DOCKING MOLECULAR ANTI ATEROSKLEROSIS ANDROGRAFOLID DARI SAMBILOTO (ANDROGRAPHIS PANICULATA (BURM.F) NESS) SECARA IN SILICO

(1)

DOCKING MOLECULAR ANTI ATEROSKLEROSIS

ANDROGRAFOLID DARI SAMBILOTO

(ANDROGRAPHIS PANICULATA (BURM.F) NESS)

SECARA IN SILICO

SKRIPSI

PUTU EKA AYU SUNARIYANI 1108505046

JURUSAN FARMASI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA

(2)

Lembar

Pengesahan

D O

CKING

MOLE CITLA.N

_ANTI

_{ATEROSKLEROSIS}

ANDROGRAFOLID DARI SAMBILOTO

(AND

RO G RA

PH

I

S

PANI CULATA

_(BURM.tr')

_NESS)

SECARA

IN

SILrcO

SKRIPSI

skripsi ini diaiukansebagai _{syarat untuk}_{mcmperoleh gelar sarjana farmasi}

(S. Farm)

di Jurusan Farmasi Fakultas Matematika dan Ilmu rerg"6uoa, Atam universitas udayana

Oleh

PUTU _{EKA AYU SUNARIYAM} 1108505046

Menyetujui:

Jurusan Farmasi

ll NIP. 1 98302 ,320A6A 420A2

Pembimbing

II

NrP. 198509012008122003

IImu Pengetahuan _Alam

(3)

iii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, Ida Sang Hyang Widhi Wasa, karena berkat rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan Skripsi yang berjudul “DOCKING MOLECULAR ANTI ATEROSKLEROSIS

ANDROGRAFOLID DARI SAMBILOTO (ANDROGRAPHIS

PANICULATA (BURM. F) NESS) SECARA IN SILICO”. Skripsi ini diajukan

sebagai syarat untuk memperoleh gelar sarjana farmasi (S. Farm) di Jurusan Farmasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana.

Penulisan Skripsi ini tentunya tidak terlepas dari dukungan dan bantuan berbagai pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih kepada:

1. Tuhan Yang Maha Esa atas segala kekuatan yang diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan Skripsi ini.

2. Ir. A. A. Gde Raka Dalem, M.Sc (Hons), selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana.

3. Dr. rer. nat. I Made Agus Gelgel Wirasuta, M.Si., Apt., selaku Ketua Jurusan Farmasi Fakultas MIPA Universitas Udayana.

4. Ni Made Pitri Susanti, S. Farm., M. Si., Apt., selaku dosen pembimbing I yang telah membantu dalam membimbing serta tak hentinya memberikan semangat dan dukungan hingga akhir penyusunan Skripsi ini.

5. Ni Putu Linda Laksmiani, S. Farm., MSc., Apt., selaku dosen pembimbing II yang juga telah membimbing demi kelancaran penyusunan Skripsi ini.

(4)

iv

6. Seluruh dosen pengajar beserta staf/pegawai di Jurusan Farmasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana yang telah membantu penulis, terutama para staf yang telah membantu dalam hal pengurusan surat dan kelengkapan administratif lainnya.

7. Kedua orang tua penulis, I Made Dosen dan Ni Ayu Artini yang tak pernah henti memberikan dukungan, doa dan semangat.

8. Saudara penulis (I Made Agus Ari Dwipayana) beserta keluarga besar, sahabat (Dewinta, Mentari, Inten, Krisna, Riani, Maitri, Yuni), dan kekasih (Edik Mertayasa) tersayang yang selalu mendukung dan memberikan semangat bagi penulis.

9. Tim Analisis Forensik Dayu Chandra, Krisnantara, Waisnawa, Yuni, Yogi, Evi, Risma, Suparwata dan Ratu yang telah menjadi teman diskusi dan berbagi suka duka selama pembuatan Skripsi.

10. Teman-teman mahasiswa Jurusan Farmasi Fakultas MIPA Universitas Udayana, khususnya Lumiere Onze Vauquelin yang telah berjuang bersama penulis.

11. Semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu.

Penulis sepenuhnya menyadari bahwa penulisan Skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari semua pihak demi karya yang lebih baik di masa yang akan datang. Semoga Skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.

