i
SIMULASI IN SILICO PROTEKSI SEL BETA
PANKREAS OLEH ANTOSIANIN MONOASILASI
DARI UBI UNGU (Ipomoea batatas L.)
Skripsi
NI LUH KOMANG NOVIA PARAMITA 1208505027
JURUSAN FARMASI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA
iii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir I yang berjudul “Simulasi In Silico Proteksi Sel Beta Pankreas oleh Antosianin Monoasilasi dari Ubi Ungu (Ipomoea Batatas L.)” tepat pada waktunya.
Penyusunan tugas akhir I ini tidak terlepas dari dukungan, saran, dan bimbingan dari berbagai pihak. Maka dari itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Drs. Ida Bagus Made Suaskara, M.Si., selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana.
2. Ni Made Pitri Susanti, S.Farm., M.Si., Apt. selaku Ketua Jurusan Farmasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana.
3. Ni Putu Linda Laksmiani, S.Farm., M.Sc., Apt. selaku dosen pembimbing I yang dengan penuh perhatian dan kesabaran telah memberikan motivasi, semangat, bimbingan, dan saran selama penyusunan skripsi ini.
4. Ni Made Pitri Susanti, S.Farm., M.Si., Apt. selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan motivasi, semangat, bimbingan, dan saran selama penyusunan skripsi ini.
5. Dr. Sagung Chandra Yowani, S.Si., M.Si., Apt. selaku dosen pembimbing akademik selama penulis mengikuti pendidikan di Jurusan Farmasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana.
6. Seluruh dosen dan staf pegawai di Jurusan Farmasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana yang telah mendukung penulis selama penyusunan skripsi ini.
iv
semangat yang telah diberikan baik moral maupun material dalam penyusunan skripsi ini.
8. Sahabat “Tanpo”, Tantri, Budi, Saput, Lina, Meci, Anggi, Widya, dan Linda yang telah banyak membantu dan memberikan semangat dalam penyusunan skripsi ini.
9. Teman-teman seperjuangan Docking, Ayu Sandra dan Mitsue Oka, serta Gus Pur yang telah membantu dan saling mendukung dalam penyusunan skripsi ini.
10.Keluarga besar Dioscuri Hygeia yang telah banyak membantu dan memberikan semangat dalam penyusunan skripsi ini.
11.I Made Novi Dharma Jaya yang selalu memberikan masukan, semangat dan motivasi dalam penyusunan skripsi ini, serta Kayla yang selalu menjadi semangat penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
12.Semua pihak yang terlibat dan telah membantu penulis dalam penyusunan skripsi ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. Penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini masih belum sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat membangun sehingga di masa yang akan datang dapat menjadi lebih baik. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang memerlukan.
Bukit Jimbaran, 1 September 2016
v
DAFTAR SINGKATAN vii
DAFTAR ISTILAH viii
1.3 Tujuan Penelitian 6
1.4 Manfaat Penelitian 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tanaman Ubi Ungu 7
2.2 Antosianin pada Ubi Ungu 8
vi
2.4 Sel Beta Pankreas 12
2.5 Docking Molecular 13 BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Rancangan Penelitian 16
3.2 Lokasi dan Waktu Penelitian 16
3.3 Bahan Penelitian 16
3.4 Alat Penelitian 17
3.5 Prosedur Penelitian
3.5.1 Preparasi Protein 17
3.5.2 Validasi Metode Docking Molecular 17 3.5.3 Optimasi Molekul Cyanidin dan Peonidin
Monoasilasi 3 Dimensi 18
3.5.4 DockingCyanidin dan Peonidin Monoasilasi pada Protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ,
dan caspase 3 18
3.5.5 Analisis Data 18
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Preparasi Struktur 3D Protein 20
4.2 Validasi Metode Docking Molecular 21
4.3 Preparasi dan Optimasi Struktur 3 Dimensi Cyanidin dan
Peonidin Monoasilasi 22 4.4 DockingCyanidin dan Peonidin Monoasilasipada Protein
vii
4.5 Analisis Data 26
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 30
5.2 Saran 30
DAFTAR PUSTAKA 31
viii
DAFTAR SINGKATAN
FFA : Free fatty acid
GD2PP : Gula darah 2 jam post prandial
GDP : Gula darah puasa
IFN- : Interferon-gamma
IL-1 : Interleukin-1 Beta
iNOS : Inducible nitric oxide synthase
IκB : Inhibitor of kappa B
IκK : Inhibitor of kappa B kinase
JAK : Janus kinase
MAPK : Mitogen-activated protein kinase
NF-κB : Nuclear factor-kappa B
NO : Nitric oxide
PPAR- : Peroxisome proliferator-activated receptor-gamma
STAT 1 : Signal transducer and activation of transcription
TNF-α : Tumour necrosis factor-alpha
ix
DAFTAR ISTILAH
Afinitas : Kecenderungan suatu senyawa untuk membentuk
ikatan kimia dengan senyawa lain.
