IDENTIFIKASI SENYAWA FITOKIMIA CALCIUM CHANNEL BLOCKER DENGAN MOLECULAR DOCKING SEBAGAI
PENGEMBANGAN TERAPI HIPERTENSI PADA KEHAMILAN
SKRIPSI
Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Kedokteran
ASMA AZIZAH G0013043
FAKULTAS KEDOKTERAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET
Surakarta 2017
ii
PENGESAHAN SKRIPSI
Skripsi dengan judul: Identifikasi Senyawa Fitokimia Calcium Channel Blocker dengan Molecular Docking sebagai Pengembangan Terapi Hipertensi
pada Kehamilan
Asma Azizah, NIM: G0013043, Tahun: 2017
Telah diuji dan sudah disahkan di hadapan Dewan Penguji Skripsi Fakultas Kedokteran Universitas Sebelas Maret
Pada Hari Kamis, Tanggal 26 Januari 2017
Pembimbing Utama
Nama : Yuliana Heri Suselo, dr., M.Sc.
NIP : 19800718 200604 2 001 (...) Pembimbing Pendamping
Nama : Muthmainah, dr., M.Neurosci.
NIP : 19840707 200912 2 003 (...) Penguji Utama
Nama : Ratna Kusumawati, dr., M.Biomed.
NIP : 19810401 200501 2 001 (...)
Ketua Tim Skripsi
Kusmadewi Eka Damayanti, dr., M.Gizi NIP. 19830509 200801 2 005
Surakarta, ... Kepala Program Studi
Sinu Andhi Jusuf, dr., M.Kes NIP. 19700607 200112 1 002
iii
PERNYATAAN
Dengan ini menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Surakarta, 26 Januari 2017
Asma Azizah NIM.G0013043
iv ABSTRAK
Asma Azizah, G0013043, 2017. Identifikasi Senyawa Fitokimia Calcium Channel Blocker dengan Molecular Docking sebagai Pengembangan Terapi Hipertensi pada Kehamilan. Skripsi. Fakultas Kedokteran, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
Latar Belakang: Hipertensi dalam kehamilan merupakan satu dari tiga penyebab utama kematian ibu di Indonesia. Terapi yang saat ini digunakan adalah nifedipine. Nifedipine merupakan calcium channel blocker yang bekerja pada Cav1.2. Hingga saat ini, nifedipine belum cukup efektif untuk menurunkan prevalensi kejadian hipertensi kehamilan sehingga dibutuhkan pencarian obat baru yang lebih efektif dengan efek samping yang lebih sedikit. Herbal Indonesia memiliki potensi untuk dikembangkan sebagai obat. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengidentifikasi fitokimia herbal Indonesia yang dapat berperan sebagai calcium channel blocker.
Metode Penelitian: Penelitian ini adalah penelitian bioinformatika dengan metode molecular docking. Struktur tiga dimensi kanal kalsium manusia Cav1.2 didapatkan melalui pemodelan homologi dengan target kanal kalsium Q13936 dan template kanal kalsium kelinci dari laman Protein Data Bank (PDB) dengan kode akses 5GJW. Pemodelan dilakukan dengan memanfaatkan laman SWISS-MODEL. Standar nifedipine didapatkan melalui laman ZINC database dengan kode akses ZINC19594578. Senyawa aktif diperoleh dari HerbalDB dan struktur tiga dimensi senyawa diperoleh dari PubChem National Center for Biotechnology Information (NCBI). Penelitian ini menggunakan software AutoDock Vina 1.1.2 untuk menganalisis energi ikatan. Visualisisasi dilakukan dengan software Chimera 1.10 dan PyMol 1.3.
Hasil Penelitian: Model yang didapatkan memiliki kesamaan sequence sebesar 72,35% dengan Cav1.2 manusia. Skor docking yang dihasilkan model Cav1.2 dengan nifedipine adalah -2,1 kkal/mol dengan lokasi ikatan pada Gln1060, Phe1129, Ser1132, dan Ile1173. Senyawa obtusifolin 2-glucoside, actinodaphnine, oxonantenine, dan morindone merupakan senyawa terbaik berdasarkan skor docking, kriteria Lipinski, interaksi, dan konformasi yang sesuai dengan nifedipine.
