan semangat bagi penulis untuk menyelesaikan skripsi. Semoga kebersamaan dan persahabatan kita tidak akan lekang oleh waktu. 12. Teman-teman di Asrama Putri Canna, terutama Ranti, Diah, Tyas, Shinta, Ina, dan Wida yang selalu memberikan semangat bagi penulis selama proses penyusunan skripsi. 13. Teman-teman di Komunitas Lektor Gereja Santo Antonius Kotabaru yang mendukung penulis secara moral dan spiritual. Terima kasih atas perhatian

vii

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI viii

dan pengertian yang telah kalian berikan selama penulis menyelesaikan skripsi. 14. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. Terima kasih atas bantuan dan dukungan yang telah diberikan, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Dengan segala kerendahan hati, penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis membuka diri terhadap kritik dan saran yang bersifat membangun. Penulis berharap, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan.

Penulis

viii

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI ix

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

Yogyakarta,………………. Penulis

ix

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI x

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL........................................................................................ ii HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING .............................................. iii HALAMAN PENGESAHAN.......................................................................... iv HALAMAN PERSEMBAHAN ...................................................................... v PRAKATA....................................................................................................... vi PERNYATAAN KEASLIAN KARYA .......................................................... ix DAFTAR ISI.................................................................................................... x DAFTAR TABEL............................................................................................ xiii DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xiv DAFTAR LAMPIRAN.................................................................................... xv DAFTAR SINGKATAN DAN ARTI LAMBANG ........................................ xvi INTISARI......................................................................................................... xvii ABSTRACT....................................................................................................... xviii BAB I PENGANTAR ...................................................................................... 1 A. Latar Belakang ........................................................................................... 1 1. Permasalahan ....................................................................................... 4 2. Keaslian penelitian ............................................................................... 4 3. Manfaat penelitian................................................................................ 4 B. Tujuan Penelitian ....................................................................................... 4 BAB II PENELAAHAN PUSTAKA............................................................... 6 A. Malaria ....................................................................................................... 6 B. Pengelompokan Senyawa Antimalaria ...................................................... 9

x

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI xi

C. Mekanisme Kerja Senyawa Antimalaria ................................................... 18 D. Vinkadiformina .......................................................................................... 22 E. Hubungan Kuantitatif Struktur dan Aktivitas ............................................ 24 F. Kimia Komputasi ....................................................................................... 26 G. Analisis Statistik ........................................................................................ 30 H. Keterangan Empiris.................................................................................... 34 BAB III METODE PENELITIAN .................................................................. 35 A. Jenis dan Rancangan Penelitian ................................................................. 35 B. Variabel dan Definisi Variabel................................................................... 36 C. Bahan dan Alat Penelitian.......................................................................... 37 1. Bahan penelitian................................................................................... 37 2. Alat penelitian ..................................................................................... 37 D. Tata Cara Penelitian ................................................................................... 40 1. Optimasi geometri senyawa vinkadiformina dan turunannya dengan metode MNDO ....................................................................................................... 40 a. Penggambaran struktur senyawa.......................................................... 40 b. Penomoran senyawa ............................................................................ 41 c. Optimasi geometri................................................................................ 41 2. Perhitungan sifat kimia fisika molekul senyawa vinkadiformina dan turunannya ................................................................................................. 41 E. Analisa Data dan Hasil............................................................................... 42 1. Analisis regresi linear multivariat ........................................................ 42 2. Analisis kriteria statistik model persamaan matematis ........................ 42

xi

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI xii

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ......................................................... 44 A. Optimasi Geometri Menggunakan Metode Semiempiris MNDO ............. 44 B. Perhitungan Sifat Kimia Fisika dengan Metode Semiempiris MNDO...... 47 C. Analisis Hasil..............................................................................................49 1. Analisis regresi linear multivariat...........................................................49 2. Model persamaan terbaik ....................................................................... 55 D. Rancangan Senyawa Hipotetik Turunan Vinkadiformina Berdasarkan Model Persamaan Terbaik ..................................................................................... 61 E. Pemilihan dan Rekomendasi Senyawa Turunan Vinkadiformina Untuk Disintesis.....................................................................................................62 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN........................................................... 70 A. Kesimpulan ................................................................................................ 70 B. Saran........................................................................................................... 70 DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 72 LAMPIRAN..................................................................................................... 74 BIOGRAFI PENULIS ..................................................................................... 79

xii

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI xiii

DAFTAR TABEL I.

Struktur senyawa vinkadiformina dan turunannya ................................. 38

II.

Data aktivitas (log 1/IC50) senyawa vinkadiformina dan turunannya..... 40

III. Deskriptor-deskriptor yang digunakan pada analisis HKSA senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai antimalaria .............................. 49 IV. Deskriptor-deskriptor pada model persamaan hasil regresi linear multivariat metode backward .................................................................................... 50 V.

Nilai Fhitung/Ftabel model persamaan hasil regresi linear multivariat metode backward ................................................................................................. 51

VI. Nilai R, adjusted R2, dan SE model persamaan hasil regresi linear multivariat metode backward.................................................................. 52 VII. Nilai PRESS

model persamaan hasil regresi linear multivariat metode

backward ................................................................................................. 54 VIII. Perbandingan nilai log 1/IC50

prediksi

model persamaan 2 dengan nilai log

1/IC50 eksperimen ......................................................................................... 56 IX. Model rancangan senyawa turunan vinkadiformina berdasarkan model persamaan terbaik.....................................................................................66 X.

Data aktivitas antimalaria (log 1/IC50) model rancangan senyawa turunan vinkadiformina..........................................................................................68

XI. Nilai log P model rancangan senyawa turunan vinkadiformina, senyawa vinkadiformina dan turunannya hasil penelitian hasil penelitian Mustofa, dan klorokuin....................................................................................................69

xiii

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI xiv

DAFTAR GAMBAR 1. Siklus perkembangan plasmodia malaria................................................... 8 2. Struktur kuinakrin HCl............................................................................... 12 3. Struktur klorokuin ...................................................................................... 13 4. Struktur primakuin ..................................................................................... 14 5. A) proguanil ; B) sikloguanil ..................................................................... 15 6. Struktur pirimetamin .................................................................................. 16 7. A) kuinin ; B) kuinidin............................................................................... 17 8. A) sulfadoksin ; B) dapson......................................................................... 17 9. Mekanisme aksi klorokuin pada tingkat molekular ................................... 21 10. Struktur senyawa vinkadiformina ............................................................. 22 11. Daerah sensitif senyawa vinkadiformina dan turunannya hasil penelitian Tahir dkk...............................................................................................................24 12. Struktur senyawa vinkadiformina dengan penomeran atom tidak mengikuti kaidah tatanama senyawa dan hanya digunakan untuk penelitian ini saja .................................................................................................................... 36 13. Senyawa vinkadiformina sebelum dioptimasi ........................................... 45 14. Senyawa vinkadiformina setelah dioptimasi.............................................. 46 15. Grafik ukuran prediksi model persamaan 2.................................................56 16. A) struktur indol ; B) cincin kuinolin..........................................................58 17. Daerah sensitif senyawa turunan vinkadiformina .......................................59

xiv

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI xv

DAFTAR LAMPIRAN 1. Nilai-nilai parameter elektronik hasil perhitungan metode semiempiris MNDO .................................................................................................................... 74 2. Nilai-nilai parameter sterik dan hidrofobisitas hasil perhitungan metode semiempiris MNDO .................................................................................. 75 3. Nilai-nilai parameter elektronik, sterik, dan hidrofobisitas seri senyawa baru turunan vinkadiformina...............................................................................76 4. Model summary hasil perhitungan metode backward menggunakan SPSS 11.0 for Windows.............................................................................. 77 5. Tabel ANOVA ........................................................................................... 77 6. Koefisien model persamaan 2 .................................................................... 78

xv

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI xvi

DAFTAR SINGKATAN DAN ARTI LAMBANG 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35.

ADN: asam deoksiribonukleat ARN: asam ribonukleat AM1: Austin Model 1 CNDO: Complete Neglect of Differential Overlap EHOMO: Highest Occupied Molecular Orbitals Energy ELUMO: Lowest Unoccupied Molecular Orbitals Energy HKSA: Hubungan Kuantitatif Struktur Aktivitas INDO: Intermediate Neglect of Differential Overlap LFER: Linear Free Energy Relationship (hubungan energi bebas linear) log1/IC50: - log konsentrasi yang dapat menghambat pertumbuhan plasmodia sebesar 50% log P: koefisien partisi obat dalam fase air dan fase lipid M: Massa MINDO: Modified Intermediate Neglect of Differential Overlap MNDO: Modified Neglect of Diatomic Overlap MR: Refraktifitas Molar m: jumlah deskriptor dalam persamaan NDDO: Neglect of Diatomic Differential Overlap n: jumlah data PM3: Parameterized Model 3 PRESS: Predicted Residual Sum of Squares qC: muatan bersih atom C qN: muatan bersih atom N QSAR: Quantitative Structure Activity Relationship R: koefisien korelasi R2: koefisien determinasi SA: Surface Area (luas permukaan) SE: Standard Error Sig: Signifikansi V: Volume Molekular ZINDO: Zerner Intermediate Neglect of Differential Overlap ΔE: selisih antara ELUMO dan EHOMO µ: Momen Dipol ∂: Polarisabilitas Molekular 2D: dua dimensi 3D: tiga dimensi

xvi

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI xvii

INTISARI Malaria merupakan salah satu penyakit utama yang menjadi penyebab kematian pada daerah beriklim tropis, salah satunya Indonesia. Peningkatan morbiditas dan mortalitas akibat malaria disebabkan oleh resistensi plasmodia (utamanya P. falciparum) terhadap antimalaria yang umum digunakan. Dibutuhkan antimalaria kelas baru yang dapat mengatasi permasalahan ini. Pengembangan desain senyawa antimalaria baru dapat dilakukan dengan metode analisis hubungan kuantitatif struktur-aktivitas. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui hubungan kuantitatif antara struktur dan aktivitas senyawa vinkadiformina dan turunannya berdasarkan log 1/IC50. IC50 merupakan konsentrasi yang dapat menghambat pertumbuhan plasmodia malaria sebanyak 50%. Penelitian ini menggunakan rancangan eksperimental kuasi. Sebagai variabel bebas digunakan 17 deskriptor teoretis (elektronik, sterik, dan hidrofobisitas). Sebagai variabel tergantung digunakan log 1/IC50. Data deskriptor diperoleh dengan perhitungan semiempiris MNDO menggunakan program komputer HyperChem Pro ver.6.0. Data diolah secara statistik menggunakan analisis regresi multivariat metode backward dengan program SPSS 11.0 for Windows. Analisis statistik menghasilkan 4 model persamaan dan ditunjukkan bahwa model 2 memenuhi kriteria statistik dan dapat dipilih sebagai model persamaan terbaik, dengan persamaan : log (1/IC50) = 28,8758 + (22,7560qC1) + (14,2669qC2) + (33,7110qC3) + (-27,2900qN) + (-10,0545qC7) + (-1,0678qC8) + (79,9843qC9) + ( 0,5394ΔE) + (-0,0067V) + (-0,5904 MR) + (0,7226∂) + (0,0285 M) + (0,8408 log P) Model persamaan tersebut dapat digunakan untuk memprediksikan aktivitas antimalaria senyawa-senyawa baru turunan vinkadiformina. Berdasarkan model persamaan terbaik diperoleh 15 senyawa baru turunan vinkadiformina yang memiliki aktivitas antimalaria. Kata kunci : HKSA, turunan vinkadiformina, MNDO, regresi linier multivariat

xvii

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI xviii

ABSTRACT Malaria is one of the primary disease that causes deathness in many tropical countries, such as Indonesia. The increasing of morbidity and mortality by malaria is caused by the resistency of plasmodium (primarily P. falciparum) to antimalarial that commonly used. Antimalarial from a new class is needed. Design of antimalarial from new class could be made by using quantitative structureactivity relationship analysis. This research is aimed to know the quantitative relationship between structure and activity of vincadifformine and its derivatives based on log 1/IC50. IC50 is concentration that can inhibit 50% of the malarial plasmodia’s growth. This research use a quasi experimental design. Seventeen descriptors were used as dependent variabel (electronic, steric, and hydrophobicity). Log 1/IC50 is used as independent variabel. Descriptor data is obtained by semiempirical MNDO calculation using HyperChem Pro ver.6.0 computer programme. Data was analysed statisticaly by multivariate linear regression backward method by using SPSS 11.0 for Windows. Statistic analysis gave 4 equation models and the second model showned to fulfil the statistic criteria. The second model could be selected as the best equation model. log (1/IC50) = 28.8758 + (22.7560qC1) + (14.2669qC2) + (33.7110qC3) + (-27.2900qN) + (-10.0545qC7) + (-1.0678qC8) + (79.9843qC9) + ( 0.5394ΔE) + (-0.0067V) + (-0.5904 MR) + (0.7226∂) + (0.0285 M) + (0.8408 log P) This model can be used to predict the activity of new vincadifformine’s derivatives. There are 15 vincadifformine’s derivatives which could give antimalarial activity based on the best equation model. Keyword : QSAR, vincadifformine’s derivatives, MNDO, multivariate linier regression

xviii


BAB I PENGANTAR

A. Latar Belakang Penelitian Malaria merupakan penyakit utama yang menjadi penyebab kematian pada daerah beriklim tropis. Di Indonesia beban terbesar dari penyakit malaria ada di provinsi-provinsi bagian timur yaitu Papua, Maluku, dan Gorontalo yang merupakan daerah endemik penyakit malaria. Menurut Survei Kesehatan Rumah Tangga tahun 2001, diperkirakan angka kematian spesifik akibat malaria di Indonesia adalah 11 per 100.000 untuk laki-laki dan 8 per 100.000 untuk perempuan (Anonim, 2004). Penyebab utama meningkatnya morbiditas dan mortalitas akibat malaria adalah peningkatan resistensi parasit malaria terhadap antimalaria yang umum digunakan, misalnya klorokuin. Kondisi terparah dengan tingkat resistensi yang tinggi terhadap klorokuin terjadi pada malaria yang disebabkan oleh Plasmodium falciparum (Rosenthal, 2003). Peningkatan resistensi parasit terhadap antimalaria memunculkan kebutuhan akan antimalaria dari kelas baru. Vinkadiformina adalah suatu senyawa yang dikenal memiliki aktivitas hipotensif (Duke, 1992), namun Mustofa (2001) telah berhasil menguji aktivitasnya sebagai antimalaria. Mustofa telah mensintesis 16 senyawa vinkadiformina dan turunannya dan menguji aktivitas antimalaria senyawa-senyawa tersebut terhadap P. falciparum yang tergolong resisten terhadap klorokuin yaitu FcM29-Kamerun dan P. falciparum yang sensitif terhadap klorokuin yaitu sel Nigerian (Tahir dkk, 2005). Hasil sintesis dan

1

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 2

pengujian

aktivitas

antimalaria

vinkadiformina,

membuka

jalan

bagi

pengembangan dan desain senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai antimalaria baru. Pengembangan dan desain senyawa antimalaria baru dapat dilakukan dengan berbagai metode, salah satunya dengan analisis Hubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas (HKSA). Metode ini dapat mengurangi faktor trial and error dalam sintesis obat baru. Analisis HKSA vinkadiformina sebagai antimalaria pernah dilakukan oleh Tahir dkk (2005). Dalam penelitiannya, Tahir dkk menganalisis HKSA 16 senyawa vinkadiformina dan turunannya yang telah diuji aktivitasnya terhadap P. falciparum yang sensitif terhadap klorokuin (sel Nigerian), oleh Mustofa. Dengan metode semiempiris Austin Model 1 (AM1), Tahir dkk berhasil memperoleh model persamaan terbaik yang dapat menggambarkan hubungan kuantitatif struktur senyawa vinkadiformina dan turunannya dengan aktivitasnya sebagai antimalaria. Model persamaan yang diperoleh oleh Tahir dkk memperlihatkan bahwa parameter teoretis berupa parameter elektronik dan sterik memberikan pengaruh yang besar terhadap aktivitas antimalaria (log 1/IC50). Dalam penelitian ini akan dilakukan analisis HKSA 16 senyawa vinkadiformina dan turunannya hasil sintesis Mustofa dengan menggunakan metode semiempiris yang berbeda dengan metode yang digunakan oleh Tahir dkk, yaitu metode semiempiris Modified Neglect of Diatomic Overlap (MNDO). Pemilihan metode semiempiris MNDO didasarkan pada kecepatan metode ini dalam menghitung parameter teoretis, bila dibandingkan dengan metode


semiempiris yang lain seperti AM1 dan Parameterized Model 3 (PM3). Dalam perancangan senyawa baru, dimungkinkan desain senyawa dalam jumlah yang banyak. Oleh karena itu, penggunaan metode yang cepat dalam perhitungan menjadi hal yang perlu dipertimbangkan. Metode semiempiris MNDO merupakan metode yang dapat melakukan perhitungan yang cepat dan kasar. Namun demikian, belum tentu perhitungan yang cepat dan kasar tersebut tidak dapat menghasilkan model persamaan terbaik yang mampu menggambarkan hubungan kuantitatif struktur-aktivitas senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai senyawa antimalaria. Belum tentu pula, rancangan senyawa berdasarkan model persamaan terbaik dari perhitungan metode semiempiris MNDO menghasilkan aktivitas antimalaria yang lebih rendah daripada rancangan senyawa yang didasarkan pada model persamaan terbaik hasil perhitungan metode semiempiris AM1 atau PM3. Dalam penelitian ini diharapkan perhitungan dengan menggunakan metode semiempiris MNDO dapat memberikan model persamaan terbaik

yang

menggambarkan

hubungan

kuantitatif

struktur

senyawa

vinkadiformina dan turunannya melalui parameter teoretis yang meliputi parameter elektronik, sterik, dan hidrofobisitas, terhadap aktivitasnya sebagai antimalaria. Aktivitas antimalaria didasarkan pada log 1/IC50. IC50 merupakan konsentrasi yang dapat menghambat 50% pertumbuhan P. falciparum.