Bukit - Jimbaran, Juni 2015

(5)

v

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL... i

LEMBAR PENGESAHAN... ii

KATA PENGANTAR... iii

DAFTAR ISI... v

DAFTAR SINGKATAN... viii

DAFTAR ISTILAH... x

DAFTAR TABEL... xiii

DAFTAR GAMBAR... xiv

DAFTAR LAMPIRAN... xv ABSTRAK... xvi ABSTRACT... . xvii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 5 1.3 Tujuan Penelitian... 5 1.4 Manfaat Penelitian... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Aterosklerosis... 6

2.1.1 Jalur MAPK (mitogen-activated potein kinase)... 8

(6)

vi

2.2 Sambiloto... 11

2.3 Andrografolid... 11

2.4 Docking Molecular... 13

BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Rancangan Penelitian... 15

3.2 Lokasi dan Waktu Penelitian... 15

3.3 Bahan Penelitian... 16

3.4 Alat Penelitian... 16

3.5 Prosedur Penelitian... 16

3.5.1 Preparasi Protein... 17

3.5.2 Optimasi Andrgrafolid 3D... 17

3.5.3 Validasi Metode Docking Molecular... 18

3.5.4 Docking Andrografolid pada ERK1, ERK2, JNK1, JNK2, p38MAPK dan IκK... 18

3.5.5 Analisis Data... 18

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Preparasi protein... 20

4.2 Validasi Metode Docking Molecular... 22

4.3 Optimasi Struktur 3D Andrografolid... 27

4.4 Docking Andrografolid pada ERK1, ERK2, JNK1, JNK2, p38MAPK dan IκK... 29

4.5 Analisis Data... 31 BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN

(7)

vii

5.1 Kesimpulan... 39

5.2 Saran... 39

DAFTAR PUSTAKA... 40

(8)

viii

DAFTAR SINGKATAN

AP-1 : Apoprotein-1

ATF-2 : Activating Transcription Factor 2

ECs : Endothel cells

ERK : Extracellular signal-regulated kinase

FC : Free cholesterol

GLUT-4 : Glukosa transporter-4

ICAM-1 : Intercellular Adhesion Molecule 1

Iκß : I Kappa Beta

IκK : I Kappa Kinase

IL-1 : Interleukin 1

IL-1α : Interleukin 1 alpha

IL-1ß : Interleukin 1 beta

IL-1ra : Interleukin-1 receptor antagonist

INF/IFN-γ : Interferon gamma

JNK : Jun N-terminal kinase

κß : Kappa Beta

LDL : Low density lipoprotein

(9)

ix MKK3/4/6/7 : MAP kinase kinase 3/4/6/7

NF- κß : Nuclear factor-kappa-Beta

NO : Nitrat Oksida

SBDD : Structure-based drug design

STZ : Streptosotozin

TGF-ß : Transforming Growth Factors- Beta

TNF-a : Tumor Necrosis Factor-alpha

(10)

x

DAFTAR ISTILAH

Afinitas : kecenderungan suatu unsur atau senyawa untuk membentuk

ikatan kimia dengan unsur atau senyawa lain

Agen infeksi : organisme hidup atau pertikel yang menyebabkan penyakit menular

Agregrasi : berkumpulnya atau bergabungnya bagian-bagian yang terpisah

Apoptosis : suatu bentuk kematian sel yang diprogram dalam urutan

kejadian yang mengarah pada penghapusan sel tanpa melepaskan zat berbahaya ke daerah sekitarnya

Diferensiasi : suatu perubahan sel dimana sel yang telah mencapai volume pertumbuhan akhir menjadi terspesialisasi sesuai fungsinya menghasilkan jenis jaringan, organ atau organisme baru

Docking : metode yang dapat memprediksi interaksi antar molekul

Edema : pembengkakan yang disebabkan oleh terkumpulnya cairan -

cairan berlebihan yang terperangkap pada jaringan tubuh Fosfo akseptor : penerima gugus fosfat pada fosforilasi

Fosforilasi : penambahan gugus fosfat pada suatu protein atau molekul

organik lain

Hiperglikemia : keadaan dimana kadar gula dalam darah lebih tinggi dari nilai normal

Hipertensi : keadaan seseorang apabila mempunyai tekanan sistolik sama

(11)

xi

sama dengan atau lebih tinggi dari 90 mmHg secara konsisten dalam beberapa waktu

Homosistein : asam amino (bagian terkecil dari protein) yang merupakan

produk antara dalam siklus metionin menjadi sistein

Homeostasis : suatu kondisi keseimbangan internal yang ideal, di mana semua sistem tubuh bekerja dan berinteraksi dalam cara yang tepat untuk memenuhi semua kebutuhan dari tubuh