Simpulan Penelitian: Obtusifolin 2-glucoside, actinodaphnine, oxonantenine, dan morindone berpotensi sebagai calcium channel blocker secara komputasi. Uji in vitro sebaiknya dilakukan untuk membuktikan efek inhibisi kalsium pada kanal Cav1.2
Kata Kunci: Hipertensi dalam kehamilan, herbal, molecular docking, nifedipine, calcium channel blocker
v ABSTRACT
Asma Azizah, G0013043, 2017. Identification of Phytochemical as Calcium Channel Blocker by Molecular Docking for Treatment of Hypertension in Pregnancy. Mini Thesis. Faculty of Medicine, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
Introduction: Hypertension in pregnancy is one of the three main causes of maternal mortality in Indonesia. The currently used therapy is nifedipine. Nifedipine is a calcium channel blocker that works on Cav1.2. Until now, nifedipine has not been effective enough to reduce the prevalence of hypertension in pregnancy so that the search for new, more effective drugs with fewer side effects is needed. Indonesian herbs have the potential to be developed as a drug. The purpose of this study was to identify Indonesian herbs phytochemicals that could act as a calcium channel blocker.
Methods: The research was a bioinformatics study with molecular docking method. Three-dimensional structure of human calcium channel Cav1.2 was obtained from homology modeling with target sequence human calcium channel Q13936 and template from rabbit calcium channel obtained froom PDB with an access code 5GJW. Nifedipine was used as a standard ligand and obtained from ZINC database with an access code ZINC19594578. The active compounds were obtained from HerbalDB and the three-dimensional structure was from PubChem National Center for Biotechnology Information (NCBI). This study used AutoDock Vina 1.1.2 to analyze the binding affinity. Visualization was done with Chimera 1.10 and PyMol 1.3.
Results: The model had 72,35% sequence identity with human Cav1.2. The docking scores between Cav1.2 model and nifedipine was -2,1 kcal/mol at binding site Gln1060, Phe1129, Ser1132, and Ile1173. The compound obtusifolin 2-glucoside, actinodaphnine, oxonantenine, and morindone was the best compound based on the docking scores, Lipinski’s criteria, interaction, and conformation with nifedipine.
Conclusions: Obtusifolin 2-glucoside, actinodaphnine, oxonantenine, and morindone potential to become calcium channel blocker computationally. In vitro assay should be used to evaluate the antagonist effect of those phytochemical on calcium channel blocker Cav1.2.
Keywords: Pregnancy hypertension, herbal, molecular docking, nifedipine, calcium channel blocker
vi PRAKATA
Alhamdulillah, segala puji bagi Allah Rabb Semesta Alam, karena atas nikmat dan karuniaNya yang tak terhingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Identifikasi Senyawa Fitokimia Calcium Channel Blocker dengan Molecular Docking sebagai Pengembangan Terapi Hipertensi pada Kehamilan.”
Penyusunan skripsi ini dapat terlaksana dengan baik atas bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan hormat penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada:
1. Yuliana Heri Suselo, dr., M.Sc dan Muthmainah, dr., M.Neurosci selaku pembimbing 1 dan pembimbing 2. Terima kasih atas waktu, ilmu, doa, dan motivasi yang telah diberikan.
2. Ratna Kusumawati, dr., M.Biomed selaku penguji skripsi. Terima kasih atas masukan dan saran demi kesempurnaan skripsi ini.
3. Dono Indarto, dr., M.Biotech, St.Ph.D, AIFM yang banyak mengarahkan dan memberi masukan terkait molecular docking.
4. Tim skripsi Fakultas Kedokteran Universitas Sebelas Maret Surakarta.
5. Kedua orangtua tercinta, Abi Hendri dan Ummi Irma; serta ketiga adik Urwah, Muhammad, dan Khadijah atas segala doa, motivasi, dan kesabarannya.
6. Amy Budhi Kurniawan, Ammah Murni, Ibu Niken Saptarini dan Ammah Rini Kusumarupi. Terima kasih atas support selama ini.
7. Keluarga Pesmi Arroyyan sebagai rumah pertama di Solo.
8. Keluarga Lingkar Diskusi atas semangat, nasehat, dan dukungannya yang tak terganti terutama rekan-rekan 2013: Maul, Lina, Febri, Farha, Nibras, Nadia, Irma, Safirah, dan Mbak Yasmin.
9. Keluarga Ilmu Qur’an, Biro AAI FK, dan SKI FK; terima kasih atas segala pelajaran hidup yang mendewasakan.
10. Teman-teman tutorial A8, A10, A2. Terima kasih atas ilmu dan support semangatnya.
11. Rekan-rekan grup Riset Moldock: Adam, Andre, Arifin, Febri, Fadhila, Humam, Kamil, Khariz, dan Safirah. Terima kasih atas bantuan dan dukungannya.