1. Permasalahan Dari latar belakang di atas muncul permasalahan sebagai berikut: 1. Bagaimana hubungan kuantitatif antara struktur dan aktivitas senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai senyawa antimalaria berdasarkan parameter teoretis hasil perhitungan semiempiris MNDO? 2. Bagaimana struktur senyawa hipotetik turunan vinkadiformina yang memiliki aktivitas antimalaria berdasarkan model persamaan terbaik? 2. Keaslian penelitian Telah dilakukan penelitian mengenai hubungan kuantitatif strukturaktivitas senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai antimalaria oleh Tahir dkk (2005). Dalam penelitian tersebut digunakan 16 senyawa vinkadiformina dan turunannya beserta data log 1/IC50 hasil penelitian Mustofa (2001). Tahir dkk (2005) menggunakan metode semiempiris AM1 dalam menghitung parameter teoretis struktur senyawa vinkadiformina dan turunannya hingga ditemukan model persamaan terbaik yang menggambarkan HKSA senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai antimalaria. Penelitian ini menggunakan 16 senyawa yang digunakan Tahir dkk, namun metode yang digunakan berbeda yaitu metode semiempiris MNDO. 3. Manfaat penelitian a. Manfaat teoretis Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai hubungan antara struktur dan aktivitas senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai senyawa antimalaria


b. Manfaat praktis Penelitian ini diharapkan dapat menjadi acuan dalam sintesis senyawa baru turunan vinkadiformina dan pengujian aktivitas antimalaria senyawa tersebut baik secara in vitro maupun in vivo.

B. Tujuan Penelitian 1. Penelitian ini bertujuan untuk menggambarkan hubungan kuantitatif antara struktur dan aktivitas senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai senyawa antimalaria berdasarkan parameter teoretis hasil perhitungan semiempiris MNDO. 2. Penelitian ini juga bertujuan untuk menggambarkan struktur hipotetik senyawa turunan vinkadiformina yang memiliki aktivitas antimalaria berdasarkan model persamaan terbaik.


BAB II PENELAAHAN PUSTAKA

A. Malaria Malaria merupakan suatu penyakit plasmodia yang disebabkan oleh protozoa, yaitu Plasmodium sp., yang masuk ke dalam tubuh tuan rumah (host) melalui gigitan nyamuk Anopheles betina (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Pada manusia, spesies yang menyebabkan infeksi adalah P. falciparum, P.vivax, P. malariae, dan P. ovale. Malaria tersian, yang diakibatkan oleh P. vivax adalah bentuk penyakit malaria yang paling umum. Bentuk malaria tersian yang paling berat, disebut tersian ganas, disebabkan oleh P. falciparum. Serangan oleh spesies-spesies ini lebih jarang dibandingkan dengan P. vivax. Malaria quartan, dengan tingkat keganasan menengah, disebabkan oleh serangan P. malariae. Malaria macam ini lebih jarang terjadi daripada tersian ganas. P. ovale mengakibatkan bentuk penyakit malaria yang jarang, yang disebut malaria tersian ovale. Malaria macam ini dalam banyak hal mirip dengan malaria tersian atau malaria P. vivax (Kier dan Roche, 1996). Siklus perkembangan plasmodia malaria dalam nyamuk Anopheles dan tubuh manusia serta tempat kerja obat antimalaria dapat dilihat pada gambar 1. Saat nyamuk Anopheles betina menggigit manusia, nyamuk mengeluarkan sporozoit ke dalam pembuluh darah kapiler. Sporozoit kemudian dibawa oleh darah ke dalam hati untuk bermultiplikasi dan membentuk schizont jaringan. Ini adalah tahap pre-eritrositik atau jaringan primer. Setelah 5-16 hari, schizont pecah

6


sambil melepaskan ribuan merozoit yang menginfeksi sel darah merah untuk membentuk schizont dan memulai tahap eritrositik (DiPalma, 1990 ; Neal, 1997). Pada infeksi yang disebabkan oleh P. vivax dan P. ovale (bukan P. falciparum), beberapa schizont dalam hati membentuk schizont jaringan sekunder dan berada dalam keadaan dorman (disebut hipnozoit). Jaringan sekunder akan pecah beberapa bulan kemudian, sehingga menyebabkan kambuhnya penyakit (Neal, 1997). Pada tahap terbentuknya schizont, pasien tidak mengalami gejala. Keadaan ini bertahan hingga schizont pecah, dan melepaskan kembali merozoit beserta pirogen ke dalam darah. Secara klinis, tahap ini ditandai dengan gejala demam, kemudian menggigil. Gejala demam terjadi karena adanya pirogen yang dilepaskan ke dalam darah, sedangkan gejala menggigil terjadi karena tubuh berusaha menurunkan suhu tubuh yang tinggi. Beberapa merozoit yang kembali dilepaskan, akan menginfeksi sel darah merah untuk membentuk schizont, sedangkan beberapa merozoit yang lain akan mengalami perkembangan seksual menjadi gametosit jantan dan gametosit betina (DiPalma, 1990). Bentuk gametosit yang terhisap oleh nyamuk Anopheles betina, mengalami pertumbuhan menjadi zigot dalam lambung nyamuk. Zigot berkembang membentuk oosit (strukturnya bulat dan berada di dinding luar lambung). Oosit kemudian berkembang menjadi sporozoit dan dilepaskan ke dalam rongga perut nyamuk, lalu berpindah ke kelenjar ludah. Dari kelenjar ludah, sporozoit siap dipindahkan dan menginfeksi manusia yang digigit oleh nyamuk Anopheles betina (siklus berjalan kembali) (Williams dan Lemke, 2002).


masuk melalui gigitan nyamuk Sporozoit pada kelenjar ludah

Oosit pecah

Schizont jaringan primer

Sporozoit

Schizont jaringan sekunder/laten (P.vivax dan P.ovale) Schizont dikembangkan dalam sel hati Oosit tumbuh pada dinding lambung Mature Gametosid betina Immature Gametosid betina

Gametosid betina Oosit

Merozoit masuk ke sel darah merah

fertilisasi zigot

Ookinet

Immature Gametosid jantan

Eksflagelasi

Gametosid jantan

Mature Gametosid jantan

Merozoit masuk ke sel darah merah awal Tropozoit sel pecah

akhir Tropozoit

Mature Schizont

Immature Schizont

Siklus seksual pada nyamuk

Siklus aseksual pada manusia

Gambar 1. Siklus perkembangan plasmodia malaria

(Siswandono dan Soekardjo, 1995)


B. Pengelompokan Senyawa Antimalaria Berdasarkan perkembangan dan siklus kehidupan plasmodia yang dipengaruhi dan indikasi klinis antimalaria tersebut, maka antimalaria dapat dikelompokkan sebagai berikut : 1. antimalaria untuk pencegahan kausal Antimalaria kelompok ini menghancurkan bentuk jaringan primer plasmodia dan merozoit di hati, mulai dari tahap infeksi eritrositik, kemudian mencegah invasi eritrosit dan penyebaran infeksi ke nyamuk Anopheles. Contoh antimalaria kelompok ini adalah klorguanid, pirimetamin, dan primakuin (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Klorguanid atau nama lainnya adalah proguanil, merupakan prototipe dari kelompok ini. Klorguanid telah digunakan secara luas untuk pencegahan kausal malaria yang disebabkan oleh P. falciparum. Antimalaria ini mengalami masalah resistensi, namun tetap memberikan proteksi jika dikombinasikan dengan obat lain. Meskipun primakuin juga memiliki aktivitas terhadap P. falciparum, antimalaria ini memiliki potensi toksik yang tinggi dan digunakan untuk aplikasi klinis yang lain (Tracy dan Webster, 2001). 2. antimalaria untuk mencegah kekambuhan Antimalaria ini bekerja pada bentuk schizont di jaringan laten, jaringan sekunder atau hipnozoit dari P. vivax dan P. ovale di sel hati. Contoh antimalaria kelompok ini adalah primakuin dan pirimetamin (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Kelompok antimalaria ini digunakan untuk pencegahan terminal dan untuk penyembuhan radikal dari infeksi malaria kambuhan. Primakuin adalah antimalaria prototipe yang digunakan untuk mencegah kekambuhan, yaitu


menyembuhkan infeksi eritrositik dari jaringan sekunder plasmodia (Tracy dan Webster, 2001). 3. antimalaria untuk pencegahan klinis dan penyembuhan supresif Menurut Korolkovas dan Burckhalter (1976), antimalaria dapat memberikan efek sebagai supresi atau pencegahan klinis, yaitu pencegahan dari gejala klinis dengan bekerja pada bentuk aseksual plasmodia dalam darah. Kerja ini dapat bersifat sementara atau permanen. Antimalaria kelompok ini bekerja terhadap merozoit pada fase eritrositik aseksual dari plasmodia malaria dan mengganggu schizogoni eritrositik ke bawah, sehingga serangan klinis tidak terjadi. Antimalaria ini juga digunakan dalam terapi penyembuhan supresif untuk eliminasi plasmodia secara lengkap. Kecuali primakuin, hampir semua antimalaria yang digunakan secara klinis dikembangkan aktivitasnya terhadap fase aseksual plasmodia. Berdasarkan masa kerjanya kelompok antimalaria ini dibagi menjadi dua, yaitu : a. schizontosida yang bekerja secara cepat Contoh : amodiakuin, artemisinin, klorokuin, kuinin, kuinidin, meflokuin, dan atovaquon b. schizontosida yang bekerja secara lambat Contoh : pirimetamin, klorguanid, sikloguanil pamoat, sulfonamida, dan sulfon (Siswandono dan Soekardjo, 1995; Tracy dan Webster, 2001)


4. gametositosida Antimalaria kelompok ini menghancurkan bentuk eritrositik seksual (gametosit) dari plasmodia malaria sehingga mencegah penyebaran plasmodia ke nyamuk Anopheles (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Klorokuin dan kuinin memiliki aktivitas gametosidal terhadap P. vivax, P. ovale, dan P. malariae, primakuin aktif terhadap gametosit dari P. falciparum (Siswandono dan Soekardjo, 1995; Tracy dan Webster, 2001). 5. sporozoitosida Antimalaria kelompok ini mampu membunuh sporozoit segera setelah masuk dalam darah sesudah gigitan nyamuk. Waktu antimalaria ini untuk bekerja sangat singkat oleh karena sporozoit secara cepat masuk ke sel hati sehingga banyak antimalaria kurang efektif terhadap bentuk sporozoit tersebut. Contoh antimalaria kelompok ini adalah klorguanid, pirimetamin, dan primakuin (Siswandono dan Soekardjo, 1995). 6. sporontosida Antimalaria kelompok ini bekerja pada tubuh nyamuk malaria yang menginfeksi tuan rumah yaitu dengan mencegah pembentukan oosit dan sporozoit. Contoh : pirimetamin, klorguanid, dan primakuin (Siswandono dan Soekardjo, 1995).


Berdasarkan struktur kimianya, antimalaria dibagi menjadi 8 kelompok, yaitu turunan 9-aminoakridin, 4-aminokuinolin, 8-aminokuinolin, biguanida, diaminopiridin, kuinolinometanol, sulfonamida, dan sulfon. 1.

Turunan 9-aminoakridin Contoh turunan 9-aminoakridin adalah kuinakrin-HCl yang bekerja

sebagai schizontosida eritrositik, sekarang jarang digunakan sebagai antimalaria karena tersedia obat yang lebih aktif dengan toksisitas lebih rendah (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Kuinakrin bersifat tumorigenik dan mutagenik dan juga telah digunakan sebagai obat sklerosis. Kuinakrin merupakan suatu pewarna akridin, sehingga senyawa ini dapat menyebabkan diskolorisasi kuning pada kulit dan urin (Block, 2004). H2 C

H N H3CO

H2 C C H2

H C NH

Cl CH 3

H2 C CH3

N

Cl

Gambar 2. Struktur kuinakrin HCl 2. 4-aminokuinolin Turunan 4-aminokuinolin mempunyai aktivitas antimalaria yang lebih tinggi dibanding kuinin atau 9-aminoakridin. Toksisitasnya relatif rendah (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Secara umum, klorokuin dan 4-aminokuinolin yang lain, tidak efektif terhadap plasmodia eksoeritrosit. Klorokuin tidak dapat mencegah kekambuhan pada malaria yang disebabkan oleh P. vivax dan P. ovale (Block, 2004).


Dari turunan 4-aminokuinolin, klorokuin menunjukkan aktivitas yang optimal (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Klorokuin memiliki struktur yang mirip turunan 8-aminokuinolin yang sudah tidak digunakan lagi, yaitu pamakuin dan pentakuin. Klorokuin memiliki rantai samping yang sama seperti kuinakrin, tetapi berbeda pada cincin kuinolin dan residu metoksi yang tidak dimiliki oleh kuinakrin. Gugus amin tersier pada cincin kuinolin sangat penting berperan dalam aktivitasnya sebagai antimalaria (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Atom klorin pada posisi 7 dari cincin kuinolin juga memiliki pengaruh yang sangat besar terhadap aktivitas antimalaria yang ditimbulkan, baik pada manusia maupun avian (Tracy dan Webster, 2001). H2 C

CH3 H

CH N

Cl

H2 C C H2

CH3

N C H2

C H2

CH3

N

Gambar 3. Struktur klorokuin 3. 8-aminokuinolin Turunan

8-aminokuinolin

aktif

terhadap

bentuk

eksoeritrositik

plasmodia malaria yang disebabkan oleh P. vivax dan P. malariae. Mempunyai aktivitas gametositosida, tetapi tidak aktif terhadap bentuk plasmodia eritrositik. Turunan ini menimbulkan toksisitas lebih besar dibanding turunan 4aminokuinolin (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Primakuin adalah turunan 8aminokiunolin yang masih digunakan untuk pengobatan malaria. Antimalaria ini


tidak digunakan sebagai profilaksis. Spektrum aktivitasnya paling sempit bila dibandingkan dengan antimalaria yang lain (Block, 2004). Pada struktur turunan 8-aminokuinolin, rantai samping yang terdiri dari 4 atom C dan amin aromatik yang merupakan amin sekunder memberikan aktivitas antimalaria yang optimal. Gugus 6-metoksi mempunyai aktivitas optimal meskipun batas keamanannya rendah, dan kemungkinan dapat diganti dengan atom hidrogen atau gugus hidroksi (Siswandono dan Soekardjo, 1995). H3CO

N H2 C

N H

CH

H2 C C H2

H N H

CH3

Gambar 4. Struktur primakuin 4. Biguanida Turunan biguanida merupakan schizontosida eksoeritrositik dan eritrositik terhadap P. falciparum dan P. vivax. Toksisitasnya relatif ringan (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Turunan biguanida mempunyai mekanisme kerja yang sama dengan pirimidin. Turunan ini tidak aktif, dan baru menjadi aktif setelah tersiklisasi pada saat metabolisme menjadi suatu turunan dihidro-s-triazin yang mirip dengan pirimetamin dan bagian pteridin senyawa asam folat. Transformasi hayati ini digambarkan dengan proguanil. Proguanil akan dimetabolisme menjadi sikloguanil dan metabolit inilah yang aktif sebagai antimalaria. Sikloguanil sendiri tersedia dalam bentuk garam pamoat. Senyawa turunan biguanida, termasuk sikloguanil merupakan schizontosida kuat terhadap


bentuk eksoeritrositik dan eritrositik P. falciparum dan P. vivax. Resistensi terhadap senyawa ini sering terjadi (Kier dan Roche, 1996). A

B HN

CH3 H2 N

N CH3

C

NH

CH 3

N Cl

NH

C

N

N H

HN

CH 3

Cl

Gambar 5. A) proguanil ; B) sikloguanil 5. Diaminopirimidin Antimalaria yang merupakan turunan dari diaminopirimidin adalah pirimetamin dan trimetoprim. Pirimetamin digunakan sebagai pencegahan malaria (Korolkovas dan Burckhalter, 1976). Pirimetamin merupakan schizontosida darah lepas lambat yang memiliki efek in vivo yang mirip dengan proguanil. Pirimetamin memiliki potensi antimalaria yang lebih besar karena langsung bekerja pada plasmodia, dan waktu paruhnya lebih lama daripada sikloguanil, bentuk

aktif

proguanil.