Apoptosis : Kematian sel yang diprogram dalam urutan
kejadian yang mengarah pada penghapusan sel
tanpa melepaskan zat berbahaya ke daerah
sekitarnya
Docking Molecular : Metode yang dapat memprediksi interaksi antara protein dengan ligan secara molekuler
Glukoneogenesis : Pembentukan glukosa dari senyawa
non-karbohidrat, seperti asam laktat dan beberapa asam
amino
Hiperglikemi : Keadaan dimana kadar gula darah lebih tinggi dari
nilai normal
In Silico : Pemodelan virtual menggunakan komputer
In vitro : Penelitian yang tidak menggunakan organisme
hidup yang utuh, melainkan menggunakan media
kultur dalam kondisi terkontrol
In vivo : Penelitian yang menggunakan keseluruhan
organisme hidup sebagai subjek
Insufisiensi : Ketidakmampuan menjalankan fungsinya dengan
x
Insulitis : Infiltrasi selular pulau Langerhans yang
menyebabkan peradangan
Monoasilasi : Penggantian atom Hidrogen pada senyawa organik
dengan satu gugus asil
Prevalensi : Jumlah keseluruhan kasus dalam populasi yang
menderita penyakit pada waktu tertentu
Proinflamasi : Memicu terjadinya inflamasi
Sitokin : Protein yang dihasilkan oleh sel-sel untuk
mempengaruhi sel lain
Stres oksidatif : Suatu keadaan dimana jumlah radikal bebas di
dalam tubuh melebihi kemampuan tubuh untuk
xi
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 4.1 Hasil docking molecular antara Native Ligand dengan Protein
IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAKIL-1, JAKβ, dan caspase 3... 22 Tabel 4.2 Hasil docking molecular antara cyanidin dan peonidin
monoasilasi dengan protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAK2, dan Caspase 3... 25 Tabel 4.3 Energi ikatan antara cyanidin dan peonidin dengan protein IL-1 ,
xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Ubi Ungu 7
Gambar 2.2 Struktur Molekul Cyanidin dan Peonidin Monoasilasi 9 Gambar 2.3 Jalur Induksi Apoptosis Sel Beta Pankreas 13 Gambar 4.1 Struktur Cyanidin monoasilasi setelah dilakukan kalkulasi
Single Point dan Geometry Optimization 23 Gambar 4.2 Struktur Peonidin monoasilasi setelah dilakukan kalkulasi
Single Point dan Geometry Optimization 24 Gambar 4.3 Struktur Cyanidin setelah dilakukan kalkulasi Single Point dan
Geometry Optimization 27 Gambar 4.4 Struktur Peonidin setelah dilakukan kalkulasi Single Point dan
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Skema Umum Penelitian 33
Lampiran 2. Visualisasi interaksi yang terjadi antara cyanidin dan peonidin
dengan protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan
xiv ABSTRAK
Ubi ungu (Ipomoea batatas L.) banyak mengandung antosianin, terutama cyanidin dan peonidin. Cyanidin dan peonidin monoasilasi adalah antosianin mayor pada Ubi ungu dan memiliki stabilitas lebih baik di lingkungan. Protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan caspase 3 merupakan protein yang berperan dalam kematian sel beta pankreas. Penghambatan aktivitas protein tersebut mampu melindungi sel beta pankreas dari stres oksidatif yang menyebabkan kematian sel. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui mekanisme molekuler dan afinitas cyanidin dan peonidin monoasilasi dari Ubi ungu terhadap protein target dalam memproteksi sel beta pankreas. Metode in silico dengan
docking molecular dilakukan menggunakan beberapa software.