12. Seluruh pihak yang telah membantu dalam penyusunan skripsi ini yang tidak bisa disebutkan satu per satu. Terima kasih atas doa, semangat, dan dukungan yang diberikan.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan skripsi ini. Akhir kata, semoga skripsi ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu.
Surakarta, 20 Januari 2017
vii
DAFTAR ISI
PRAKATA ... vi
DAFTAR ISI ... vii
DAFTAR TABEL ... ix
DAFTAR GAMBAR ... x
DAFTAR SINGKATAN ... xi
DAFTAR LAMPIRAN ... xii
BAB I PENDAHULUAN... 1
A. Latar Belakang ... 1
B. Rumusan Masalah ... 4
C. Tujuan Penelitian ... 4
D. Manfaat Penelitian... 4
BAB II LANDASAN TEORI ... 5
A. Tinjauan Pustaka ... 5
1. Hipertensi dalam Kehamilan ... 5
2. Kalsium ... 13
3. Struktur Molekuler Nifedipine ... 16
4. Tanaman Herbal Indonesia ... 18
5. Proses Pengembangan Obat... 19
6. Molecular Docking ... 21
B. Kerangka Pemikiran ... 24
viii
BAB III METODE PENELITIAN ... 26
A. Jenis Penelitian ... 26
B. Lokasi Penelitian ... 26
C. Sampel Penelitian ... 26
D. Rancangan Penelitian ... 27
E. Instrumen Penelitian ... 28
F. Cara Kerja Penelitian ... 28
G. Teknik Analisis Data ... 32
BAB IV HASIL PENELITIAN ... 33
A. Pemodelan Homologi Cav1.2 ... 33
B. Validasi Cav1.2 dengan Senyawa Standar ... 35
C. Hasil Penambatan Molekuler Cav1.23 dengan Senyawa Fitokimia Tanaman Herbal Indonesia ... 36
BAB V PEMBAHASAN ... 44
A. Analisis Model Cav1.2 Hasil Pemodelan Homologi ... 44
B. Analisis Kriteria Lipinski dan Ikatan Kimia ... 45
C. Analisis Fungsi Terapeutik ... 48
D. Keterbatasan Penelitian ... 50
BAB IV SIMPULAN DAN SARAN ... 52
A. Simpulan... 52
B. Saran ... 52
DAFTAR PUSTAKA ... 53
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Obat Antihipertensi pada Kehamilan ... 5 Tabel 4.1 Hasil Docking Cav1.2 dengan Delapan Senyawa Fitokimia
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Faktor vasoaktif yang bersirkulasi pada kondisi plasenta iskemik ... 9
Gambar 2.2 Kontraksi Otot Polos dan Lokasi Penghambatan Kalsium ... 13
Gambar 2.3 Subunit pada Kanal Kalsium ... 14
Gambar 2.4 Domain Transmembran pada Subunit α1 ... 15
Gambar 2.5 Struktur Kompleks DHP dengan Model Cav1.2. ... 17
Gambar 2.6 Interaksi Nifedipine dengan Model Cav1.2. ... 18
Gambar 4.1 Struktur superposisi tiga dimensi hasil pemodelan homologi ... 33
Gambar 4.2 Hasil penyejajaran sequence ... 34
Gambar 4.3 Kurva interpretasi hasil pemodelan homologi ... 35
Gambar 4.4 Hasil visualisasi docking model Cav1.2-nifedipine... 36
Gambar 4.5 Visualisasi hasil docking morindone ... 39
Gambar 4.6 Visualisasi hasil docking obtusifolin 2-glucoside ... 40
Gambar 4.7 Visualisasi hasil docking actinodaphnine ... 41
Gambar 4.8 Visualisasi hasil docking oxonantenine ... 42
xi
DAFTAR SINGKATAN Alanin (Ala, A)
Arginin (Arg, R) Asam aspartat (Asp, D) Asam glutamat (Glu, E) Asparagin (Asn, N) Fenilalanin (Phe, F) Glisin (Gly, G) Glutamin (Gln, Q) Histidin (His, H) Isoleusin (Ile, I) Leusin (Leu, L) Lisin (Lys, K) Metionin (Met, M) Prolin (Pro, P) Serin (Ser, S) Sistein (Cys, C) Tirosin (Tyr, Y) Treonin (Thr, T) Triptofan (Trp, W) Valin (Val, V)
xii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Penyejajaran sequence Cav1.1 kelinci dengan Cav manusia .. 60 Lampiran 2. Hasil Pemodelan Homologi SWISS-MODEL... 63 Lampiran 3. Daftar Sampel Penelitian... 64