Berbeda

dengan

proguanil,

pirimetamin

tidak

menunjukkan efektivitas yang berarti terhadap bentuk hepatik dari P. falciparum. Pada dosis terapetis, pirimetamin tidak dapat melakukan eradikasi terhadap jaringan sekunder P. vivax atau gametosit dari spesies plasmodia malaria (Tracy dan Webster, 2001). H2N

N

H2 C CH3

N

NH2

Cl

Gambar 6. Struktur pirimetamin


6. Turunan kuinolinometanol Turunan kuinolinometanol terdapat pada tanaman Chinchona Sp., terutama pada bagian kulit kayu atau korteks. Korteks kina yang diperdagangkan mengandung alkaloid kuinin 5%, kuinidin 0,1%, sinkonin 0,3%, dan sinkonidin 0,4% (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Bagian kuinolinometanol menjadi penting dalam obat-obat sintetik. Turunan kuinolinometanol bekerja pada merozoit eritrositik. Senyawa-senyawa ini tidak menyembuhkan secara tuntas, tetapi mengurangi gejala. Kuinin digunakan pada pengobatan malaria yang plasmodiumnya telah resisten terhadap zat-zat lain, misalnya klorokuin (Kier dan Roche, 1996). Stereoisomer kuinin yaitu kuinidin, memiliki potensi yang lebih besar sebagai antimalaria, tetapi kuinidin juga lebih toksik. Kuinin bersifat mematikan terhadap semua bentuk schizont plasmodium dan gametosit P. vivax dan P. malariae tetapi tidak untuk gametosit P. falciparum. Sekarang, spektrum aktivitas kuinin terlalu sempit untuk penggunaan pencegahan malaria (Block, 2004). Kuinin memiliki cincin kuinolin yang dihubungkan dengan cincin kuinuklidin melalui jembatan alkohol. Cincin kuinolin mengandung gugus metoksi, sedangkan cincin kuinuklidin mengikat gugus vinil. Kuinidin memiliki struktur yang serupa dengan kuinin. Perbedaannya dengan kuinin terletak pada konfigurasi sterik gugus alkohol (Tracy dan Webster, 2001).


H C

H

H

HC

H2C H2C H

N

N HO

H

HO

C

C

H

H

H3CO

H3CO

N

N

A

B

Gambar 7. A) kuinin ; B) kuinidin 7. Turunan sulfonamida dan sulfon Turunan ini jarang digunakan dalam bentuk tunggal sebagai antimalaria, biasanya dikombinasi dengan pirimetamin dan digunakan untuk pengobatan infeksi P. falciparum yang sudah kebal terhadap klorokuin. Contoh turunan sulfonamida yang dapat digunakan sebagai antimalaria adalah sulfadoksin, sulfametoksipiridazin, sulfametopirazin, sulfisoksazol. Contoh sulfon yang digunakan sebagai antimalaria adalah asedapson dan dapson (Siswandono dan Soekardjo, 1995). A

O H2N

S

B

N N H

N

H2N

O

O S O

H3C

O

O

CH3

Gambar 8. A) sulfadoksin ; B) dapson

NH2


C. Mekanisme Kerja Senyawa Antimalaria Beberapa mekanisme aksi antimalaria telah diusulkan. Dahulu postulat Schonhofer merupakan mekanisme aksi malaria yang telah diterima secara luas. Schonhofer mengatakan bahwa aktivitas antimalaria membutuhkan struktur kuinolin yang mudah dioksidasi menjadi bentuk kuinoid. Hipotesis ini sekarang tidak digunakan lagi sejalan dengan penelitian bahwa 5,6-kuinon ternyata tidak terbukti sebagai bentuk aktif antimalaria aminokuinolin (Korolkovas dan Burckhalter, 1976). Antimalaria memiliki berbagai mekanisme aksi. Pada tingkat molekular, antimalaria beraksi dengan menghambat enzim yang terlibat dalam biosintesis prekursor asam deoksiribonuklease (ADN) atau membentuk kompleks molekular dengan ADN, sehingga memblok sintesis ADN dan asam ribonuklease (ARN) plasmodia dengan menghambat polimerasi ADN dan ARN (Korolkovas dan Burckhalter, 1976). Turunan

9-aminoakridin,

4-aminokuinolin,

dan

kuinolinometanol

menunjukkan efek schizontisid yang cepat dengan dua mekanisme. Mekanisme kerja ketiga turunan ini melibatkan lisosom (vakuola makanan) plasmodia yang terdapat dalam sel darah merah (Block, 2004). Bentuk aseksual plasmodia malaria dapat tumbuh dalam sel darah merah dengan mencerna hemoglobin dalam vakuola makanan yang bersuasana asam. Hemoglobin merupakan nukleoprotein bagi plasmodia. Proses pencernaan hemoglobin menghasilkan radikal bebas dan heme (ferriprotoporphyrin IX) sebagai produk yang sangat reaktif. Dalam proses nukleasi terjadi penambahan histidin dan mungkin beberapa lipid. Heme


kemudian berpolimerisasi menjadi pigmen malaria yang inaktif dan tidak larut. Pigmen ini dinamakan hemozoin. Turunan 9-aminoakridin, 4-aminokuinolin, dan kuinolinometanol merupakan schizontosida darah yang bertindak sebagai basa lemah yang terkonsentrasi dalam vakuola makanan plasmodia yang bersuasana asam (Tracy dan Webster, 2001). Senyawa-senyawa ini kemudian mengalami protonasi, meningkatkan pH intravakuolar, dan terjebak di dalam vakuola makanan karena pori-pori membran vakuola juga bermuatan positif. Kondisi ini mempertahankan keberadaan senyawa-senyawa turunan 9-aminoakridin, 4aminokuinolin, dan kuinolinometanol dalam hemoglobin penderita (Block, 2004). Dengan keberadaan senyawa-senyawa tersebut dalam hemoglobin penderita, maka aktivitas peroksidatif heme akan terhambat dan polimerisasi nonenzimatik heme menjadi hemozoin terganggu (Tracy dan Webster, 2001). Heme yang masih reaktif akan merusak membran plasmodia dan/ atau sel darah merah secara oksidatif, sehingga membran mengalami lisis (Block, 2004). Mekanisme kerja kedua dari senyawa turunan 9-aminoakridin, 4aminokuinolin, dan kuinolinometanol melibatkan sistem cincin datar yang dimiliki oleh senyawa-senyawa tersebut. Cincin datar yang dimiliki oleh turunan 4-aminokuinolin dan kuinolinometanol adalah cincin kuinolin, sedangkan cincin datar yang dimiliki oleh turunan 9-aminoakridin adalah cincin akridin. Sistem cincin datar memungkinkan senyawa-senyawa tersebut dapat berinterkalasi di antara pasangan basa dobel heliks ADN. Perhitungan orbital molekul menunjukkan bahwa senyawa-senyawa tersebut, terutama dalam bentuk terprotonasi selama berada dalam vakuola makanan, memiliki nilai energi LUMO


(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) rendah (antara 0 dan -0,5β), sedang pasangan basa guanin dan sitosin mempunyai nilai energi HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) tinggi (+0,487β). Kondisi ini memungkinkan terjadinya kompleks transfer muatan antara cincin datar senyawa-senyawa tersebut dengan pasangan basa guanin dan sitosin, sehingga terbentuk kompleks obat-ADN. Kompleks obat-ADN diperkuat dengan adanya ikatan rantai samping senyawa-senyawa tersebut dengan gugus fosfat pada salah satu helaian dobel heliks ADN. Rantai samping kuinolinometanol yang berikatan dengan gugus fosfat adalah cincin kuinuklidin, sedangkan rantai samping 9-aminoakridin dan 4aminokuinolin yang berikatan dengan gugus fosfat adalah atom nitrogen terprotonasi. Selain ikatan rantai samping dengan gugus fosfat, kompleks obatADN juga diperkuat dengan adanya ikatan hidrogen dengan molekul basa purin yaitu adenin (DiPalma, 1990). Dengan terbentuknya kompleks obat-ADN, maka transkripsi dan translasi ADN menjadi ARN akan terhambat. Hal ini akan berpengaruh terhadap sintesis ADN dan ARN (DiPalma, 1990). Interkalasi dan ikatan ionik yang terjadi antara klorokuin (senyawa turunan 4-aminokuinolin) dengan ADN diperlihatkan pada gambar 13. Turunan 8-aminokuinolin yaitu primakuin bekerja dengan mengganggu mitokondria plasmodia (Block, 2004). Primakuin mengganggu transpor elektron, sehingga menyebabkan perusakan oksidatif pada sistem enzim mitokondrial. Proses ini mengakibatkan mitokondria plasmodia menggembung dan mengalami vakuolisasi. Dalam hal ini mitokondria penderita tidak terganggu. Primakuin juga menyerang bentuk seksual plasmodia dan membuat bentuk seksual ini tidak


mengalami pematangan (DiPalma, 1990). Primakuin dapat diubah menjadi elektrofil yang bekerja sebagai mediator oksidasi-reduksi (Tracy dan Webster, 2001). Hal ini menyebabkan perusakan oksidatif pada elektron asam nukleat dalam gametosit. Dengan demikian primakuin dapat digunakan untuk mencegah penyebaran malaria (DiPalma, 1990). Selain bekerja dengan mengganggu transpor elektron, primakuin juga bekerja dengan berinterkalasi di antara pasangan basa ADN plasmodia, sama seperti turunan 9-aminoakridin, 4-aminokuinolin, dan kuinolinometanol (Korolkovas dan Burckhalter, 1976).

A = adenine T = thymine G = guanine C = cytosine P = phosphate R = deoxyribose

Gambar 9. Mekanisme aksi klorokuin pada tingkat molekular (Korolkovas dan Burckhalter,1976) Turunan

biguanida

dan

diaminopirimidin,

mempunyai

aktivitas

antimalaria karena menghambat secara selektif enzim dihidrofolat reduktase yang mengkatalisis perubahan asam dihidrofolat menjadi asam tetrahidrofolat pada


plasmodia. Penghambatan ini mempengaruhi biosintesis plasmodia terutama pembentukan basa purin, pirimidin, dan ADN. Meskipun turunan ini tidak bekerja secara selektif terhadap enzim plasmodia, tetapi dapat mengikat enzim dihidrofolat reduktase lebih kuat dibanding isoenzim pada penderita. Efek pemblokan ini tidak berbahaya bagi penderita karena asam folinat yang diperlukan dipasok dari luar melalui makanan (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Turunan sulfonamida dan sulfon dapat menghambat secara selektif enzim dihidropteroat sintetase, yang mengkatalisis kondensasi ester pirofosfat dari 2-amino-4-okso-6-hidroksimetildihidropteridin dengan asam p-aminobenzoat dengan asam dihidropteroat. Hambatan ini menyebabkan kematian plasmodia (Siswandono dan Soekardjo, 1995).

D. Vinkadiformina N

N H O

O

Gambar 10. Struktur senyawa vinkadiformina Vinkadiformina adalah salah satu indol alkaloid yang terkandung dalam tanaman Aspidosperma pyrifolium dan A. megalocarpon yang merupakan tanaman tradisional Amerika dan digunakan sebagai antimalaria (Mustofa, 2001). Vinkadiformina

bersifat

hipotensif,

kronotropik

negatif,

spasmolitik,


hipoglikemik, dan simpatolitik (Anonim, 1996). Kuehne dkk (1978) dalam jurnal mengenai studi biomimetik sintesis alkaloid memaparkan bahwa vinkadiformina dapat disintesis dari tetrahydro-β-carboline melalui secodine intermediate. Penelitian terhadap senyawa indol alkaloid dari tanaman bergenus Aspidosperma pernah dilakukan oleh Mitaine-Offer dkk (2002). Dalam penelitian tersebut

Mitaine-Offer

dkk

mengkombinasikan

senyawa

indol

alkaloid

berkerangka dasar aspidospermane (dari A. pyrifolium dan A. Megalocarpon) dengan klorokuin, kemudian menguji aktivitas antimalarianya terhadap P. falciparum yang sensitif klorokuin dan P. falciparum yang resisten klorokuin. Dari penelitian tersebut diperoleh hasil yang menyatakan bahwa terdapat sinergisme dari kedua senyawa yang dikombinasikan, sehingga dihasilkan efek antimalaria yang merupakan kumulasi dari aktivitas antimalaria senyawa yang dikombinasi. Pada tahun 2001, Mustofa telah berhasil mensintesis 16 senyawa turunan vinkadiformina. Mustofa kemudian menguji aktivitas biologis yang lain dari vinkadiformina, yaitu sebagai antimalaria. Senyawa-senyawa tersebut diuji aktivitas antimalarianya terhadap P. falciparum yang tergolong resisten terhadap klorokuin yaitu FcM29-Kamerun dan P. falciparum yang sensitif terhadap klorokuin yaitu sel Nigerian (Tahir dkk, 2005). Enambelas senyawa turunan vinkadiformina hasil sintesis Mustofa beserta data aktivitas antimalaria (log 1/IC50) terhadap P. falciparum yang sensitif terhadap klorokuin yaitu sel Nigerian, digunakan oleh Tahir dkk (2005) dalam menentukan hubungan kuantitatif antara struktur dan aktivitasnya sebagai


antimalaria. Data struktur dan aktivitas senyawa turunan vinkadiformina hasil sintesis dan uji oleh Mustofa dapat dilihat pada tabel 1. Parameter teoretis berupa parameter elektronik dan sterik dari keenambelas struktur senyawa merupakan variabel bebas yang berpengaruh terhadap variabel tergantung yang berupa log 1/IC50. IC50 merupakan konsentrasi yang dapat menghambat pertumbuhan plasmodia malaria sebanyak 50%. Dengan menggunakan metode AM1, Tahir dkk (2005) menemukan 10 model persamaan matematis HKSA terpilih yang kemudian diolah secara statistik hingga ditemukan model persamaan terbaik yang dapat menggambarkan hubungan kuantitatif struktur dan aktivitas senyawa turunan vinkadiformina sebagai antimalaria. Model persamaan terbaik yang dihasilkan dari penelitian Tahir dkk menyatakan

bahwa

deskriptor-deskriptor

yang

mempengaruhi

aktivitas

antimalaria vinkadiformina dan turunannya adalah muatan bersih, momen dipol, ELUMO, EHOMO, polarisabilitas molekular, dan luas permukaan. Daerah sensitif yang diduga memberi sumbangan pengaruh terhadap kuantitas aktivitas antimalaria, berdasarkan penelitian Tahir dkk digambarkan di bawah ini.