Analisis data dilakukan dengan membandingkan energi ikatan antara antosianin dengan native ligand. Energi ikatan cyanidin dan peonidin monoasilasi dengan protein target bernilai positif, sehingga diketahui bahwa tidak terbentuk ikatan antara ligan dengan protein target. Berdasarkan data bioavailabiliatas antosianin dari Ubi ungu, gugus asil dan gula pada antosianin monoasilasi akan mengalami hidrolis is menjadi bentuk aglikon antosianin. Oleh karena itu, dilakukan juga docking aglikon cyanidin dan peonidin terhadap protein target. Energi ikatan aglikon cyanidin dan peonidin dengan protein target bernilai negatif, yaitu berkisar antara -8,42 sampai -3,8 kkal/mol dan -8,43 sampai -3,37 kkal/mol. Hal tersebut menunjukan bahwa terdapat ikatan antara ligan dengan protein target. Hasil docking molecular menunjukkan bahwa cyanidin dan peonidin
monoasilasi tidak berpotensi dalam memproteksi sel beta pankreas karena tidak dapat berikatan dengan protein target. Namun, aglikon cyanidin dan peonidin
memiliki potensi dalam memproteksi sel beta pankreas karena mampu berikatan dengan protein target.
xv ABSTRACT
Purple sweet potato (Ipomoea batatas L.) contains anthocyanins, namely cyanidin and peonidin. Cyanidin and peonidin monoacylated is the major anthocyanin in purple sweet potato and have better stability in the environment. IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, and caspase 3 are protein that plays a role in the death of pancreatic beta cells. Inhibition of the activity of these proteins are able to protect beta cells from oxidative stress that leads to cell death. This study was conducted to determine the molecular mechanisms and affinity of cyanidin and peonidin monoacylated towards the target protein in protecting pancreatic beta cells. In silico methods with docking molecular was performed using several software.
Data analysis is done by comparing the binding energy between the native ligand and anthocyanins. Binding energy of cyanidin and peonidin monoacylated with the target protein is positive, so it can be said that no bonds are formed between the ligand to the target protein. Based on data bioavailability of anthocyanins from purple sweet potato, acyl and sugar group on anthocyanin monoacylated will undergo hydrolysis to the aglycone form of anthocyanins. Therefore, do also docking aglycones cyanidin and peonidin against the target protein. Binding energy of aglycones cyanidin and peonidin with the target protein is negative, ranging from -8,42 to -3,8 kcal/mol and -8,43 to -3,37 kcal/mol. It shows that there is a bond between a ligand to the target protein.
Molecular docking results showed that cyanidin and peonidin monoacylated has no potential in protecting pancreatic beta cells because it can not bind to the target protein. However, aglycones cyanidin and peonidin has the potential to protect pancreatic beta cells because it can bind to the target protein.
Keywords: anthocyanin, purple sweet potato, diabetes mellitus, pancreatic beta cell, docking molecular
i
SIMULASI IN SILICO PROTEKSI SEL BETA
PANKREAS OLEH ANTOSIANIN MONOASILASI
DARI UBI UNGU (Ipomoea batatas L.)
Skripsi
NI LUH KOMANG NOVIA PARAMITA 1208505027
JURUSAN FARMASI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA
iii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir I yang berjudul “Simulasi In Silico Proteksi Sel Beta Pankreas oleh Antosianin Monoasilasi dari Ubi Ungu (Ipomoea Batatas L.)” tepat pada waktunya.
Penyusunan tugas akhir I ini tidak terlepas dari dukungan, saran, dan bimbingan dari berbagai pihak. Maka dari itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Drs. Ida Bagus Made Suaskara, M.Si., selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana.
2. Ni Made Pitri Susanti, S.Farm., M.Si., Apt. selaku Ketua Jurusan Farmasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana.
3. Ni Putu Linda Laksmiani, S.Farm., M.Sc., Apt. selaku dosen pembimbing I yang dengan penuh perhatian dan kesabaran telah memberikan motivasi, semangat, bimbingan, dan saran selama penyusunan skripsi ini.
4. Ni Made Pitri Susanti, S.Farm., M.Si., Apt. selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan motivasi, semangat, bimbingan, dan saran selama penyusunan skripsi ini.
5. Dr. Sagung Chandra Yowani, S.Si., M.Si., Apt. selaku dosen pembimbing akademik selama penulis mengikuti pendidikan di Jurusan Farmasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana.