Inflamasi : peradangan

In silico : pemodelan virtual komputer

Intraperitoneal : injeksi suatu zat ke dalam peritoneum (rongga tubuh)

Invasi :proses masuknya senyawa asing ke dalam sel inang/jaringan dan

menyebar ke seluruh tubuh

Kardiovaskuler : sistem yang terdiri dari jantung dan pembuluh darah

Konformasi : suatu penataan ruang tertentu dari atom – atom dalam molekul

Lesi : jaringan yang fungsinya terganggu karena penyakit atau cedera

Ligan : suatu molekul yang berikatan pada reseptor

Lipoprotein : partikel yang terdiri dari lipid dan protein yang memungkinan

lipid melalui aliran darah

Makrofag : sebuah sel fagosit besar seri mononuklear yang ditemukan

dalam jaringan

Molekul : sekelompok atom (paling sedikit dua) yang saling berikatan

dengan sangat kuat (kovalen) dalam susunan tertentu dan bermuatan netral serta cukup stabil

(12)

xii

Monosit : jenis leukosit atau sel darah putih yang berperan dalam fungsi

sistem kekebalan tubuh

Mortalitas : ukuran jumlah kematian pada suatu populasi

Obesitas : suatu keadaan dimana berat badan tubuh melebihi 25% indeks

massa tubuh

Permeabilitas : suatu sifat atau kemampuan dari suatu membran untuk dapat dilewati oleh suatu zat

Proinflamasi : memicu terjadinya peradangan

Proliferasi : pertumbuhan atau berkembangbiakan pesat untuk menghasilkan

jaringan baru, bagian, sel, atau keturunan

Radikal bebas : atom atau molekul bermuatan listrik atau netral yang memiliki satu atau lebih elektron yang tidak berpasangan di orbital terluar mereka

Reseptor : penerima molekul yang akan diikatkan

Sitokin : protein yang dibuat oleh sel-sel yang mempengaruhi perilaku

sel-sel lain

Transkripsi : proses sintesis RNA dengan menggunakan DNA sebagai

(13)

xiii

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 3.1. Jadwal Kegiatan Penelitian ... 16 Tabel 4.1. Interaksi yang terjadi antara native ligand dengan protein

ERK1, ERK2, JNK1, JNK2, p38MAPK, IκK ... 27

Tabel 4.2. Interaksi antara protein ERK1, ERK2, JNK1, JNK2, p38MAPK dan IκK dengan andrografolid ... 30 Tabel 4.3. Perbandingan interaksi yang terjadi antara protein dengan native

ligand dan andrografolid ... 35 Tabel 4.4. Nilai energi ikatan native ligand, andrografolid, aspirin,

indometasin, dexametason, dan prednisolon terhadap protein

ERK1, ERK2, JNK1, JNK2, p38MAPK dan IκK ... 37

Tabel 4.5. Interaksi yang terjadi antara protein dengan native ligand,

andrografolid aspirin, indometasin, dexametason, dan

prednisolon terhadap protein ERK1, ERK2, JNK1, JNK2, p38MAPK dan IκK ... 37

(14)

xiv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Skema proses terjadinya Aterosklerosis ... 7

Gambar 2.2. Jalur Sinyal Inflamasi Sitokin ... 10 Gambar 2.3. Struktur Andrografolid ... 12 Gambar 4.1. Interaksi yang terjadi antara Protein ERK1 vs ligan DHC (A),

Protein ERK2 vs E75(B), Protein JNK1 vs GS7(C), Protein JNK2 vs B96(D) Protein p38MAPK vs 094(E), dan Protein IΚK vs BLZ(F) ... 26 Gambar 4.2. Struktur 3D andrografolid dengan kalkulasi single point (A)

dan geometri optimasi (B) ... 28 Gambar 4.3. Visualisasi interaksi yang terjadi antara andrografolid dengan

protein ERK1 (A), ERK2 (B), JNK1 (C), JNK2 (D), p38MAPK (E), dan IκK (F) ... 31 Gambar 4.4. Grafik perbandingan nilai energi Ikatan Andrografolid dengan

Native Ligand pada protein ERK1, ERK2, JNK1, JNK2,

p38MAPK dan IκK ... 32

Gambar 4.5. Grafik Perbandingan Energi Ikatan Native Ligand,

Andrografolid, Aspirin, Indometasin, Dexametason dan Prednisolon ... 36

(15)

xv

LAMPIRAN

Halaman Lampiran 1. Protein, rantai protein dan native ligand dari protein ERK1/2,