N H

Gambar 11. daerah sensitif senyawa vinkadiformina dan turunannya hasil penelitian Tahir dkk E. Hubungan Kuantitatif Struktur dan Aktivitas Penggunaan pendekatan mencoba-coba dalam usaha menemukan obat baru kurang menguntungkan, sebab itu kegiatan yang boros ini segera


ditinggalkan dalam bidang rancangan obat dan diusahakan penggunaan pendekatan yang rasional. Informasi tentang turunan struktur molekul senyawa yang dapat mengubah hasil uji eksperimental, menguraikan tentang hubungan antara struktur dan aktivitas biologis (Sardjoko, 1993). Hubungan struktur dan sifat adalah pendefinisian empiris kualitatif dan kuantitatif antara sruktur molekul dengan sifat yang teramati. Hubungan struktur dan sifat yang dikaji belakangan ini selalu merupakan hubungan matematika secara kuantitatif. Jika sifat digambarkan sebagai aktivitas biologis-misalnya aktivitas obat-maka dikenal sebagai hubungan kuantitatif struktur dan aktivitas (HKSA atau QSAR = Quantitative Structure Activity Relationship) (Pranowo, 2004). Tujuan HKSA adalah untuk memprediksikan hubungan antara deskripsi kuantitatif dari sifat-sifat fisika senyawa dan respon sistem biologis. Respon dapat berupa perhitungan Ki inhibitor dalam pengujian enzim, pED50 dari agonis reseptor, atau hanya pembuktian apakah suatu senyawa aktif atau inaktif secara biologis (Davis, 1994). Tujuan lain dari HKSA adalah untuk menentukan struktur senyawa yang dapat menghasilkan ikatan optimum dengan reseptor, dan untuk mendesain satu seri senyawa untuk memaksimalkan informasi berkaitan dengan struktur untuk aktivitas dari sejumlah kecil senyawa uji (Block, 2004). Diharapkan hasil HKSA akan memberikan pengertian mengenai sifat molekular yang sangat mempengaruhi aktivitas, dan membuka jalan bagi optimisasi aktivitas biologis dalam satu seri senyawa (Davis, 1994). Studi HKSA dapat menggunakan beberapa model, tetapi model yang paling sering digunakan ada tiga, yaitu model Hansch, model Free dan Wilson


(model de novo), dan model yang didasarkan pada mekanika kuantum (Sardjoko, 1993). Pada metode Hansch dikemukakan suatu konsep bahwa hubungan struktur kimia dengan aktivitas biologis (log 1/C) suatu senyawa dapat dinyatakan secara kuantitatif melalui parameter-parameter sifat fisika kimia dari substituen yaitu parameter hidrofob (π), elektronik (σ) dan sterik (Es). Model pendekatan ini disebut pula model hubungan energi bebas linier (Linear Free Energy Relationship = LFER), yang dinyatakan melalui persamaan regresi linier berikut: Log 1/C = a ∑ π + b ∑ σ + c ∑ Es + d

(1)

(Siswandono dan Soekardjo, 1995) Respon biologis umumnya berupa resiprok (log 1/C). Hal ini dikarenakan dengan menggunakan

resiprok

akan

diperoleh

hubungan

yang

valid.

Dengan

menggunakan resiprok untuk respon biologis akan diperoleh kemiringan garis regresi (slope) yang positif (Block, 2004).

F. Kimia Komputasi Metode kimia komputasi sangat membantu dalam penelitian hubungan kuantitatif struktur dan aktivitas. Dengan aplikasi komputasi, perhitungan sifat kimia dan fisika suatu senyawa dapat dilakukan dengan mudah. 1. Hyperchem Program HyperChem merupakan program kimia aplikasi 32 bit yang dikembangkan oleh Hypercube Inc. HyperChem merupakan program yang mudah digunakan, fleksibel, dan berkualitas. Dengan menggunakan visualisasi dan animasi tiga dimensi hasil perhitungan kimia kuantum, mekanika dan dinamika


molekular, menjadikan HyperChem lebih mudah digunakan daripada program kimia kuantum yang lain (Pranowo, 2004). Dengan HyperChem dapat dilakukan eksplorasi model energi permukaan potensial secara klasik atau kuantum dengan single point, optimasi geometri atau perhitungan dalam mencari keadaan transisi. Perhitungan single point dapat digunakan untuk menentukan energi molekul dari struktur yang telah ditentukan (tanpa proses optimasi). Perhitungan optimasi geometri menggunakan algoritma minimisasi energi untuk mendapatkan struktur yang paling stabil (Pranowo, 2004). HyperChem merupakan program yang secara teliti dapat digunakan untuk mengetahui struktur, stabilitas, dan sifat molekul dengan menggunakan perhitungan mekanika molekular maupun mekanika kuantum. Dalam HyperChem terdapat metode sederhana untuk menghasilkan struktur molekul 3D. Terdapat 10 jenis metode semiempiris yang dapat digunakan untuk mengoptimasi geometri suatu senyawa agar diperoleh struktur yang paling stabil. Perhitungan semiempiris dapat dilakukan pada atom hidrogen sampai xenon, termasuk logam transisi. Kesepuluh metode semiempiris yang terdapat dalam program HyperChem adalah Extended Huckel (oleh Hoffman), Complete Neglect of Differential Overlap (CNDO) dan Intermediate Neglect of Differential Overlap (INDO) (oleh People dkk), Modified Intermediate Neglect of Differential Overlap (MINDO3), MNDO, MNDO/d, dan AM1 (oleh Dewar dkk), PM3 (oleh Stewart), Zerner Intermediate Neglect of Differential Overlap (ZINDO/1) dan ZINDO/s (oleh Zerner dkk). Selain metode semiempiris, terdapat pula metode ab initio yang dilengkapi


dengan variasi himpunan basis yang dapat digunakan untuk menentukan sifat struktur molekul secara akurat (Pranowo, 2004). 2. Metode semiempiris MNDO Menurut Pranowo (2004), metode semiempiris adalah metode kimia komputasi yang masih memperhitungkan penyelesaian secara kimia kuantum sehingga sifat-sifat elektronik masih dapat diturunkan. Metode semiempiris berdasar pada pendekatan Hartree-Fock. Pendekatan dilakukan terhadap penyusunan matrik Fock, atau dalam penyederhanaan pada pernyataan energi sistem.

Pendekatan

lain

dari

metode

semiempiris

adalah

hanya

mempertimbangkan elektron valensi. Elektron dalam (core) dihitung sebagai fungsi tolakan core-core bersama-sama dengan energi tolakan inti (Pranowo, 2004). Metode semiempiris mengurangi biaya komputasi dengan mengurangi jumlah integral. Metode semiempiris mampu menghitung fungsi gelombang elektronik, yang dapat digunakan untuk memprediksikan sifat-sifat kimia fisika yang bervariasi. Metode semiempiris memberikan hasil yang sangat baik jika informasi eksperimental telah tersedia, tetapi metode ini tidak dapat memprediksi tipe senyawa yang tidak diketahui sama sekali (Jensen, 1999). Langkah awal dalam mengurangi masalah komputasi adalah dengan hanya mempertimbangkan eksplisitas elektron valensi, elektron core dihitung dengan cara mengurangi muatan inti atau memberikan fungsi untuk memodelkan tolakan gabungan yang disebabkan oleh elektron core dan nuklei. Hanya set basis minimum (jumlah minimum fungsi yang dibutuhkan untuk mengakomodasi elektron dalam atom netral) yang digunakan untuk elektron valensi. Hidrogen,


misalnya, memiliki satu fungsi basis, dan semua atom dalam baris kedua dan ketiga dalam tabel sistem periodik memiliki empat fungsi basis (satu s-dan satu set p-orbital, px, py, dan pz). Sebagian besar metode semiempiris hanya menggunakan fungsi s- dan p-, dan fungsi basis diambil sebagai orbital tipe Slater (Jensen, 1999). MNDO adalah metode semiempiris orbital molekular (Molecular Orbital atau MO) self-consistent-field elektron-valensi yang menggunakan basis minimal dari orbital atomik dan pendekatan integral Neglect of Diatomic Differential Overlap (NDDO) (Thiel, 2001). Parameterisasi pada MNDO dilakukan pada variabel atomik, yaitu hanya atom tunggal. MNDO, AM1, dan PM3 diturunkan dari pendekatan dasar yang sama yaitu NDDO, dan hanya berbeda pada perlakuan repulsi core-core dan bagaimana parameter ditentukan (Jensen, 1999). MNDO merupakan metode semiempiris pertama yang digunakan secara luas untuk analisis struktur organik yang beranekaragam, karena memiliki hubungan dengan metode optimasi geometri (Lahti, 1998). MNDO mempunyai tujuh parameter atomik (Uss, Upp, ζ, βs, βp, α) dan satu yang termasuk dalam perhitungan interaksi multipol (pada dasarnya pemisahan antara titik muatan yang digunakan untuk menggambarkan dipol), dan tidak ada parameter diatomik. Integral yang tidak diatur sama dengan nol pada asumsi CNDO dihitung sebagai interaksi multipol. Parameter atom yang sekarang tersedia adalah untuk atom H, Li, Be, C, N, O, F, Al, Si, P, S, Cl, Zn, Ge, Br, I, Sn, Hg dan Pb (Pranowo, 2004). Metode ini baik digunakan untuk geometri dan potensial ionisasi. Cukup baik digunakan untuk momen dipol dan kerapatan spin. Metode ini memiliki


masalah dengan cincin yang kecil dan pasangan elektron yang berdekatan, serta analisis transisi state (Lahti, 1998). Menurut Jensen (1999), beberapa keterbatasan dari model MNDO adalah sebagai berikut : a. molekul yang memiliki banyak halangan sterik, seperti neopentan, sangat tidak stabil b. senyawa dengan 4 cincin sangat stabil c. interaksi yang lemah tidak dapat diprediksi (contohnya pada ikatan hidrogen) d. molekul hipervalen, seperti sulfoksida dan sulfon, sangat tidak stabil e. energi aktivasi untuk reaksi memutuskan dan membentuk ikatan sangat tinggi f. struktur non klasik diprediksi tidak stabil relatif terhadap struktur klasik (misal kation etil) g. substituen teroksigenasi pada cincin aromatik out of plane (contohnya nitrobenzena) h. ikatan peroksida sangat pendek ~ 0,17 Å i. sudut C-X-C pada eter dan sulfida sangat besar ~ 9o

G. Analisis Statistik Dalam penelitian, biasa digunakan model suatu hubungan fungsional antara peubah. Dengan model tersebut kelakuan sistem yang akan diteliti dapat dipahami, diterangkan, dikendalikan, dan kemudian diprediksikan. Prediksi memiliki arti yang khusus yaitu inter- atau ekstrapolasi (Sembiring, 2003). Model dapat membantu penentuan hubungan sebab akibat (kausal) antara dua atau lebih peubah (Sembiring, 2003). Untuk mengetahui hubungan


kuantitatif antara struktur kimia dan aktivitas biologis melalui parameter sifat kimia fisika, dapat dilakukan perhitungan statistik dengan bantuan komputer, dengan menggunakan program MICROSTAT, ABSTAT, PCN, QSAR, MINITAB, STATGRAPH, SPSS atau program yang lain (Siswandono dan Soekardjo, 1995), namun ada tidaknya hubungan kausal antara peubah tidak dapat diputuskan dengan hanya menggunakan data statistik. Secara umum, model merupakan penyederhanaan dan abstraksi dari keadaan alam yang sesungguhnya. Dalam hal ini model akan selalu berbentuk fungsi dan regresi (Sembiring, 2003). Salah satu metode statistik yang digunakan dalam analisis HKSA adalah metode korelasi. Metode ini mengidentifikasi hubungan kuantitatif antara xdeskriptor dan aktivitas biologis. Hansch pertama kali menggunakan multiple linear regression (regresi linear multivariat) sebagai metode statistik dalam HKSA dan metode ini masih digunakan sampai sekarang (Davis, 1994). Regresi linear multivariat hanya dibatasi untuk jumlah deskriptor kurang dari 20. Dalam metode ini dianggap bahwa semua deskriptor tidak berkorelasi satu sama lain dan semua deskriptor memiliki pengaruh yang penting terhadap aktivitas (Davis, 1994). Hal ini dikarenakan data yang digunakan adalah data percobaan laboratorium yang tidak lagi menggambarkan keadaan alamiah, tetapi telah dimanipulasi oleh peneliti (Sembiring, 2003). Regresi linear untuk satu parameter fisika kimia dapat dinyatakan melalui persamaan sebagai berikut : Y = aX + b

(2)

dimana, Y = aktivitas biologis ; X = parameter sifat fisika kimia ; a, b = koefisien


Regresi linear untuk dua parameter sifat fisika kimia atau lebih dapat dinyatakan melalui persamaan sebagai berikut : Y = aX1 + bX2 + cX3 + ....+ d

(3)

dimana X1, X2, X3 = parameter – parameter sifat fisika kimia 1, 2, 3 (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Keabsahan persamaan yang diperoleh dan arti perbedaan parameter yang digunakan dalam hubungan struktur-aktivitas model Hansch dapat dilihat dengan beberapa kriteria statistik, antara lain : 1. nilai R (koefisien korelasi) Nilai R menunjukkan tingkat hubungan antara data aktivitas biologis dari pengamatan percobaan dengan data hasil perhitungan berdasarkan persamaan yang diperoleh dari analisis regresi. Koefisien korelasi bernilai mulai dari 0 sampai 1. Dalam penelitian HKSA dicoba dicapai suatu nilai R yang lebih besar dari 0,9, sebab semakin tinggi nilai R maka semakin baik hubungannya (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Hubungan yang sangat kuat antara variabel bebas dan variabel tergantung sebenarnya telah tercapai pada nilai R 0,8 sampai dengan 1 (Anonim, 2006). 2. nilai R2 (koefisien determinasi) Nilai R2 menunjukkan berapa persen aktivitas biologis yang dapat dijelaskan hubungannya dengan parameter sifat fisika kimia yang digunakan. Misalnya suatu hubungan yang mempunyai nilai R = 0,990 berarti dapat menjelaskan (0,990)2 x 100% = 98% dari variasi antar data (Siswandono dan Soekardjo, 1995).


3. nilai Fhitung/Ftabel Nilai Fhitung menunjukkan kemaknaan hubungan bila dibandingkan dengan Ftabel. Makin besar nilai Fhitung makin besar derajat kemaknaan hubungan. Semakin tinggi nilai Fhitung semakin kecil kemungkinan hubungan tersebut adalah karena kebetulan (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Persamaan yang memenuhi syarat siginifikansi pada tingkat kepercayaan 95% adalah persamaan yang memiliki nilai Fhitung/Ftabel lebih besar dari 1 atau Fhitung lebih besar daripada Ftabel (Yuliana, 2005). 4. nilai SE Nilai SE merupakan simpangan baku yang menunjukkan nilai variasi kesalahan dalam percobaan (Siswandono dan Soekardjo, 1995). 5. PRESS Salah satu tujuan pembentukan model ialah untuk prediksi dan salah satu patokan prediksi yang baik ialah prediksi dengan nilai yang diprediksi sama atau hampir sama. Nilai PRESS merupakan selisih antara hasil prediksi dengan nilai yang diprediksi (eksperimen). Model yang baik adalah model yang menghasilkan PRESS yang kecil dalam kelompok parameter (Sembiring, 2003). Menurut Hansch, aktivitas biologis dipengaruhi oleh parameter elektronik, sterik, dan hidrofobisitas dari suatu senyawa (Siswandono dan Soekardjo, 1995). Berdasarkan konsep ini, maka model persamaan terbaik juga ditentukan dari terpenuhinya ketiga parameter tersebut.


H. Keterangan Empiris Penelitian ini dapat menghasilkan model persamaan HKSA terbaik dengan deskriptor yang ditentukan berdasarkan hasil perhitungan semiempiris MNDO. Dari model persamaan terbaik ini dapat digambarkan hubungan kuantitatif struktur senyawa turunan vinkadiformina, melalui parameter teoretis meliputi parameter elektronik, sterik, dan hidrofobisitas, dengan aktivitas yang didasarkan pada log 1/IC50. IC50 merupakan konsentrasi yang dapat menghambat pertumbuhan P. falciparum sebanyak 50%. Berdasarkan model persamaan terbaik, dapat dirancang senyawa hipotetik yang diprediksi memiliki aktivitas antimalaria.


BAB III METODE PENELITIAN

A. Jenis dan Rancangan Penelitian Penelitian ini menggunakan jenis dan bentuk rancangan penelitian eksperimental kuasi. Penelitian ini dikatakan penelitian eksperimental karena bahan penelitian yang berupa 16 senyawa vinkadiformina dan turunannya telah mengalami perlakuan pada penelitian sebelumnya yaitu pada penelitian Mustofa. Dalam penelitian yang dilakukan oleh Mustofa, vinkadiformina mengalami modifikasi struktur terutama pada cincin indol. Modifikasi ini menghasilkan satu seri senyawa vinkadiformina dan turunannya yang kemudian diuji aktivitas antimalarianya. Pada penelitian eksperimen murni, pemilihan sampel dilakukan secara acak,

sedangkan

pada

penelitian

ini

pemilihan

16

struktur

senyawa

vinkadiformina dan turunannya sebagai sampel tidak dapat dilakukan secara acak, melainkan telah ditetapkan secara pasti. Data aktivitas antimalaria yang diperoleh merupakan data sekunder. Dari penjelasan tersebut dapat dikatakan bahwa bentuk penelitian ini termasuk dalam rancangan penelitian eksperimental kuasi.