6. Seluruh dosen dan staf pegawai di Jurusan Farmasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana yang telah mendukung penulis selama penyusunan skripsi ini.
iv
semangat yang telah diberikan baik moral maupun material dalam penyusunan skripsi ini.
8. Sahabat “Tanpo”, Tantri, Budi, Saput, Lina, Meci, Anggi, Widya, dan Linda yang telah banyak membantu dan memberikan semangat dalam penyusunan skripsi ini.
9. Teman-teman seperjuangan Docking, Ayu Sandra dan Mitsue Oka, serta Gus Pur yang telah membantu dan saling mendukung dalam penyusunan skripsi ini.
10.Keluarga besar Dioscuri Hygeia yang telah banyak membantu dan memberikan semangat dalam penyusunan skripsi ini.
11.I Made Novi Dharma Jaya yang selalu memberikan masukan, semangat dan motivasi dalam penyusunan skripsi ini, serta Kayla yang selalu menjadi semangat penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
12.Semua pihak yang terlibat dan telah membantu penulis dalam penyusunan skripsi ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. Penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini masih belum sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat membangun sehingga di masa yang akan datang dapat menjadi lebih baik. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang memerlukan.
Bukit Jimbaran, 1 September 2016
v
DAFTAR SINGKATAN vii
DAFTAR ISTILAH viii
1.3 Tujuan Penelitian 6
1.4 Manfaat Penelitian 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tanaman Ubi Ungu 7
2.2 Antosianin pada Ubi Ungu 8
vi
2.4 Sel Beta Pankreas 12
2.5 Docking Molecular 13 BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Rancangan Penelitian 16
3.2 Lokasi dan Waktu Penelitian 16
3.3 Bahan Penelitian 16
3.4 Alat Penelitian 17
3.5 Prosedur Penelitian
3.5.1 Preparasi Protein 17
3.5.2 Validasi Metode Docking Molecular 17 3.5.3 Optimasi Molekul Cyanidin dan Peonidin
Monoasilasi 3 Dimensi 18
3.5.4 DockingCyanidin dan Peonidin Monoasilasi pada Protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ,
dan caspase 3 18
3.5.5 Analisis Data 18
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Preparasi Struktur 3D Protein 20
4.2 Validasi Metode Docking Molecular 21
4.3 Preparasi dan Optimasi Struktur 3 Dimensi Cyanidin dan
Peonidin Monoasilasi 22 4.4 DockingCyanidin dan Peonidin Monoasilasipada Protein
vii
4.5 Analisis Data 26
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 30
5.2 Saran 30
DAFTAR PUSTAKA 31
viii
DAFTAR SINGKATAN
FFA : Free fatty acid
GD2PP : Gula darah 2 jam post prandial
GDP : Gula darah puasa
IFN- : Interferon-gamma
IL-1 : Interleukin-1 Beta
iNOS : Inducible nitric oxide synthase
IκB : Inhibitor of kappa B
IκK : Inhibitor of kappa B kinase
JAK : Janus kinase
MAPK : Mitogen-activated protein kinase
NF-κB : Nuclear factor-kappa B
NO : Nitric oxide
PPAR- : Peroxisome proliferator-activated receptor-gamma
STAT 1 : Signal transducer and activation of transcription
TNF-α : Tumour necrosis factor-alpha
ix
DAFTAR ISTILAH
Afinitas : Kecenderungan suatu senyawa untuk membentuk
ikatan kimia dengan senyawa lain.
