DISERTASI. Oleh : MURNIATY SIMORANGKIR /KIM

ISOLASI DAN ELUSIDASI STRUKTUR KIMIA SENYAWA ALKALOIDA DARI BUAH RANTI HITAM

(Solanum blumei Nees ex Blume) YANG BERSIFAT ANTI KANKER

DISERTASI

Oleh :

MURNIATY SIMORANGKIR 118103007/KIM

PROGRAM DOKTOR ILMU KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2015

ISOLASI DAN ELUSIDASI STRUKTUR KIMIA SENYAWA

ALKALOIDA DARI BUAH RANTI HITAM (Solanum blumei Nees ex Blume) YANG

BERSIFAT ANTI KANKER

DISERTASI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor dalam Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Universitas Sumatera Utara

Oleh

MURNIATY SIMORANGKIR 118103007/KIM

PROGRAM DOKTOR ILMU KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2015

Telah diuji dan dinyatakan lulus pada Tanggal : 09 Juli 2015

Panitia Penguji :

Ketua Komisi Penguji :

Prof. Dr. Tonel Barus Guru Besar Kimia Bahan Alam

Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara Anggota Komisi Penguji :

1. Prof. (ris) Dr. Partomuan Simanjuntak, MSc Ahli Peneliti Utama, Kimia Bahan Alam, Puslit Bioteknologi Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Cibinong

2. Dr. H. Ribu Surbakti, MS

Lektor Kepala Biokimia Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara

3. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D Guru Besar Kimia Polimer Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara

4. Dr. Hamonangan Nainggolan, MSc Lektor Kepala Kimia Anorganik

Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara

5. Prof. Dr. Yunazar Manjang Guru Besar Kimia Bahan Alam

Fakultas MIPA Universitas Andalas

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

Sebagai civitas akademik Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan di bawah ini :

Nama : Murniaty simorangkir

NIM : 118103007

Program Studi : Doktor Ilmu Kimia Jenis Karya : Disertasi

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Ekslusif (Non-Exclusive Royalty) atas disertasi saya yang berjudul :

ISOLASI DAN ELUSIDASI STRUKTUR KIMIA SENYAWA ALKALOIDA

DARI BUAH RANTI HITAM (Solanum blumei Nees ex Blume) YANG BERSIFAT ANTI KANKER

Dengan Hak Bebas Royalty Non- Ekslusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalihkan media/formatkan, mengelola dalam bentuk

database, merawat dan mempublikasikan disertasi saya seraya tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan pemilik hak cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Medan, 09 Juli 2015

(Murniaty Simorangkir)

118103007

PERNYATAAN ORISINALITAS

ISOLASI DAN ELUSIDASI STRUKTUR KIMIA SENYAWA

ALKALOIDA DARI BUAH RANTI HITAM (Solanum blumei Nees ex Blume) YANG BERSIFAT ANTI KANKER

DISERTASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Disertasi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh Gelar Kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi dan sepanjang sepengetahuan saya tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali secara tertulis diacu dalam naskah dan disebut sumbernya dalam daftar pustaka.

Medan, 09 Juli 2015

(Murniaty Simorangkir)

118103007

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan pada tanggal 04 Mei 1959 di Medan, yang merupakan anak ke-enam dari delapan bersaudara dari ayah yang bernama St S.B. Simorangkir dan

ibuP.T.L.Tobing.

Penulis menjalani pendidikan Sekolah Dasar di SD Negeri I/31 Medan (1966-1971), pendidikan Sekolah Menengah Pertama di SMP Negeri 1 Medan (1972-1974).

Selanjutnya penulis melanjutkan pendidikan di Sekolah Menengah Farmasi Negeri Medan (1975-1977) dan melanjutkan pendidikan ke Perguruan Tinggi di Institut Keguruan Ilmu Pendidikan (IKIP) Medan, jurusan Kimia (1978-1983). Penulis melanjutkan pendidikan program pasca sarjana di Institut Pertanian Bogor pada Program Studi Biologi Sub Biokimia pada tahun (1990-1993). Selanjutnya pada tahun 2011 penulis mengikuti Program Doktor (S3) Ilmu Kimia pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara dan lulus pada tanggal 09 Juli 2015..

Penulis bekerja sebagai tenaga pengajar di IKIP Medan, Fakultas FPMIPA (sekarang Universitas Negeri Medan), Jurusan Ilmu Kimia mulai tahun 1984 dan sampai sekarang dengan jabatan Lektor Kepala.