35


B. Variabel dan Definisi Variabel 1. Variabel bebas Variabel bebas dalam penelitian ini adalah deskriptor-deskriptor yang mewakili parameter Hansch. Parameter elektronik berupa muatan bersih atom yaitu qC1, qC2, qC3, qC4, qC5, qN, qC7, qC8, qC9, selisih antara energi Lowest Unoccupied Molecular Orbitals (ELUMO) dan energi Highest Occupied Molecular Orbitals Energy (EHOMO), yang disimbolkan dengan ΔE, polarisabilitas molekular (∂), dan momen dipol (μ). Parameter sterik yang digunakan adalah luas permukaan (SA), volume (V), refraktivitas molar (MR), dan massa (M). Parameter hidrofobisitas diwakili oleh log P. N

2 3

1 4

10

9

5

11

8 6 N H

7

O

12

13

O

Gambar 12. Struktur senyawa vinkadiformina dengan penomeran atom tidak mengikuti kaidah tatanama senyawa dan hanya digunakan untuk penelitian ini saja 2. Variabel tergantung Variabel tergantung dalam penelitian ini adalah nilai log 1/IC50. Nilai ini menggambarkan aktivitas senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai antimalaria yang didasarkan pada konsentrasi yang dapat menghambat pertumbuhan P. falciparum sebanyak 50%.


C. Bahan dan Alat Penelitian 1. Bahan penelitian Penelitian ini menggunakan satu set data struktur dan aktivitas 16 senyawa vinkadiformina dan turunannya yang diperoleh dari Mustofa (2001). Mustofa telah mensintesis dan menguji aktivitas antimalaria keenambelas senyawa tersebut, seperti tercantum dalam tabel I dan II. 2. Alat penelitian Penelitian ini menggunakan alat yang meliputi perangkat keras dan lunak. Perangkat keras berupa satu set komputer AMD Sempron 2200 1,49 GHz dengan kapasitas memori 512 MB yang mampu digunakan untuk melakukan perhitungan kimia komputasi. Perangkat lunak berupa paket program komputer HyperChem Pro ver 6.0 untuk melakukan perhitungan kimia kuantum. Perhitungan statistik dilakukan dengan program SPSS 11.0 for Windows.


Tabel I. Struktur senyawa vinkadiformina dan turunannya No 1

Struktur senyawa

No 7

N

Struktur senyawa N H

H Br

N

N H

NO2

Vinkadiformina 2

O

O O

Vinka-7

O

O

O

8

N

N H

H

N

N

N H

Cl O

Vinka-8

O

Vinka-2 3

9

N

O

O

O

N H

H

N O

N

Vinka-3

N H

Cl

Vinka-9

NO2

4

10

N

O

O

N

Br

H

H O2N

N

N H

Vinka-4

Cl

Vinka-10

NO2

5

O

11

N

O

N H

H Br

N

N H

Vinka-5

Vinka-11

NO2

6

O

12

N

O

O

H

N H

N

N

NO2 O

Vinka-6

Cl

O

Vinka-12

O

O


No 13

Struktur senyawa N H Br H N H

NO2 O

O

Vinka-13 14

N H

N Cl

Vinka-14

O

O

O

15

O

O HO

N N H

Vinka-15

H O

16 O O

O

O

HN N N H

Vinka-16

H


Tabel II. Data aktivitas (log 1/IC50) senyawa vinkadiformina dan turunannya No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Senyawa Vinkadiformina Vinka-2 Vinka-3 Vinka-4 Vinka-5 Vinka-6 Vinka-7 Vinka-8 Vinka-9 Vinka-10 Vinka-11 Vinka-12 Vinka-13 Vinka-14 Vinka-15 Vinka-16

log 1/IC50 -2,1455 -1,5416 -1,9274 -1,1614 -1,3784 -2,3555 -2,2363 -1,3802 -1,1399 -1,3181 -1,7973 -1,4298 -2,0535 -2,0233 -1,0253 -2,0418

D. Tata Cara Penelitian 1. Optimasi geometri struktur senyawa vinkadiformina dan turunannya dengan metode semiempiris MNDO a. Penggambaran struktur senyawa Enambelas senyawa vinkadiformina dan turunannya (tabel I) digambar dalam bentuk 2 dimensi (2D) dengan menggunakan program HyperChem Pro ver 6.0. Kemudian masing-masing atom penyusun dilengkapi dengan atom H dengan memilih menu [Build] [Add hydrogens]. Selanjutnya, struktur senyawa dalam bentuk 2D diubah menjadi 3D dengan memilih menu [Build] [Add H & Model Build].


b. Penomeran atom-atom penyusun senyawa Masing-masing atom penyusun pada struktur 3D diberi nomer dengan memilih menu [Display] [Labels] [Number]. Pemberian nomer atom dibuat sama untuk semua senyawa. c. Optimasi geometri Sebelum optimasi geometri dijalankan, perlu dilakukan pengaturan pada program HyperChem yaitu dengan memilih [Setup] [Semi-empirical] [MNDO] [Option] [Convergence limit] 0,001 kkal/Å.mol [Iteration limit] 32767 [Accelerate convergence] [√]. Optimasi geometri dijalankan dengan memilih menu [Compute] [Geometry optimization] [Polak-Ribiere] [RMS Gradient of] 0,001 kkal/Å.mol or 500 maximum cycles [Screen refresh period] 1 cycles. 2. Perhitungan sifat kimia fisika senyawa vinkadiformina dan turunannya Perhitungan sifat kimia fisika dilakukan pada struktur senyawa vinkadiformina dan turunannya yang telah dioptimasi (1c). Perhitungan dilakukan untuk memperoleh nilai deskriptor elektronik, sterik, dan hidrofobisitas yang akan dijadikan variabel bebas. Dalam penelitian ini digunakan dua jenis perhitungan, yaitu perhitungan single point dan QSAR properties. Perhitungan single point digunakan untuk memperoleh data nilai muatan bersih atom (qC1, qC2, qC3, qC4, qC5, qN, qC7, qC8, qC9), momen dipol (μ). Perhitungan ini diawali dengan memilih [File] [Start log], kemudian perhitungan single point dilakukan dengan memilih menu [Compute] [Single


point], lalu dipilih menu [File] [Stop log] untuk menghentikan pencatatan data. Data yang telah tercatat disimpan dalam bentuk file.log. Untuk memperoleh data nilai EHOMO dan ELUMO dilakukan perhitungan orbitals setelah dilakukan perhitungan single point. Perhitungan orbitals dilakukan dengan memilih menu [Compute] [Single point] [Orbitals]. Data nilai polarisabilitas molekular (∂), luas permukaan (SA), volume (V), refraktivitas molar (MR), dan massa (M) diperoleh dengan perhitungan QSAR properties, yaitu dengan memilih menu [Compute] [QSAR properties] memilih variabel yang dinginkan [Compute].

E. Analisis Data dan Hasil a. Analisis regresi linear multivariat Analisis regresi linear multivariat dilakukan terhadap variabel bebas dan variabel tergantung untuk mengetahui HKSA senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai antimalaria. Metode yang digunakan dalam analisis regresi multivariat adalah metode backward yang diolah dengan SPSS 11.0 for Windows. Analisis ini menghasilkan suatu model persamaan matematis. b. Analisis kriteria statistik model persamaan matematis Model persamaan terbaik dipilih dengan menganalisis model-model persamaan matematis berdasarkan kriteria statistik yang meliputi keterwakilan parameter Hansch, nilai Fhitung/Ftabel, nilai R, nilai adjusted R2, dan nilai Standard Error (SE). Selanjutnya pemilihan model dilakukan berdasarkan parameter Predicted Residual Sum of Square (PRESS). Model persamaan


terbaik adalah model persamaan yang mewakili ketiga parameter Hansch, memiliki nilai R > 0,8, memiliki nilai adjusted R2 yang tinggi, memiliki nilai Fhitung/Ftabel lebih dari 1, memiliki nilai SE rendah, dan memiliki nilai PRESS yang terkecil.


BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Optimasi Geometri Menggunakan Metode Semiempiris MNDO Optimasi geometri merupakan proses perubahan konformasi struktur suatu senyawa hingga diperoleh konformasi dengan energi potensial terendah. Optimasi geometri juga dapat dikatakan sebagai tahap minimisasi energi. Optimasi geometri bertujuan untuk memperoleh struktur senyawa yang berada dalam kondisi stabil, yaitu senyawa dengan energi potensial terendah. Pada penelitian ini dilakukan optimasi geometri pada keenambelas senyawa turunan vinkadiformina dengan menggunakan program HyperChem Pro ver 6.0. Proses optimasi geometri diawali dengan penggambaran struktur dua dimensi (2D) 16 senyawa turunan vinkadiformina yang kemudian diubah menjadi struktur tiga dimensi (3D). Penggambaran struktur 3D dimaksudkan untuk menggambarkan bentuk senyawa sebenarnya saat berinteraksi dengan reseptor. Optimasi geometri dilakukan pada seluruh senyawa turunan vinkadiformina yang telah berada dalam bentuk 3D. Dalam optimasi geometri, konformasi senyawa yang stabil dengan energi potensial terendah diperoleh dengan melakukan proses iterasi. Dalam proses ini terjadi perubahan konformasi senyawa menuju konformasi yang stabil. Dalam proses ini pula terjadi perhitungan energi saat perubahan konformasi senyawa berlangsung. Proses iterasi terjadi berulang-ulang hingga batas konvergensi terpenuhi. Batas konvergensi yang digunakan dalam penelitian ini

44


sebesar 0,001 kkal/Å mol. Jika gradien energi suatu konformasi senyawa pada iterasi tertentu dan gradien energi konformasi selanjutnya telah mencapai 0,001 kkal/Å mol atau bahkan lebih kecil, maka batas konvergensi telah terpenuhi. Dengan terpenuhinya batas konvergensi tersebut maka akan diperoleh senyawa yang stabil dengan energi potensial terendah. Kondisi senyawa yang stabil dapat menggambarkan struktur dan jarak antar atom yang diharapkan dapat membentuk ikatan optimum dengan reseptor. Suatu senyawa stabil memiliki energi potensial yang rendah karena pengaruh jarak antar atom penyusun. Atom-atom penyusun suatu senyawa memiliki muatan elektron tertentu dan untuk menghindari tabrakan muatan akibat induksi elektron atom penyusun yang lain, maka atom-atom akan berada pada jarak yang membuat interaksi antar atom terjadi seminimal mungkin. Inilah yang menyebabkan senyawa yang telah dioptimasi akan memiliki struktur dengan jarak antar atom yang lebih panjang daripada senyawa yang belum dioptimasi.

Atom H

Atom N Atom O

Atom C

Gambar 13. Senyawa vinkadiformina sebelum dioptimasi


A

C B

D

Gambar 14. Senyawa vinkadiformina setelah dioptimasi Gambar 13 dan 14 menunjukkan adanya perbedaan konformasi pada salah satu senyawa turunan vinkadiformina sebelum dan setelah dioptimasi. Perubahan konformasi ditunjukkan dengan perpanjangan jarak antar atom, terutama atomatom yang memiliki elektronegativitas tinggi dan letaknya berdekatan. Sebelum dioptimasi (gambar 15), jarak antara atom N (A) dengan atom O (B) sebesar 2,581 Å. Setelah dioptimasi (gambar 16), jarak antara kedua atom tersebut menjadi 3,399 Å. Demikian pula yang terjadi pada dua atom O yang berdekatan (B dan D). Meskipun sudut (B-C-D) yang melibatkan kedua atom tersebut, setelah dioptimasi menjadi lebih kecil (119,953o) daripada sebelum dioptimasi (120o), namun sudut ini membuat jarak antara kedua atom setelah dioptimasi lebih besar (2,245 Å) daripada sebelum dioptimasi (2,235 Å). Peningkatan jarak dan perubahan sudut juga terjadi pada atom-atom penyusun yang lain, akibatnya terjadi penurunan energi potensial. Dari hasil perhitungan energi potensial senyawa turunan


vinkadiformina nomor 1, sebelum dan sesudah dioptimasi, diperoleh energi senyawa setelah optimasi lebih kecil (-5317 kkal/mol) daripada sebelum optimasi (-5054 kkal/mol). Energi potensial yang lebih kecil ini menunjukkan bahwa optimasi geometri untuk memperoleh senyawa stabil telah tercapai.

B. Perhitungan Sifat Kimia Fisika dengan Metode Semiempiris MNDO Perhitungan sifat kimia fisika dilakukan terhadap keenambelas struktur senyawa turunan vinkadiformina yang telah mengalami optimasi geometri. Perhitungan sifat kimia fisika perlu dilakukan untuk memperoleh nilai deskriptordeskriptor pada tiap senyawa. Dalam penelitian ini, deskriptor-deskriptor yang digunakan merupakan parameter Hansch yang meliputi parameter elektronik, parameter sterik, dan parameter hidrofobisitas. Deskriptor yang termasuk dalam parameter elektronik antara lain : muatan bersih atom yaitu qC1, qC2, qC3, qC4, qC5, qN, qC7, qC8, qC9. Penomoran atom pada tiap senyawa dibuat sama, sehingga memudahkan pengamatan terhadap pengaruh muatan bersih atom-atom tersebut terhadap aktivitas senyawa. Selain muatan bersih, parameter elektronik juga diwakili oleh momen dipol (μ) dan ΔE yang merupakan selisih antara energi Lowest Unoccupied Molecular Orbitals (ELUMO) dengan energi Highest Occupied Molecular Orbitals Energy (EHOMO). Deskriptor-deskriptor elektronik tersebut memiliki kaitan satu sama lain dalam pembentukan ikatan elektrostatik dengan reseptor yaitu ADN plasmodia. Deskriptor yang termasuk dalam parameter sterik adalah luas permukaan (SA), volume (V), polarisabilitas molekular (∂), refraktivitas molar (MR), dan


massa (M). Parameter sterik menentukan konformasi dan ukuran molekul. Untuk dapat berikatan dengan reseptor, suatu senyawa harus memiliki konformasi dan ukuran tertentu sehingga dapat membentuk ikatan yang optimum. Deskriptor yang mewakili parameter hidrofobisitas adalah log P. Log P adalah koefisien partisi senyawa dalam fase air dan fase lipid. Secara tidak langsung parameter hidrofobisitas mempengaruhi aktivitas senyawa, sebab parameter ini menggambarkan kemampuan senyawa untuk dapat diabsorpsi dan didistribusikan oleh darah. Senyawa yang baik adalah senyawa yang mampu menembus membran sel yang tersusun oleh lipid dan dapat larut dalam cairan tubuh yang sebagian besar tersusun oleh air. Deskriptor-deskriptor elektronik, sterik, dan hidrofobisitas ditampilkan pada tabel III. Deskriptor-deskriptor inilah yang digunakan untuk menentukan log 1/IC50 yang menggambarkan aktivitas senyawa turunan vinkadiformina sebagai antimalaria. Perhitungan kimia fisika yang digunakan untuk menghitung nilai deskriptor yang merupakan parameter elektronik adalah single point, sedangkan untuk menghitung nilai deskriptor yang merupakan parameter sterik dan hidrofobisitas digunakan QSAR properties. Perhitungan single point tidak hanya terjadi pada struktur senyawa yang telah stabil saja. Pada struktur senyawa yang belum stabil, juga terjadi perhitungan single point pada saat proses iterasi. Single point dilakukan untuk menghitung energi tiap konformasi yang dibentuk oleh suatu senyawa. Perhitungan ini dilakukan terus menerus hingga diperoleh konformasi senyawa yang stabil. Perhitungan single point yang dilakukan pada


struktur senyawa yang telah stabil dimaksudkan untuk memperoleh catatan data nilai deskriptor elektronik. Nilai deskriptor hasil perhitungan single point dan QSAR properties diperlihatkan pada lampiran 1 dan 2. Tabel III. Deskriptor-deskriptor yang digunakan pada analisis HKSA senyawa vinkadiformina dan turunannya sebagai antimalaria Parameter

elektronik

Simbol qC1 qC2 qC3 qC4 qC5 qN qC7 qC8 qC9 μ ΔE ∂

sterik hidrofobisitas

SA V MR M log P

Satuan Coulomb Coulomb Coulomb Coulomb Coulomb Coulomb Coulomb Coulomb Coulomb Debye eV Å3 Å2 Å3 Å3 amu -

Definisi Muatan bersih pada atom C nomor 1 Muatan bersih pada atom C nomor 2 Muatan bersih pada atom C nomor 3 Muatan bersih pada atom C nomor 4 Muatan bersih pada atom C nomor 5 Muatan bersih pada atom N Muatan bersih pada atom C nomor 7 Muatan bersih pada atom C nomor 8 Muatan bersih pada atom C nomor 9 Momen dipol Selisih antara ELUMO dan EHOMO Polarisabitas molekular Luas permukaan Volume Refraktivitas molar Massa Koefisien partisi senyawa dalam fase lipid dan fase air