Apoptosis : Kematian sel yang diprogram dalam urutan
kejadian yang mengarah pada penghapusan sel
tanpa melepaskan zat berbahaya ke daerah
sekitarnya
Docking Molecular : Metode yang dapat memprediksi interaksi antara protein dengan ligan secara molekuler
Glukoneogenesis : Pembentukan glukosa dari senyawa
non-karbohidrat, seperti asam laktat dan beberapa asam
amino
Hiperglikemi : Keadaan dimana kadar gula darah lebih tinggi dari
nilai normal
In Silico : Pemodelan virtual menggunakan komputer
In vitro : Penelitian yang tidak menggunakan organisme
hidup yang utuh, melainkan menggunakan media
kultur dalam kondisi terkontrol
In vivo : Penelitian yang menggunakan keseluruhan
organisme hidup sebagai subjek
Insufisiensi : Ketidakmampuan menjalankan fungsinya dengan
x
Insulitis : Infiltrasi selular pulau Langerhans yang
menyebabkan peradangan
Monoasilasi : Penggantian atom Hidrogen pada senyawa organik
dengan satu gugus asil
Prevalensi : Jumlah keseluruhan kasus dalam populasi yang
menderita penyakit pada waktu tertentu
Proinflamasi : Memicu terjadinya inflamasi
Sitokin : Protein yang dihasilkan oleh sel-sel untuk
mempengaruhi sel lain
Stres oksidatif : Suatu keadaan dimana jumlah radikal bebas di
dalam tubuh melebihi kemampuan tubuh untuk
xi
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 4.1 Hasil docking molecular antara Native Ligand dengan Protein
IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAKIL-1, JAKβ, dan caspase 3... 22 Tabel 4.2 Hasil docking molecular antara cyanidin dan peonidin
monoasilasi dengan protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAK2, dan Caspase 3... 25 Tabel 4.3 Energi ikatan antara cyanidin dan peonidin dengan protein IL-1 ,
xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Ubi Ungu 7
Gambar 2.2 Struktur Molekul Cyanidin dan Peonidin Monoasilasi 9 Gambar 2.3 Jalur Induksi Apoptosis Sel Beta Pankreas 13 Gambar 4.1 Struktur Cyanidin monoasilasi setelah dilakukan kalkulasi
Single Point dan Geometry Optimization 23 Gambar 4.2 Struktur Peonidin monoasilasi setelah dilakukan kalkulasi
Single Point dan Geometry Optimization 24 Gambar 4.3 Struktur Cyanidin setelah dilakukan kalkulasi Single Point dan
Geometry Optimization 27 Gambar 4.4 Struktur Peonidin setelah dilakukan kalkulasi Single Point dan
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Skema Umum Penelitian 33
Lampiran 2. Visualisasi interaksi yang terjadi antara cyanidin dan peonidin
dengan protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan
xiv ABSTRAK
Ubi ungu (Ipomoea batatas L.) banyak mengandung antosianin, terutama cyanidin dan peonidin. Cyanidin dan peonidin monoasilasi adalah antosianin mayor pada Ubi ungu dan memiliki stabilitas lebih baik di lingkungan. Protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan caspase 3 merupakan protein yang berperan dalam kematian sel beta pankreas. Penghambatan aktivitas protein tersebut mampu melindungi sel beta pankreas dari stres oksidatif yang menyebabkan kematian sel. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui mekanisme molekuler dan afinitas cyanidin dan peonidin monoasilasi dari Ubi ungu terhadap protein target dalam memproteksi sel beta pankreas. Metode in silico dengan
docking molecular dilakukan menggunakan beberapa software.
Analisis data dilakukan dengan membandingkan energi ikatan antara antosianin dengan native ligand. Energi ikatan cyanidin dan peonidin monoasilasi dengan protein target bernilai positif, sehingga diketahui bahwa tidak terbentuk ikatan antara ligan dengan protein target. Berdasarkan data bioavailabiliatas antosianin dari Ubi ungu, gugus asil dan gula pada antosianin monoasilasi akan mengalami hidrolis is menjadi bentuk aglikon antosianin. Oleh karena itu, dilakukan juga docking aglikon cyanidin dan peonidin terhadap protein target. Energi ikatan aglikon cyanidin dan peonidin dengan protein target bernilai negatif, yaitu berkisar antara -8,42 sampai -3,8 kkal/mol dan -8,43 sampai -3,37 kkal/mol. Hal tersebut menunjukan bahwa terdapat ikatan antara ligan dengan protein target. Hasil docking molecular menunjukkan bahwa cyanidin dan peonidin
monoasilasi tidak berpotensi dalam memproteksi sel beta pankreas karena tidak dapat berikatan dengan protein target. Namun, aglikon cyanidin dan peonidin
memiliki potensi dalam memproteksi sel beta pankreas karena mampu berikatan dengan protein target.
xv ABSTRACT
Purple sweet potato (Ipomoea batatas L.) contains anthocyanins, namely cyanidin and peonidin. Cyanidin and peonidin monoacylated is the major anthocyanin in purple sweet potato and have better stability in the environment. IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, and caspase 3 are protein that plays a role in the death of pancreatic beta cells. Inhibition of the activity of these proteins are able to protect beta cells from oxidative stress that leads to cell death. This study was conducted to determine the molecular mechanisms and affinity of cyanidin and peonidin monoacylated towards the target protein in protecting pancreatic beta cells. In silico methods with docking molecular was performed using several software.