JNK1/2, p38MAPK dan IκK ... 45

Lampiran 2. Nilai RMSD, energi ikatan dan ikatan hidrogen antara protein ERK1/2, JNK1/2, p38MAPK dan IκK dengan native ligand .. 47

Lampiran 3. Hasil docking protein ERK1, ERK2, JNK1, JNK2, p38MAPK dan IκK dengan andrografolid ... 49

Lampiran 4. Prosedur penelitian ... 51

Lampiran 5. Preparasi Protein... 52

(16)

xvi

ABSTRAK

Aterosklerosis merupakan penyakit akibat respon inflamasi kronis pada sel endotel yang cedera. Kerusakan sel endotel akan mengaktifkan jalur nuclear

factor-κappa Beta (NF-κß) and mitogen-activated protein kinase (MAPK). Jalur

MAPK terdiri ERK, JNK dan p38MAPK, sedangkan jalur NF-κß terdiri dari IκK dan NF-κß. Sambiloto (Andrographis paniculata) memiliki kandungan kimia andrografolid mampu menghambat agregasi platelet pada ERK1 dan ERK2.

Docking secara in silico merupakan teknik kimia komputasi yang aman, bebas

dari limbah bahan kimia, efisien dan secara fisik lebih dekat dengan farmakodinamik manusia. Sehingga dilakukan penelitian docking molecular anti aterosklerosis andrografolid dari sambiloto (Andrographis paniculata) secara in

silico terhadap protein ERK1, ERK2, JNK1, JNK2, p38MAPK dan IκK untuk

mengetahui mekanisme andrografolid mencegah pembentukan plak di pembuluh darah pada aterosklerosis.

Penelitian dilakukan secara eksploratif dengan tahapan penyiapan database protein dan struktur 3D andrografolid, preparasi protein, validasi metode docking

molecular dengan RMSD 1-3Å, optimasi struktur 3D andrografolid, docking molecular andrografolid terhadap protein ERK1, ERK2, JNK1, JNK2, p38MAPK

dan IκK dengan parameter energi ikatan. Semakin rendah energi ikatan, maka ikatan antara andrografolid dengan protein semakin kuat dan stabil.

Hasil penelitian menyatakan bahwa andrografolid memiliki mekanisme sebagai antiinflamasi karena mampu menghambat protein ERK1, ERK2, JNK1, JNK2, p38MAPK dan IκK dengan nilai energi ikatan 6,42; 7,35; 7,94; 7,61; -7,7 dan -8,47 kkal/mol. Sehingga andrografolid dapat mencegah pembentukan plak di pembuluh darah pada aterosklerosis.

(17)

xvii

ABSTRACT

Atherosclerosis is a disease caused by a chronic inflammatory response in endothelial cells injury. Endothelial cell damage pathway activates nuclear factor-κappa Beta (NF-κß) and mitogen-activated protein kinase (MAPK). MAPK pathway consists of ERK, JNK and p38MAPK. NF-κß pathway consists of IκK and NF-κß. Sambiloto (Andrographis paniculata) is a plant that contains andrographolide are able to inhibit platelet aggregation by inhibiting ERK1 and ERK2. In silico docking is computational chemistry techniques safe, free of chemical waste, efficient, and as well as physically closer to human pharmacodynamics. So do molecular docking studies of anti atherosclerosis andrographolide in silico against the protein ERK1, ERK2, JNK1, JNK2, p38MAPK and IκK to know andrografolid mechanism prevents the formation of plaques in blood vessels in atherosclerosis.

Research conducted exploratory stages of preparation of a database with the 3D structure of proteins and andrografolid, protein preparation, validation of molecular docking method with rmsd 1-3Å, andrographolide 3D structure optimization, molecular docking andrographolide against the protein ERK1, ERK2, JNK1, JNK2, p38MAPK and IκK with parameters bond energy. The lower of bond energy, the bond between the protein andrographolide getting stronger and stable.

The study states that andrografolid have anti inflammatory mechanism of being able to inhibit the protein ERK1, ERK2, JNK1, JNK2, p38MAPK and IκK with an bond energy is -6.42; -7.35; -7.94; -7.61; -7.7 and -8.47 kcal/mol. So andrographolide can prevent the formation of plaques in blood vessels in atherosclerosis.