C. Analisis Hasil 1. Analisis regresi linear multivariat Data nilai variabel bebas dan log 1/IC50 sebagai variabel tergantung, diolah dengan analisis regresi linear multivariat metode backward pada program SPSS 11.0 for Windows. Metode backward merupakan prosedur untuk seleksi variabel bebas. Dalam metode backward variabel bebas dimasukkan pada persamaan dan kemudian variabel yang tidak sesuai akan dikeluarkan satu per satu. Variabel yang memiliki korelasi parsial paling kecil dan tidak memiliki


pengaruh individual yang signifikan terhadap variabel tergantung (log 1/IC50eksperimen) akan dibuang pertama kali. Prosedur ini akan berhenti jika sudah tidak ada lagi variabel bebas pada persamaan yang memenuhi kriteria untuk dibuang. Perhitungan dengan metode backward menghasilkan 4 model persamaan. Keempat model persamaan tersebut ditampilkan pada tabel IV. Tabel IV. Deskriptor-deskriptor pada model persamaan hasil regresi linear multivariat metode backward Model

Deskriptor

n

m

1

qC1, qC2, qC3, qN, qC7, qC8, qC9, ΔE, μ, V, MR, ∂, M, log P qC1, qC2, qC3, qN, qC7, qC8, qC9, ΔE, V, MR, ∂, M, log P qC1, qC2, qC3, qN, qC7, qC9, ΔE, V, MR, ∂, M, log P qC1, qC2, qC3, qN, qC7, qC9, V, MR, ∂, M, log P

16

14

16

13

16

12

16

11

2 3 4

Keterangan: n = jumlah data, m = jumlah deskriptor dalam persamaan

Tiap persamaan dari 4 model persamaan yang diperoleh akan memiliki prediksi yang berbeda terhadap log 1/IC50, oleh karena itu perlu dipilih persamaan terbaik yang dapat memprediksikan log 1/IC50 dengan akurat. Pemilihan model persamaan terbaik dilakukan berdasarkan analisis kriteria statistik yang meliputi nilai Fhitung/Ftabel, R, adjusted R2, dan SE. Analisis kemudian dilanjutkan dengan menguji tingkat validasi model persamaan menggunakan parameter PRESS. Sebelum dilakukan analisis dengan kriteria statistik, pemilihan model persamaan terbaik diawali dengan melihat keterwakilan parameter Hansch pada 4 model persamaan tersebut. Hansch mengemukakan konsep bahwa hubungan struktur kimia dengan aktivitas biologis (log 1/C) suatu senyawa dapat dinyatakan secara kuantitatif melalui parameter-parameter sifat kimia fisika dari substituen yaitu parameter hidrofobisitas, elektronik, dan sterik (Siswandono dan Soekardjo,


1995). Dari konsep Hansch dinyatakan bahwa ketiga parameter tersebut berhubungan satu sama lain dalam menentukan aktivitas biologis suatu senyawa. Dari 4 model persamaan yang dihasilkan oleh metode backward, dapat dilihat bahwa semua model persamaan tersebut memiliki deskriptor-deskriptor yang mewakili parameter Hansch. Tabel V. Nilai Fhitung/Ftabel model persamaan hasil regresi linear multivariat metode backward Model Deskriptor n m Fhitung/Ftabel Signifikansi 1 2 3 4

qC1, qC2, qC3, qN, qC7, qC8, qC9, ΔE, μ, V, MR, ∂, M, log P qC1, qC2, qC3, qN, qC7, qC8, qC9, ΔE, V, MR, ∂, M, log P qC1, qC2, qC3, qN, qC7, qC9, ΔE, V, MR, ∂, M, log P qC1, qC2, qC3, qN, qC7, qC9, V, MR, ∂, M, log P

16

14

0,0648

uji Fhitung 0,1944

16

13

1,7562

0,0288

16

12

6,1155

0,0037

16

11

7,8602

0,0010


Kriteria statistik pertama yang digunakan untuk analisis model persamaan terbaik adalah nilai Fhitung/Ftabel dan hasil uji Fhitung. Hasil uji Fhitung digunakan untuk mengetahui signifikansi koefisien analisis regresi. Nilai uji Fhitung yang signifikan menunjukkan adanya pengaruh yang signifikan antara model persamaan dengan aktivitas antimalaria (log 1/IC50) sebagai variabel tergantung. Model persamaan dikatakan memiliki pengaruh yang signifikan jika nilai uji Fhitung yang diperoleh < 0,05. Nilai Fhitung/Ftabel diperoleh dari hasil bagi antara Fhitung dengan Ftabel. Ftabel diperoleh dengan perhitungan dari hasil analisis metode backward pada taraf kepercayaan 95%. Model persamaan yang memenuhi syarat signifikansi pada taraf kepercayaan 95% adalah model persamaan yang memiliki nilai Fhitung/Ftabel lebih dari 1. Makin besar nilai Fhitung/Ftabel makin besar derajat kemaknaan hubungan. Pada tabel V, terlihat bahwa model persamaan 1 tidak


memenuhi syarat signifikansi pada taraf kepercayaan 95% sebab memiliki nilai Fhitung/Ftabel lebih kecil dari 1. Nilai uji Fhitung model persamaan 1 lebih besar dari 0,05, sehingga dapat dikatakan bahwa tidak terdapat pengaruh yang signifikan antara deskriptor-deskriptor pada model persamaan 1 dengan aktivitas antimalaria (log 1/IC50). Oleh karena itu model persamaan 1 harus dieliminasi. Dengan demikian masih tersisa 3 model persamaan, yaitu model persamaan 2, 3, dan 4 yang akan dianalisis dengan kriteria statistik berikutnya. Tabel VI. Nilai R, adjusted R2, dan SE model persamaan hasil regresi linear multivariat metode backward Model 2 3 4

Deskriptor qC1, qC2, qC3, qN, qC7, qC8, qC9, ΔE, V, MR, ∂, M, log P qC1, qC2, qC3, qN, qC7, qC9, ΔE, V, MR, ∂, M, log P qC1, qC2, qC3, qN, qC7, qC9, V, MR, ∂, M, log P

n

m

16

R

SE

13

Adjusted R2 0,9978 0,9663

0,0797

16

12

0,9977

0,9767

0,0662

16

11

0,9961

0,9710

0,0739


Analisis kriteria statistik kedua adalah nilai R (koefisien korelasi) yang menggambarkan linearitas model persamaan. Nilai R yang tinggi menunjukkan bahwa kenaikan nilai variabel bebas sebanding dengan kenaikan nilai variabel tergantung. Nilai koefisien korelasi yang dapat diterima adalah lebih dari 0,8, karena nilai koefisien korelasi ini sudah menggambarkan korelasi yang sangat kuat antara variabel bebas dengan variabel tergantung (Anonim, 2006). Pada tabel VI dapat dilihat bahwa ketiga model persamaan memiliki nilai koefisien korelasi di atas 0,8. Semua prediktor pada tiap model persamaan memiliki korelasi yang kuat dengan aktivitas antimalaria (log 1/IC50) sebagai variabel tergantung. Nilai R tertinggi dimiliki oleh model persamaan 2 yaitu sebesar 0,9978.


Analisis kriteria statistik ketiga adalah nilai adjusted R2. Nilai R2 menunjukkan berapa persen aktivitas antimalaria yang dapat dijelaskan hubungannya dengan deskriptor-deskriptor yang digunakan. Kisaran nilai R2 adalah 0-1. Jika diperoleh nilai R2 sama dengan 0 berarti variabel bebas dan variabel tergantung tidak memiliki hubungan sama sekali. Dalam regresi linear multivariat, nilai R2 pasti akan mengalami penambahan nilai ketika dimasukkan variabel bebas baru dalam persamaan, walaupun variabel tersebut secara parsial tidak signifikan. Dalam penelitian ini digunakan nilai adjusted R2, yaitu nilai R2 yang telah mengalami penyesuaian melalui perhitungan yang dilakukan oleh program SPSS for Windows 11.0. Nilai adjusted R2 lebih mempresentasikan nilai pengaruh yang sebenarnya. Hal ini akan terlihat dari hasil analisis nilai adjusted R2 yang dapat bertambah atau berkurang ketika ada penambahan variabel baru. Baik parameter R maupun adjusted R2, sama-sama merupakan ukuran linearitas model persamaan. Keduanya tidak dapat menggambarkan ukuran prediksi model persamaan, sehingga perlu diperhatikan kriteria statistik lainnya. Dalam tabel VI terlihat bahwa semua model persamaan memiliki nilai adjusted R2 di atas 0,64. Nilai adjusted R2 tertinggi dimiliki oleh model persamaan 3 dengan nilai adjusted R2 sama dengan 0,9767. Nilai adjusted R2 ini menunjukkan aktivitas antimalaria yang dapat dijelaskan oleh model persamaan 3 sebesar 97,67%. Analisis kriteria statistik berikutnya adalah SE. Nilai SE menunjukkan simpangan yang diperbolehkan dalam persamaan. Ketiga model persamaan memiliki nilai SE yang tidak jauh berbeda satu sama lain. Semakin kecil nilai SE


maka simpangan dalam persamaan semakin kecil. Nilai SE paling kecil dimiliki oleh model persamaan 3 yaitu sebesar 0,0662. Tiap parameter kriteria statistik yang digunakan (Fhitung/Ftabel, R, adjusted R2, dan SE) untuk menganalisis empat model persamaan matematis, memberikan model persamaan yang berbeda sebagai model persamaan yang memenuhi kriteria parameter bersangkutan. Model persamaan terbaik tidak dapat ditentukan hanya dengan melihat terpenuhinya kriteria parameter statistik tersebut. Analisis perlu dilanjutkan dengan menggunakan parameter PRESS untuk menguji tingkat validasi model persamaan. Nilai parameter ini merupakan pertimbangan akhir dalam menentukan model persamaan terbaik. Nilai PRESS merupakan jumlah selisih kuadrat antara aktivitas prediksi (log 1/IC50prediksi) dengan aktivitas eksperimen (log 1/IC50eksperimen). Dalam penelitian ini semakin kecil nilai PRESS suatu model persamaan berarti perbedaan antara aktivitas antimalaria prediksi dengan aktivitas antimalaria eksperimen, kecil. Dengan demikian kemampuan persamaan tersebut untuk memprediksikan aktivitas antimalaria semakin besar. Tabel VII. Nilai PRESS model persamaan hasil regresi linear multivariat metode backward Model

Deskriptor

n

m

PRESS

2

qC1, qC2, qC3, qN, qC7, qC8, qC9, ΔE, V, MR, ∂, M, log P qC1, qC2, qC3, qN, qC7, qC9, ΔE, V, MR, ∂, M, log P qC1, qC2, qC3, qN, qC7, qC9, V, MR, ∂, M, log P

16

13

0,0131

16

12

0,0136

16

11

0,0224

3 4


Pada tabel VII dapat dilihat bahwa dari model persamaan 2 hingga model persamaan 4, nilai PRESS semakin besar. Dalam hal ini pemilihan model persamaan terbaik dilakukan dengan memilih persamaan yang memiliki nilai


PRESS terkecil. Dari tiga model persamaan tersebut, yang memiliki nilai PRESS terkecil adalah model persamaan 2 dengan nilai PRESS sebesar 0,0131. Dapat dikatakan bahwa model persamaan 2 adalah model persamaan terbaik. Persamaan tersebut dijabarkan sebagai berikut : log (1/IC50) = 28,8758 + (22,7560qC1) + (14,2669qC2) + (33,7110qC3) + (-27,2900qN) + (-10,0545qC7) + (-1,0678qC8) + (79,9843qC9) + ( 0,5394ΔE) + (-0,0067V) + (-0,5904MR) + (0,7226∂) + (0,0285 M) + (0,8408 log P) (3) 2. Model persamaan terbaik Model persamaan 2 telah terpilih menjadi model persamaan terbaik. Dengan menggunakan model persamaan ini, dilakukan perhitungan aktivitas antimalaria keenambelas senyawa turunan vinkadiformina yang dinyatakan dengan log 1/IC50 prediksi. Tabel VIII menunjukkan data nilai log 1/IC50 prediksi yang dihitung menggunakan model persamaan 2 dan dibandingkan dengan nilai log 1/IC50

eksperimen

hasil penelitian Mustofa. Model persamaan yang baik akan

menghasilkan nilai log 1/IC50

prediksi

yang mendekati atau bahkan sama dengan

nilai log 1/IC50 eksperimen. Sebaran nilai log 1/IC50 prediksi dan nilai log 1/IC50 eksperimen dapat dilihat pada grafik dalam gambar 17.


Gambar 15. Grafik ukuran prediksi model persamaan 2 log 1/IC50 eksperimen 0.0 -3.0

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

-1.0 -1.5 -2.0

0.0

log 1/IC50 prediksi

-0.5

-2.5 -3.0

Tabel VIII. Perbandingan nilai log 1/IC50 prediksi model persamaan 2 dengan nilai log 1/IC50 eksperimen Senyawa

log 1/IC50 prediksi

log 1/IC50 eksperimen

selisih

(selisih)2

1

-2,1487

-2,1455

-0,0032

1,00. 10-5

2

-1,5391

-1,5416

0,0025

6,11. 10-6

3

-1,8795

-1,9274

0,0479

22,92. 10-4

4

-1,1453

-1,1614

0,0161

2,58. 10-4

5

-1,4397

-1,3784

-0,0613

37,57. 10-4

6

-2,4064

-2,3555

-0,0509

25,89. 10-4

7

-2,1783

-2,2363

0,0580

33,60. 10-4

8

-1,3610

-1,3802

0,0192

3,70. 10-4

9

-1,1583

-1,1399

-0,0184

3,38. 10-4

10

-1,3143

-1,3181

0,0038

1,42. 10-5

11

-1,7946

-1,7973

0,0027

7,15. 10-6

12

-1,4248

-1,4298

0,0050

2,54. 10-5

13

-2,0469

-2,0535

0,0066

4,38. 10-5

14

-2,0243

-2,0233

-0,0010

1,09. 10-6

15

-1,0215

-1,0253

0,0038

1,44. 10-5

16

-2,0470

-2,0418

-0,0052

2,68. 10-5

PRESS

0,0131


Nilai log 1/IC50 prediksi yang mendekati nilai log 1/IC50 eksperimen ditandai dengan sebaran titik koordinat yang mendekati atau tepat berada pada garis y = x. Pada gambar 17 ditunjukkan bahwa semua titik koordinat sangat mendekati garis y = x. Hal ini menunjukkan bahwa model persamaan 2 mampu menggambarkan hubungan antara struktur senyawa turunan vinkadiformina dengan aktivitasnya sebagai antimalaria karena memberikan nilai log 1/IC50 prediksi yang mendekati nilai log 1/IC50 eksperimen. Dalam model persamaan 2 terdapat deskriptor elektronik yang berupa muatan bersih atom (qC1, qC2, qC3 ,qN, qC7, qC8, qC9), ∂, dan ΔE. Deskriptor sterik yang terdapat dalam model persamaan ini adalah V, MR, dan M, sedangkan deskriptor hidrofobisitas diwakili oleh log P. Tigabelas deskriptor yang terdapat dalam model persamaan ini memiliki andil dalam menentukan aktivitas antimalaria senyawa turunan vinkadiformina yang ditunjukkan dalam nilai log 1/IC50. Struktur senyawa turunan vinkadiformina memiliki cincin indol yang menyerupai cincin kuinolin. Menurut Korolkovas dan Burckhalter (1976), cincin kuinolin pada senyawa antimalaria dapat berinterkalasi dengan pasangan basa dobel heliks ADN karena struktur cincin kuinolin yang datar. Berdasarkan kemiripan struktur cincin indol senyawa turunan vinkadiformina dan cincin kuinolin pada senyawa antimalaria, maka diduga senyawa turunan vinkadiformina juga dapat berinterkalasi dengan ADN karena memiliki cincin indol yang menyerupai cincin kuinolin. Dengan struktur cincin indol yang datar, maka senyawa turunan vinkadiformina juga dapat berinterkalasi pada ADN plasmodia.