Data analysis is done by comparing the binding energy between the native ligand and anthocyanins. Binding energy of cyanidin and peonidin monoacylated with the target protein is positive, so it can be said that no bonds are formed between the ligand to the target protein. Based on data bioavailability of anthocyanins from purple sweet potato, acyl and sugar group on anthocyanin monoacylated will undergo hydrolysis to the aglycone form of anthocyanins. Therefore, do also docking aglycones cyanidin and peonidin against the target protein. Binding energy of aglycones cyanidin and peonidin with the target protein is negative, ranging from -8,42 to -3,8 kcal/mol and -8,43 to -3,37 kcal/mol. It shows that there is a bond between a ligand to the target protein.
Molecular docking results showed that cyanidin and peonidin monoacylated has no potential in protecting pancreatic beta cells because it can not bind to the target protein. However, aglycones cyanidin and peonidin has the potential to protect pancreatic beta cells because it can bind to the target protein.
Keywords: anthocyanin, purple sweet potato, diabetes mellitus, pancreatic beta cell, docking molecular
i
SIMULASI IN SILICO PROTEKSI SEL BETA
PANKREAS OLEH ANTOSIANIN MONOASILASI
DARI UBI UNGU (Ipomoea batatas L.)
Skripsi
NI LUH KOMANG NOVIA PARAMITA 1208505027
JURUSAN FARMASI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA
iii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir I yang berjudul “Simulasi In Silico Proteksi Sel Beta Pankreas oleh Antosianin Monoasilasi dari Ubi Ungu (Ipomoea Batatas L.)” tepat pada waktunya.
Penyusunan tugas akhir I ini tidak terlepas dari dukungan, saran, dan bimbingan dari berbagai pihak. Maka dari itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Drs. Ida Bagus Made Suaskara, M.Si., selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana.
2. Ni Made Pitri Susanti, S.Farm., M.Si., Apt. selaku Ketua Jurusan Farmasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana.
3. Ni Putu Linda Laksmiani, S.Farm., M.Sc., Apt. selaku dosen pembimbing I yang dengan penuh perhatian dan kesabaran telah memberikan motivasi, semangat, bimbingan, dan saran selama penyusunan skripsi ini.
4. Ni Made Pitri Susanti, S.Farm., M.Si., Apt. selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan motivasi, semangat, bimbingan, dan saran selama penyusunan skripsi ini.
5. Dr. Sagung Chandra Yowani, S.Si., M.Si., Apt. selaku dosen pembimbing akademik selama penulis mengikuti pendidikan di Jurusan Farmasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana.
6. Seluruh dosen dan staf pegawai di Jurusan Farmasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana yang telah mendukung penulis selama penyusunan skripsi ini.
iv
semangat yang telah diberikan baik moral maupun material dalam penyusunan skripsi ini.
8. Sahabat “Tanpo”, Tantri, Budi, Saput, Lina, Meci, Anggi, Widya, dan Linda yang telah banyak membantu dan memberikan semangat dalam penyusunan skripsi ini.
9. Teman-teman seperjuangan Docking, Ayu Sandra dan Mitsue Oka, serta Gus Pur yang telah membantu dan saling mendukung dalam penyusunan skripsi ini.
10.Keluarga besar Dioscuri Hygeia yang telah banyak membantu dan memberikan semangat dalam penyusunan skripsi ini.
11.I Made Novi Dharma Jaya yang selalu memberikan masukan, semangat dan motivasi dalam penyusunan skripsi ini, serta Kayla yang selalu menjadi semangat penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
12.Semua pihak yang terlibat dan telah membantu penulis dalam penyusunan skripsi ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. Penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini masih belum sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat membangun sehingga di masa yang akan datang dapat menjadi lebih baik. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang memerlukan.