Interkalasi ini diperkuat dengan adanya ikatan elektrostatik yaitu ikatan hidrogen antara atom N pada cincin indol dengan basa purin ADN yaitu adenin. Dengan demikian translasi dan transkripsi ADN plasmodia terganggu, sehingga mengurangi sintesis ADN dan ARN plasmodia. Ikatan ini dipengaruhi oleh muatan elektron. Muatan elektron pada tiap atom penyusun senyawa turunan vinkadiformina ditunjukkan oleh nilai muatan bersih atom. A

B

N H

N

Gambar 16. A) Struktur indol ; B) Cincin kuinolin Dalam

model

persamaan

terbaik,

muatan

bersih

atom

yang

mempengaruhi aktivitas antimalaria dimiliki oleh atom C1, C2, C3, N, C7, C8, C9. Atom-atom ini membentuk daerah sensitif senyawa turunan vinkadiformina yang mempengaruhi ikatan dengan reseptor yaitu ADN plasmodia. Daerah sensitif tersebut ditunjukkan oleh garis tebal pada gambar 17. Jika nilai muatan bersih pada atom-atom yang membentuk daerah sensitif tersebut diubah, maka aktivitas antimalaria yang ditimbulkan juga ikut berubah. Menurut Tracy dan Webster (2001) dan Block (2004), atom N pada senyawa antimalaria yang memiliki cincin kuinolin, berpengaruh terhadap mekanisme kerja senyawa antimalaria tersebut. Setelah senyawa antimalaria masuk ke dalam vakuola makanan plasmodia, atom N akan terprotonasi karena lingkungan dalam vakuola makanan bersuasana asam. Akibatnya, senyawa tersebut terjebak dalam vakuola makanan sebab membran vakuola makanan juga bermuatan positif. Dalam model persamaan terbaik, atom


N merupakan salah satu atom yang diprediksi mempengaruhi aktivitas antimalaria senyawa turunan vinkadiformina. 2

1 8

9 5

3 4

6 N H

7

Gambar 17. Daerah sensitif senyawa turunan vinkadiformina Reaktivitas senyawa turunan vinkadiformina ditunjukkan oleh ΔE. ΔE adalah selisih antara ELUMO dengan EHOMO. ELUMO adalah energi orbital molekul terendah yang tidak terisi elektron, sedangkan EHOMO merupakan energi orbital molekul tertinggi yang terisi elektron. Semakin kecil selisih antara ELUMO dan EHOMO, maka reaktivitas senyawa semakin besar sebab elektron yang mengisi orbital molekul tertinggi akan dengan mudah bertransisi ke orbital molekul yang tidak terisi elektron. Menurut Siswandono dan Soekardjo (1995), pada senyawa antimalaria yang memiliki cincin kuinolin, interkalasi dapat terjadi karena adanya kompleks alih muatan yang melibatkan EHOMO dan ELUMO. Dalam hal ini, cincin kuinolin memiliki nilai energi LUMO rendah, sedangkan pasangan basa guaninsitosin pada ADN plasmodia memiliki nilai energi HOMO tinggi. Kondisi ini mempermudah terjadinya transisi elektron dan dengan demikian meningkatkan reaktivitas senyawa antimalaria. Selain parameter elektronik, parameter sterik juga berpengaruh pada pembentukan ikatan antara senyawa obat dengan reseptor. Parameter sterik yang terdapat dalam model persamaan terbaik adalah volume (V), refraktivitas molar (MR), dan massa (M). Untuk membentuk ikatan dengan reseptor, senyawa obat harus memiliki konformasi dan ukuran tertentu agar terbentuk ikatan senyawa


obat-reseptor yang optimum. Massa menggambarkan besar kecilnya molekul yang berinteraksi dengan reseptor. Molekul yang besar lebih susah untuk mencapai reseptor jika dibandingkan dengan molekul yang lebih kecil. Volume dapat menggambarkan ukuran relatif molekul, keduanya dapat berpengaruh pada pembentukan ikatan senyawa turunan vinkadiformina dengan ADN plasmodia. Refraktivitas molar (MR) merupakan sifat aditif konstitutif senyawa. Refraktivitas molar adalah aditif, masing-masing gugus menambah nilai MR. Menurut Sardjoko (1993), log P dan MR memiliki hubungan sempurna dan secara statistik mempunyai hubungan yang linear. Meskipun demikian, pada gugus yang berbeda mungkin sumbangan kepada aktivitas biologis dapat berbeda, sehingga kedua parameter tersebut digunakan bersama untuk memperbaiki

persamaan garis

regresi. Polarisabilitas molekular (∂) adalah salah satu deskriptor elektronik yang merupakan fungsi linear dari MR. Parameter ini bersama dengan potensial ionisasi, mempengaruhi kelarutan suatu senyawa. Dalam model persamaan terbaik terdapat log P sebagai salah satu deskriptor

untuk

memprediksi

aktivitas

antimalaria

senyawa

turunan

vinkadiformina. Dalam menguji aktivitas antimalaria senyawa vinkadiformina dan turunannya secara in vitro, Mustofa menggunakan sel Nigerian yang telah diinfeksi plasmodia dari P. falciparum. Senyawa vinkadiformina dan turunannya harus dapat menembus membran sel Nigerian tersebut agar dapat bekerja membunuh plasmodia. Penembusan membran sel atau absorpsi ke dalam sel, menentukan kadar senyawa vinkadiformina dan turunannya yang masuk ke dalam sel Nigerian yang kemudian berinteraksi dengan reseptor. Proses absorpsi tersebut


membutuhkan nilai log P yang optimum. Untuk dapat menembus membran sel yang bersifat non polar dan larut dalam cairan sel, lalu dapat berinteraksi dengan reseptor plasmodia, senyawa vinkadiformina dan turunannya harus memiliki nilai log P yang optimum karena log P menggambarkan koefisien partisi senyawa dalam fase air dan fase lipid.

D. Rancangan Senyawa Hipotetik Turunan Vinkadiformina Berdasarkan Model Persamaan Terbaik Perancangan senyawa hipotetik turunan vinkadiformina diawali dengan melakukan observasi terhadap keenambelas senyawa vinkadiformina dan turunannya dari hasil penelitian Mustofa. Pada struktur keenambelas senyawa tersebut, terdapat substitusi pada atom C2 dengan atom atau gugus penarik elektron, yaitu Cl, Br, dan NO2. Atom N pada cincin indol beberapa struktur dari keenambelas senyawa tersebut, berikatan rangkap dengan atom C7, namun pada beberapa struktur yang lain, atom N pada cincin indol tidak berikatan rangkap, melainkan berikatan dengan atom H. Berdasarkan observasi tersebut, maka dalam merancang senyawa hipotetik turunan vinkadiformina, atom atau gugus yang disubstitusikan pada model rancangan adalah atom atau gugus penarik elektron seperti Cl, Br, dan NO2. Atom dan gugus penarik elektron tersebut disubstitusikan pada atom C2 dari model rancangan. Atom N pada cincin indol model rancangan ada yang dibuat berikatan rangkap dengan C7. Pada beberapa model rancangan, atom N pada cincin indol ada yang dibuat tidak berikatan rangkap dengan atom C7, melainkan berikatan dengan atom H.


Dalam model persamaan terbaik dinyatakan bahwa muatan bersih pada atom C2 dan N mempengaruhi nilai aktivitas antimalaria yang dihasilkan. Dengan mensubstitusikan atom atau gugus penarik elektron pada atom C2 dan dengan mengadisi ikatan rangkap pada atom N dengan atom H, maka nilai muatan bersih pada atom C2 dan N akan berubah. Tidak hanya kedua atom tersebut yang mengalami perubahan muatan bersih, atom-atom lain penyusun cincin indol pun juga mengalami perubahan muatan bersih. Tidak hanya muatan bersih, tetapi parameter elektronik yang lain yaitu ∂ dan ΔE, parameter sterik yaitu V, M, dan MR, serta parameter hidrofobisitas yaitu log P juga akan mengalami perubahan. Dengan demikian maka nilai aktivitas antimalaria yang dihasilkan pun akan bervariasi.

E. Pemilihan dan Rekomendasi Senyawa Turunan Vinkadiformina Untuk Disintesis Pemilihan dan rekomendasi senyawa turunan vinkadiformina yang akan disintesis didasarkan pada nilai aktivitas antimalaria (log 1/IC50) dan kedekatan nilai parameter hidrofobisitas (log P) senyawa tersebut dengan nilai log P klorokuin. Nilai aktivitas antimalaria senyawa turunan vinkadiformina harus berada pada rentang nilai aktivitas antimalaria hasil penelitian Mustofa (-2,3555 sampai -1,0253). Senyawa turunan vinkadiformina yang tidak memiliki nilai aktivitas antimalaria pada rentang tersebut tidak dapat diterima sebab berada di luar rentang intrapolasi model persamaan terbaik. Dalam penelitian Mustofa nilai log P memegang peranan penting, sebab meskipun dilakukan secara in vitro, untuk dapat menembus membran sel Nigerian yang telah diinfeksi plasmodia


dibutuhkan nilai log P yang optimum. Pemilihan senyawa turunan vinkadiformina dengan melihat kedekatan nilai log P yang dimilikinya dengan nilai log P klorokuin didasarkan pada kenyataan bahwa klorokuin telah terbukti aktif secara in vivo sebagai antimalaria. Klorokuin tentu memiliki nilai log P yang optimum untuk dapat menembus membran sel darah merah. Dengan memilih senyawa turunan vinkadiformina yang memiliki nilai log P yang mendekati nilai log P klorokuin, maka diduga senyawa turunan vinkadiformina juga dapat menembus membran sel Nigerian dengan baik. Nilai log P klorokuin adalah 0,34, sehingga dalam pemilihan senyawa turunan vinkadiformina yang direkomendasi untuk disintesis, dipilih senyawa yang memiliki nilai log P mendekati 0,34. Pertimbangan pemilihan senyawa dengan nilai log P optimum juga didasarkan pada kenyataan bahwa saat menembus membran sel, senyawa dengan nilai log P sangat tinggi akan terikat kuat pada bagian membran sel yang bersifat lipofil, sehingga tidak dapat menembus bagian membran sel yang bersifat hidrofil. Sebaliknya, senyawa dengan nilai log P yang sangat rendah tidak dapat menembus bagian membran sel yang bersifat lipofil. Kedua kondisi ini menyebabkan senyawa tidak dapat berinteraksi dengan reseptor plasmodia, sehingga tidak dapat bekerja sebagai antimalaria. Oleh karena itu, pemilihan senyawa dengan nilai log P yang optimum merupakan pertimbangan yang berperan penting. Pemilihan dan rekomendasi senyawa turunan vinkadiformina untuk disintesis, tidak hanya dilakukan pada model rancangan senyawa hipotetik turunan vinkadiformina berdasarkan model persamaan terbaik, tetapi juga


terhadap keenambelas senyawa vinkadiformina dan turunannya hasil penelitian Mustofa. Terdapat 35 senyawa turunan vinkadiformina yang berhasil dirancang berdasarkan model persamaan terbaik. Dari ketigapuluh lima senyawa tersebut, hanya 15 senyawa yang memiliki nilai aktivitas antimalaria yang berada pada rentang aktivitas antimalaria penelitian Mustofa. Kelimabelas senyawa tersebut dapat dilihat pada tabel IX, sedangkan nilai aktivitas antimalarianya dapat dilihat pada tabel X. Dari kelimabelas senyawa turunan vinkadiformina berdasarkan model persamaan terbaik, hanya 3 senyawa yang memiliki nilai log P yang mendekati nilai log P klorokuin, yaitu vin-1, vin-2, dan vin-18. Dari keenambelas senyawa vinkadiformina dan turunannya hasil penelitian Mustofa diperoleh 5 senyawa yang memiliki nilai log P yang mendekati nilai log P klorokuin, yaitu vinkadiformina, Vinka-3, Vinka-5, Vinka-15, dan Vinka-16. Kelimabelas

senyawa

turunan

vinkadiformina

yang

dirancang

berdasarkan model persamaan terbaik direkomendasikan untuk disintesis dan diuji aktivitas antimalarianya baik secara in vitro maupun in vivo, namun senyawasenyawa yang mempunyai potensi paling besar untuk disintesis dan diuji aktivitas antimalarianya adalah senyawa vin-1, vin-2, dan vin-18. Keenambelas senyawa hasil penelitian Mustofa direkomendasikan pula untuk diuji aktivitasnya secara in vivo, namun senyawa-senyawa yang mempunyai potensi paling besar untuk pengujian aktivitas in vivo adalah senyawa Vinka-3, Vinka-5, Vinka-15, dan Vinka-16. Senyawa-senyawa turunan vinkadiformina yang direkomendasikan, diduga dapat disintesis, namun sintesis senyawa-senyawa tersebut tidak mudah.


Kesulitan sintesis senyawa turunan vinkadiformina disebabkan karena struktur senyawanya yang kompleks. Untuk mempermudah sintesis senyawa turunan vinkadiformina, sintesis dapat dilakukan dengan menggunakan starting material, yaitu senyawa vinkadiformina dan turunannya hasil sintesis Mustofa.


Tabel IX. Model rancangan senyawa turunan vinkadiformina berdasarkan model persamaan terbaik No. Struktur senyawa No. Struktur senyawa N

1

vin-1

N

Br

H

H

Cl

Br

6

N H

vin-9

N Cl

O

O

O

N

N

H

H

Br

2

vin-2

O

Br

7

N H O

vin-12

N O

O

O

N

N

H

H

Cl

3

O2 N

vin-4

8 N

vin-13

N

NO2 O

O

O

O

O

N H

N

O2N

H Br

4

vin-5

9 N

vin-15

NO2

Cl

O

O

N O

N

O

O

H Br

N H O2 N

5

vin-7

N Cl O

O

10

vin-16 N Cl O

O


No

Struktur senyawa N H Cl

11 vin-17

N H O

NO2 O

N H O2N

12

vin-18

N H O

NO2 O

N H Cl

13

vin-19

N Cl O

O

N H Br

14

vin-20

N Cl O

O

N H O2 N

15 vin-21 N Cl O

O


Tabel X. Data aktivitas antimalaria (log 1/IC50) model rancangan senyawa turunan vinkadiformina No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Senyawa vin-1 vin-2 vin-4 vin-5 vin-7 vin-9 vin-12 vin-13 vin-15 vin-16 vin-17 vin-18 vin-19 vin-20 vin-21

log 1/IC50 -1,0034 -1,7211 -1,4532 -2,2062 -1,1141 -1,0556 -1,5527 -1,5373 -1,1969 -1,2988 -1,2986 -1,8733 -1,0546 -1,7733 -1,1979


Tabel XI. Nilai log P model rancangan senyawa turunan vinkadiformina, senyawa vinkadiformina dan turunannya hasil penelitian Mustofa, dan klorokuin

Model rancangan senyawa turunan vinkadiformina

Senyawa vinkadiformina dan turunannya hasil penelitian Mustofa

klorokuin

Senyawa vin-1 vin-2 vin-4 vin-5 vin-7 vin-9 vin-12 vin-13 vin-15 vin-16 vin-17 vin-18 vin-19 vin-20 vin-21 vinkadiformina Vinka-2 Vinka-3 Vinka-4 Vinka-5 Vinka-6 Vinka-7 Vinka-8 Vinka-9 Vinka-10 Vinka-11 Vinka-12 Vinka-13 Vinka-14 Vinka-15 Vinka-16

Nilai log P 0,4900 0,7700 2,2000 1,6100 3,0700 3,6500 3,3000 2,4400 4,2500 3,3900 1,0000 0,4100 2,7900 3,0700 2,2000 0,7100 -0,1000 0,3400 -0,4800 0,3900 2,4300 2,4800 3,0200 2,2000 3,6000 3,2500 4,2000 1,2700 3,0200 0,1900 0,7700 0,3400


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan 1. Penelitian ini dapat menggambarkan hubungan kuantitatif antara struktur dan aktivitas

senyawa

vinkadiformina

dan

turunannya

sebagai

senyawa

antimalaria berdasarkan parameter teoretis hasil perhitungan semiempiris MNDO. Hubungan kuantitatif tersebut digambarkan melalui persamaan terbaik berikut : log (1/IC50) = 28,8758 + (22,7560qC1) + (14,2669qC2) + (33,7110qC3) + (-27,2900qN) + (-10,0545qC7) + (-1,0678qC8) + (79,9843qC9) ( 0,5394ΔE) + (-0,0067V) + (-0,5904MR) + (0,7226∂) + (0,0285 M) + (0,8408 log P) 2. Dari

hasil

penelitian

ini

diperoleh

15

senyawa

hipotetik

turunan

vinkadiformina yang memiliki aktivitas antimalaria berdasarkan model persamaan terbaik. Struktur kelimabelas senyawa tersebut dapat dilihat pada tabel IX. B. Saran 1. Perlu dilakukan sintesis dan penelitian aktivitas antimalaria dari kelimabelas senyawa hipotetik turunan vinkadiformina berdasarkan model persamaan terbaik. Senyawa-senyawa yang mempunyai potensi paling besar untuk disintesis dan diuji adalah vin-1, vin-2, dan vin-18.