Bukit Jimbaran, 1 September 2016
v
DAFTAR SINGKATAN vii
DAFTAR ISTILAH viii
1.3 Tujuan Penelitian 6
1.4 Manfaat Penelitian 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tanaman Ubi Ungu 7
2.2 Antosianin pada Ubi Ungu 8
vi
2.4 Sel Beta Pankreas 12
2.5 Docking Molecular 13 BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Rancangan Penelitian 16
3.2 Lokasi dan Waktu Penelitian 16
3.3 Bahan Penelitian 16
3.4 Alat Penelitian 17
3.5 Prosedur Penelitian
3.5.1 Preparasi Protein 17
3.5.2 Validasi Metode Docking Molecular 17 3.5.3 Optimasi Molekul Cyanidin dan Peonidin
Monoasilasi 3 Dimensi 18
3.5.4 DockingCyanidin dan Peonidin Monoasilasi pada Protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ,
dan caspase 3 18
3.5.5 Analisis Data 18
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Preparasi Struktur 3D Protein 20
4.2 Validasi Metode Docking Molecular 21
4.3 Preparasi dan Optimasi Struktur 3 Dimensi Cyanidin dan
Peonidin Monoasilasi 22 4.4 DockingCyanidin dan Peonidin Monoasilasipada Protein
vii
4.5 Analisis Data 26
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 30
5.2 Saran 30
DAFTAR PUSTAKA 31
viii
DAFTAR SINGKATAN
FFA : Free fatty acid
GD2PP : Gula darah 2 jam post prandial
GDP : Gula darah puasa
IFN- : Interferon-gamma
IL-1 : Interleukin-1 Beta
iNOS : Inducible nitric oxide synthase
IκB : Inhibitor of kappa B
IκK : Inhibitor of kappa B kinase
JAK : Janus kinase
MAPK : Mitogen-activated protein kinase
NF-κB : Nuclear factor-kappa B
NO : Nitric oxide
PPAR- : Peroxisome proliferator-activated receptor-gamma
STAT 1 : Signal transducer and activation of transcription
TNF-α : Tumour necrosis factor-alpha
ix
DAFTAR ISTILAH
Afinitas : Kecenderungan suatu senyawa untuk membentuk
ikatan kimia dengan senyawa lain.
Apoptosis : Kematian sel yang diprogram dalam urutan
kejadian yang mengarah pada penghapusan sel
tanpa melepaskan zat berbahaya ke daerah
sekitarnya
Docking Molecular : Metode yang dapat memprediksi interaksi antara protein dengan ligan secara molekuler
Glukoneogenesis : Pembentukan glukosa dari senyawa
non-karbohidrat, seperti asam laktat dan beberapa asam
amino
Hiperglikemi : Keadaan dimana kadar gula darah lebih tinggi dari
nilai normal
In Silico : Pemodelan virtual menggunakan komputer
In vitro : Penelitian yang tidak menggunakan organisme
hidup yang utuh, melainkan menggunakan media
kultur dalam kondisi terkontrol
In vivo : Penelitian yang menggunakan keseluruhan
organisme hidup sebagai subjek
Insufisiensi : Ketidakmampuan menjalankan fungsinya dengan
x
Insulitis : Infiltrasi selular pulau Langerhans yang
menyebabkan peradangan
Monoasilasi : Penggantian atom Hidrogen pada senyawa organik
dengan satu gugus asil
Prevalensi : Jumlah keseluruhan kasus dalam populasi yang
menderita penyakit pada waktu tertentu
Proinflamasi : Memicu terjadinya inflamasi
Sitokin : Protein yang dihasilkan oleh sel-sel untuk
mempengaruhi sel lain
Stres oksidatif : Suatu keadaan dimana jumlah radikal bebas di
dalam tubuh melebihi kemampuan tubuh untuk
xi
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 4.1 Hasil docking molecular antara Native Ligand dengan Protein
IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAKIL-1, JAKβ, dan caspase 3... 22 Tabel 4.2 Hasil docking molecular antara cyanidin dan peonidin
monoasilasi dengan protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAK2, dan Caspase 3... 25 Tabel 4.3 Energi ikatan antara cyanidin dan peonidin dengan protein IL-1 ,
xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Ubi Ungu 7
Gambar 2.2 Struktur Molekul Cyanidin dan Peonidin Monoasilasi 9 Gambar 2.3 Jalur Induksi Apoptosis Sel Beta Pankreas 13 Gambar 4.1 Struktur Cyanidin monoasilasi setelah dilakukan kalkulasi
Single Point dan Geometry Optimization 23 Gambar 4.2 Struktur Peonidin monoasilasi setelah dilakukan kalkulasi
Single Point dan Geometry Optimization 24 Gambar 4.3 Struktur Cyanidin setelah dilakukan kalkulasi Single Point dan
Geometry Optimization 27 Gambar 4.4 Struktur Peonidin setelah dilakukan kalkulasi Single Point dan