70


2. Perlu dilakukan penelitian aktivitas antimalaria secara in vivo terhadap keenambelas senyawa vinkadiformina dan turunannya dari hasil penelitian Mustofa. 3. Perlu dilakukan analisis hubungan kuantitatif struktur-aktivitas senyawa vinkadiformina dan turunannya dengan menggunakan metode perhitungan semiempiris yang lain atau dengan metode yang berbeda, misalnya metode ab initio.


DAFTAR PUSTAKA Anonim, 1996, Database File for: Periwinkle (Vinca minor), http://www.raintree.com/periwinkle.htm, diakses tanggal 22 April 2006. Anonim, 2004, Mengendalikan Penyakit Malaria dan Mulai Menurunnya Jumlah Kasus Malaria dan Penyakit Lainnya Pada 2015, Laporan Perkembangan Pencapaian Tujuan Pembangunan Milenium Indonesia, 68. Anonim, 2006, SPSS 13.0 Terapan : Riset Statistik Parametrik, Penerbit Andi, Yogyakarta. Block, J.H, 2004, Wilson and Gisvold’s Textbook of Organic Medicinal and Pharmaceutical Chemistry, edisi 11, 282-289, Lippincott Williams and Wilkins, Baltimore. Davis, A.M, 1994, dalam King, F.D, Medicinal Chemistry Principles and Practice, 114-117, The Royal Society of Chemistry, London. DiPalma, J.R, 1990, dalam DiPalma, J.R dan DiGregorio, G.J, Basic Pharmacology in Medicine, edisi 3, 647-655, McGraw-Hill International Editions, Singapore. Duke, J.A., 1992, Chemicals and Their Biological Activities in: Vinca minor L. http://www.rain(Apocynaceae)—Periwinkle, Running-Myrtle, tree.com/db/vinca-minor-phytochem.htm, diakses tanggal 17 April 2006 Jensen, F., 1999, Introduction to Computational Chemistry, 81-87, John Wiley and Son Ltd, Baffins Lane, London. Kier, L.B dan Roche, E.B, 1996, 1588-1600, dalam Foye, W., Prinsip-Prinsip Kimia Medisinal, diterjemahkan oleh Raslim Rasyid dkk, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta. Korolkovas, A. dan Burckhalter, J., 1976, Essentials of Medicinal Chemistry, 418420, John Wiley&Sons, Inc., Canada. Kuehne, M.E., Roland, D.M., Haffer, R., 1978, Studies in Biomimetic Alkaloid Syntheses.2.Synthesis of Vincadifformine from Tetrahydro-β-carboline through a Secodine Intermediate, J. Org. Chem, 3, 3705. Lahti, P.L., 1998, Prediction of Physical and Chemical Properties by Computational Chemistry, CCCE National Computer Workshops, 20-23.

72


Mustofa, 2001, Activities Antiplasmodiale et Cytotoxicite d’ une Serie de Molecules Obtenues par hemisynthese a partir de la Vincadifformine , Dissertation, 103-107. Mutschler, E., 1991, Dinamika Obat: Buku Ajar Farmakologi dan Toksikologi, 673-674, Penerbit ITB, Bandung. Neal, M.J, 1997, Medical Pharmacology at a Glance, 90-91, Blackwell Science Ltd., Oxford. Pranowo, H.D., 2004, Kimia Komputasi, 83, 91-92, Pusat Kimia Komputasi Indonesia-Austria Universitas Gadjah Mada Yogyakarta, Yogyakarta. Rosenthal, P.J., 2003, Antimalarial Drug Discovery: Old and New Approaches, http://www.itsa.ucsf.edu., diakses tanggal 14 Februari 2006. Sardjoko, 1993, Rancangan Obat, 7, 115, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta. Sembiring, R.K, 2003, Analisis Regresi, edisi 2, 30-31, 210, Penerbit ITB, Bandung. Siswandono dan Soekardjo, B., 1995, Kimia Medisinal, cetakan pertama, 324327, Airlangga University Press, Surabaya. Tahir, I., Mudasir, Yulistia, I., dan Mustofa, 2005, Quantitative Structure-Activity Relationship Analysis (QSAR) of Vincadifformine Analogues as the Antiplasmodial Compounds of the Chloroquinosensible Strain, Indo.J. Chem, 5, 255-260. Thiel, W., 2000, Semiempirical Methods, John von Newmann Institute for Computing, 3, 261-283. Tracy, J.W dan Webster, L.T, 2001, Godman and Gilman’s The Pharmacological Basis of Therapeutics, edisi 10, 1072-1087, McGraw-Hill Companies Inc., USA. Williams, D.A dan Lemke, T.L, 2002, Foye’s Principals of Medicinal Chemistry, edisi 5, 869-870, 875-879, Lippincott Williams and Wilkins, Philadelphia. Yuliana, 2005, Hubungan Kuantitatif Struktur dan Aktivitas Antimutagen Senyawa Turunan Benzalaseton Menggunakan Pendekatan Principal Component Analysis, Tesis, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, 44.


Lampiran 1. Nilai-nilai parameter elektronik hasil perhitungan metode semiempiris MNDO parameter elektronik

senyawa

muatan bersih atom (Coulomb) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

qC1 0,0062 0,0597 0,0089 0,0620 0,0405 -0,0229 0,0083 -0,0213 0,0316 -0,0092 -0,0196 -0,0244 0,0382 -0,0211 -0,0214 0,0162

qC2 -0,0884 -0,0995 -0,0843 -0,0956 -0,1160 -0,0464 -0,0795 -0,0525 -0,0620 -0,0505 -0,0594 -0,0568 -0,1318 -0,0549 0,0757 0,0630

qC3 -0,0296 0,0315 -0,0271 0,0335 0,0073 -0,0605 -0,0269 -0,0594 -0,0004 -0,0556 -0,0567 -0,0539 0,0164 -0,0589 -0,1107 -0,0095

qC4 -0,0761 -0,0894 -0,0695 -0,0822 -0,0766 0,0095 0,0036 0,0016 -0,0074 0,0041 -0,0068 0,0004 -0,0997 0,0011 -0,0469 -0,0913

qC5 0,0483 0,0950 0,0494 0,0953 0,0678 -0,0306 -0,0143 -0,0250 0,0152 -0,0204 -0,0141 -0,0148 0,1168 -0,0243 0,0734 0,1294

qN -0,2219 -0,2279 -0,2257 -0,2324 -0,2280 -0,1184 -0,1221 -0,1345 -0,1439 -0,1225 -0,1658 -0,1237 -0,2972 -0,1123 -0,3507 -0,3655

qC7 0,0987 0,0896 0,1273 0,1186 0,1241 -0,0146 -0,0045 -0,0015 0,0246 -0,0092 0,0229 0,0166 0,1379 -0,0061 0,2438 0,2505

qC8 0,0195 0,0205 0,0191 0,0196 0,0199 -0,0092 -0,0100 -0,0125 -0,0167 -0,0012 -0,0163 -0,0057 0,0005 -0,0157 -0,0288 -0,0234

qC9 -0,1142 -0,1196 -0,1173 -0,1223 -0,1219 -0,0969 -0,1022 -0,1020 -0,1085 -0,1038 -0,1104 -0,1191 -0,1522 -0,1037 -0,0959 -0,1282

μ (Debye)

EHOMO (eV)

ELUMO (eV)

ΔE (eV)

2,4390 4,4370 5,0680 2,3890 3,7070 5,0690 3,7040 3,2060 2,6100 3,2150 2,8310 7,5050 4,3600 4,0910 1,1370 1,4550

-8,7483 -9,3567 -9,0759 -9,7172 -9,2175 -9,5257 -9,6564 -9,3365 -9,8051 -9,3653 -9,1607 -9,3108 -9,0187 -9,2888 -8,2920 -8,5497

-0,0982 -0,9518 -0,5702 -1,2672 -0,7908 -1,1796 -1,4231 -0,9354 -1,6603 -1,0118 -0,5835 -0,8525 -0,5811 -0,7949 0,0644 -0,0097

8,6501 8,4049 8,5057 8,4499 8,4267 8,3461 8,2333 8,4011 8,1448 8,3535 8,5772 8,4583 8,4376 8,4939 8,3564 8,5399


Lampiran 2. Nilai-nilai parameter sterik dan hidrofobisitas hasil perhitungan metode semiempiris MNDO senyawa 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Parameter sterik SA (Å2) 551,1700 593,4700 512,6200 552,6000 545,3700 573,9200 606,1800 561,5500 600,0900 582,0600 561,6200 560,3900 595,3900 564,7500 570,5300 663,3700

V (Å3) 983,5600 1051,6800 906,9900 974,9500 968,2200 1027,4500 1088,2000 1009,9700 1077,2800 1057,5500 1013,3700 1013,5800 1087,7900 1011,8600 1028,0300 1194,0000

MR (Ǻ3) 102,8500 109,0700 98,4500 104,6700 105,9900 106,7800 114,3100 105,5000 111,7200 112,7500 105,5500 104,5500 114,4100 105,5000 108,7300 121,8500

∂ (Å2) 38,1000 39,9400 35,5400 37,3900 38,1700 39,7100 42,3400 39,8000 41,6400 42,4300 39,7100 39,4000 42,7600 39,8000 40,4300 45,6700

Parameter hidrofobisitas M (amu) 338,4500 383,4500 325,4100 370,4100 404,3100 383,4500 462,3400 372,8900 417,8900 451,7900 352,4800 388,8900 464,3600 372,8900 382,4600 439,5100

log P 0,7100 -0,1000 0,3400 -0,4800 0,3900 2,4300 2,4800 3,0200 2,2000 3,6000 3,2500 4,2000 1,2700 3,0200 0,1900 0,7700


Lampiran 3. Nilai-nilai parameter elektronik, sterik, dan hidrofobisitas seri senyawa baru turunan vinkadiformina senyawa vin-1 vin-2 vin-4 vin-5 vin-7 vin-9 vin-12 vin-13 vin-15 vin-16 vin-17 vin-18 vin-19 vin-20 vin-21

qC1 0,0263 0,0382 -0,0037 0,0298 0,0102 0,0221 0,0120 0,0334 0,0069 0,0280 0,0259 0,0621 -0,0016 0,0103 0,0374

qC2 -0,0323 -0,1183 0,0069 -0,0565 -0,0843 -0,0827 -0,0899 -0,0682 -0,0889 -0,0665 -0,0456 -0,1167 0,0000 -0,0862 -0,0650

qC3 -0,0079 0,0051 -0,0398 -0,0013 -0,0256 -0,0219 -0,0227 0,0023 -0,0198 0,0057 0,0036 0,0440 -0,0380 -0,0251 -0,0015

qN -0,2230 -0,2241 -0,1212 -0,1283 -0,1382 -0,1261 -0,1692 -0,1747 -0,1277 -0,1343 -0,2962 -0,3063 -0,1154 -0,1162 -0,1180

qC7 0,0942 0,0954 -0,0048 0,0126 0,0083 0,0006 0,0327 0,0488 0,0268 0,0440 0,1375 0,1446 0,0038 0,0041 0,0127

qC8 0,0200 0,0206 -0,0105 -0,0134 -0,0133 -0,0020 -0,0171 -0,0205 -0,0061 -0,0087 -0,0003 -0,0012 -0,0171 -0,0165 -0,0143

qC9 -0,1133 -0,1191 -0,0966 -0,1034 -0,1074 -0,1089 -0,1157 -0,1168 -0,1242 -0,1250 -0,1463 -0,1558 -0,1034 -0,1090 -0,1030

V 1028,2200 1044,7700 1071,8400 1095,1000 1070,7100 1118,0800 1074,6200 1081,3300 1074,2200 1081,9600 1071,5100 1094,4400 1057,3000 1073,5300 1081,9500

MR 107,5700 110,3800 111,4900 113,0000 113,0400 120,2800 113,0900 111,7700 112,0800 110,7700 111,5900 113,0900 110,2200 113,0400 111,7200

ΔE 8,4914 8,4935 8,2530 8,1126 8,2872 8,2442 8,4279 8,4026 8,2468 7,9296 8,4609 8,6698 8,3784 8,3635 8,3086

∂ 40,0200 40,7200 41,6400 41,5500 42,4300 45,0500 42,3300 41,5500 42,0300 41,2500 42,0600 41,9700 41,7300 42,4300 41,6400

M 372,8900 417,3500 417,8900 428,4400 451,7900 530,6900 431,3700 397,4700 467,7900 433,8900 419,9100 430,4600 407,3400 451,7900 417,8900

logP 0,4900 0,7700 2,2000 1,6100 3,0700 3,6500 3,3000 2,4400 4,2500 3,3900 1,0000 0,4100 2,7900 3,0700 2,2000


Lampiran 4. Model summary hasil perhitungan metode backward menggunakan SPSS 11.0 for Windows Model

R

1 2 3 4

0,998 0,998 0,998 0,996

R Square Adjusted R Square 0,996 0,933 0,996 0,966 0,995 0,977 0,992 0,971

Std. Error of the Estimate 0,1124700 0,0796902 0,0662312 0,0739460

a Predictors: (Constant), momen dipol, ΔE, qC3, volume, qC7, massa, qC2, logP, qC9, qC1, polarisabilitas, qN, refraktivitas molar b Predictors: (Constant), ΔE, qC3, volume, qC7, massa, qC8, qC2, logP, qC1, polarisabilitas, qN, refraktivitas molar c Predictors: (Constant), E, QC3, volume, qC7, massa, qC2, logP, qC9, polarisabilitas, qN, refraktivitas molar d Predictors: (Constant), QC3, volume, qC7, massa, qC2, logP, qC9, polarisabilitas, qN, refraktivitas molar Lampiran 5. Tabel ANOVA Model 1 2 3 4

Regression Residual Total Regression Residual Total Regression Residual Total Regression Residual Total

Sum of Squares 2,816 0,013 2,828 2,815 0,013 2,828 2,815 0,013 2,828 2,806 0,022 2,828

df 14 1 15 13 2 15 12 3 15 11 4 15

Mean Square 0,201 0,013

F

Sig.

15,899

0,194

0,217 0,006

34,104

0,029

0,235 0,004

53,478

0,004

0,255 0,005

46,657

0,001

qC8, qC9, qC1, qC1,


Lampiran 6. Koefisien model persamaan 2 Model 2

(Constant) qC1 qC2 qC3 qN qC7 qC8 qC9 volume Refraktivitas molar polarisabilitas massa logP ΔE

Unstandardized Coefficients B 28,876 22,756 14,267 33,711 -27,290 -10,055 -1,068 79,984 -6,657.10-3 -0,590

Std. Error 4,458 7,161 2,180 9,579 4,633 2,845 3,973 15,579 0,003 0,099

0,723 2,854.10-2 0,841 0,539

0,151 0,006 0,103 0,512

Standardized Coefficients Beta

t

Sig.

1,591 1,835 3,088 -5,237 -2,015 -0,042 2,612 -0,990 -7,645

6,477 3,178 6,544 3,519 -5,890 -3,534 -,269 5,134 -2,287 -5,973

0,023 0,086 0,023 0,072 0,028 0,072 0,813 0,036 0,150 0,027

4,026 2,791 2,872 0,155

4,791 4,931 8,166 1,054

0,041 0,039 0,015 0,402


BIOGRAFI PENULIS

Dominika Anny Yanuarti dilahirkan di Singaraja pada tanggal 19 Januari 1986. Penulis skripsi berjudul “Hubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas Senyawa Vinkadiformina dan Turunannya Sebagai Senyawa

Antimalaria

Berdasarkan

Parameter

Teoretis Hasil Perhitungan Semiempiris Modified Neglect of Diatomic Overlap (MNDO)” ini, mengenyam pendidikan pertamanya di TK Swastiastu Singaraja pada tahun 1990 selama setahun. Pada tahun 1991, penulis melanjutkan pendidikan Sekolah Dasar di SDK Karya Singaraja dan selanjutnya menempuh pendidikan Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama di SLTPN I Singaraja pada tahun 1997. Pada tahun 2000, penulis menempuh pendidikan Sekolah Menengah Atas di SMUN I Singaraja dan selanjutnya meneruskan pendidikan di Fakultas Farmasi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta pada tahun 2003. Selama menjalani studi di Fakultas Farmasi, penulis pernah menjadi seksi Pengabdian Masyarakat BEMF Farmasi periode 2005-2006. Penulis juga pernah menjadi asisten praktikum Kimia Organik II dan Farmakognosi Fitokimia I. Dari tahun 2005 hingga biografi ini ditulis, penulis masih aktif sebagai anggota Komunitas Lektor Gereja Santo Antonius Kotabaru.

SKRIPSI. Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Farmasi (S.Farm.) Program Studi Ilmu Farmasi

Recommend Documents