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Skema Umum Penelitian 33
Lampiran 2. Visualisasi interaksi yang terjadi antara cyanidin dan peonidin
dengan protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan
xiv ABSTRAK
Ubi ungu (Ipomoea batatas L.) banyak mengandung antosianin, terutama cyanidin dan peonidin. Cyanidin dan peonidin monoasilasi adalah antosianin mayor pada Ubi ungu dan memiliki stabilitas lebih baik di lingkungan. Protein IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, dan caspase 3 merupakan protein yang berperan dalam kematian sel beta pankreas. Penghambatan aktivitas protein tersebut mampu melindungi sel beta pankreas dari stres oksidatif yang menyebabkan kematian sel. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui mekanisme molekuler dan afinitas cyanidin dan peonidin monoasilasi dari Ubi ungu terhadap protein target dalam memproteksi sel beta pankreas. Metode in silico dengan
docking molecular dilakukan menggunakan beberapa software.
Analisis data dilakukan dengan membandingkan energi ikatan antara antosianin dengan native ligand. Energi ikatan cyanidin dan peonidin monoasilasi dengan protein target bernilai positif, sehingga diketahui bahwa tidak terbentuk ikatan antara ligan dengan protein target. Berdasarkan data bioavailabiliatas antosianin dari Ubi ungu, gugus asil dan gula pada antosianin monoasilasi akan mengalami hidrolis is menjadi bentuk aglikon antosianin. Oleh karena itu, dilakukan juga docking aglikon cyanidin dan peonidin terhadap protein target. Energi ikatan aglikon cyanidin dan peonidin dengan protein target bernilai negatif, yaitu berkisar antara -8,42 sampai -3,8 kkal/mol dan -8,43 sampai -3,37 kkal/mol. Hal tersebut menunjukan bahwa terdapat ikatan antara ligan dengan protein target. Hasil docking molecular menunjukkan bahwa cyanidin dan peonidin
monoasilasi tidak berpotensi dalam memproteksi sel beta pankreas karena tidak dapat berikatan dengan protein target. Namun, aglikon cyanidin dan peonidin
memiliki potensi dalam memproteksi sel beta pankreas karena mampu berikatan dengan protein target.
xv ABSTRACT
Purple sweet potato (Ipomoea batatas L.) contains anthocyanins, namely cyanidin and peonidin. Cyanidin and peonidin monoacylated is the major anthocyanin in purple sweet potato and have better stability in the environment. IL-1 , TNF-α, IFN , IκK, JAK1, JAKβ, and caspase 3 are protein that plays a role in the death of pancreatic beta cells. Inhibition of the activity of these proteins are able to protect beta cells from oxidative stress that leads to cell death. This study was conducted to determine the molecular mechanisms and affinity of cyanidin and peonidin monoacylated towards the target protein in protecting pancreatic beta cells. In silico methods with docking molecular was performed using several software.
Data analysis is done by comparing the binding energy between the native ligand and anthocyanins. Binding energy of cyanidin and peonidin monoacylated with the target protein is positive, so it can be said that no bonds are formed between the ligand to the target protein. Based on data bioavailability of anthocyanins from purple sweet potato, acyl and sugar group on anthocyanin monoacylated will undergo hydrolysis to the aglycone form of anthocyanins. Therefore, do also docking aglycones cyanidin and peonidin against the target protein. Binding energy of aglycones cyanidin and peonidin with the target protein is negative, ranging from -8,42 to -3,8 kcal/mol and -8,43 to -3,37 kcal/mol. It shows that there is a bond between a ligand to the target protein.
Molecular docking results showed that cyanidin and peonidin monoacylated has no potential in protecting pancreatic beta cells because it can not bind to the target protein. However, aglycones cyanidin and peonidin has the potential to protect pancreatic beta cells because it can bind to the target protein.
Keywords: anthocyanin, purple sweet potato, diabetes mellitus, pancreatic beta cell, docking molecular