Penulis menikah pada tahun 1987 dengan Drs. Antonius Sinaga, MS (alm) (Staf

pengajar di Jurusan Biologi Universitas Negeri Medan). Penulis dikaruniai oleh 4

orang anak yaitu Yomi Hanna Sinaga, S.Hut; Yesica Marcelina, STP; Jeremia

Hatoguan Sinaga dan Yani Sarah Sinaga.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala limpahan rahmat dan karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan disertasi yang berjudul “Isolasi dan Elusidasi Struktur Kimia Senyawa Alkaloida Dari Buah Ranti

Hitam (Solanum blumei Nees ex Blume) Yang Bersifat Anti Kanker”.

Penulis menyampaikan rasa hormat dan terimakasih serta penghargaan yang setinggi-tingginya kepada : Pejabat Rektor Universitas Sumatera Utara Prof.

Subhilhar,Ph.D yang telah memberikan kesempatan kepada saya untuk mengikuti

Program Studi Doktor Ilmu Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Sumatera Utara.

Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Dr. Sutarman, M.Sc, yang telah memberikan kesempatan dan kepercayaan kepada saya untuk menjadi peserta Program Studi Doktor Ilmu Kimia Angkatan 2011.

Ketua Program Studi Doktor Ilmu Kimia Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D, dan Sekretaris Program Studi Magister Ilmu Kimia Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc, dan staf pegawai Lely,ST yang telah memberikan bantuan untuk menyelesaikan perkuliahan dan disertasi pada Program Studi Doktor Ilmu Kimia.

Promotor Prof. Dr. Tonel Barus, Co-promotor Prof.(ris) Dr. Partomuan Simanjuntak, M.Sc., dan Dr.H. Ribu Surbakti,MS, yang dengan segala kesabaran memberikan bimbingan pemikiran dan motivasi dalam menyelesaikan disertasi ini.

Tim Penguji Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D, Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc dan Prof. Dr. Yunazar Manjang yang telah bersedia memberikan penilaian beserta saran-saran untuk perbaikan dan penyempurnaan disertasi ini.

Rektor Universitas Negeri Medan Prof. Dr. Syawal Gultom, Dekan Fakultas

MIPA Universitas Negeri Medan Prof. Motlan, M.Sc, Ph.D dan Ketua Jurusan Kimia

Agus Kembaren, MSi, yang telah memberikan izin kepada saya untuk mengikuti Program Studi Doktor Ilmu Kimia di Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara.

Kepala Laboratorium Kimia FMIPA Universitas Negeri Medan dan kepala Laboratorium Kimia Bahan Alam Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan izin melakukan penelitian.

Kepala Pusat Penelitian Bioteknologi LIPI Cibinong Dr. Witjaksono, M.Sc yang telah memberikan izin penelitian beserta staf di Laboratorium Kimia Bahan Alam, Puslit Bioteknologi LIPI Butanussalam, S.Si, M.Si, Fauzi Rahman,STP, dan Titi Parwati, S.Si yang telah banyak membantu selama melakukan penelitian.

Akhmad Darmawan, MSi, staf Laboratorium Kimia, Puslit Kimia, LIPI Serpong yang telah membantu selama melakukan penelitian.

Ermin Winarno, M.Sc, sataf PATIR-BATAN Jakarta atas bantuannya selama melakukan uji anti kanker sel leukemia.

Ketua Lembaga Penelitian Universitas Negeri Medan Prof.Manihar Situmorang, M.Sc, Ph.D dan Dirjen Dikti Kemendikbud yang telah memberikan Hibah Penelitian Disertasi Doktor dalam penyelesaian disertasi ini.

Staf Pengajar Program Pasca Sarjana Ilmu Kimia Universitas Sumatera Utara yang telah membantu penulis dalam penyelesaian Program Studi Doktor Kimia.

Teman Peserta Program Studi Doktor Kimia Universitas Sumatera Utara, khususnya Dr. Rudi Kartika, Indra Masmur, Binawati Ginting, Nurfajriani, Sajaratud Dur, Elvri Sitinjak, Budi, Ridwanto, S. Gultom dan teman lain yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu.

Keluarga Besar Sinaga dan Simorangkir serta saudaraku Ny. Nimrot Siregar SH

Tuti L. Tobing di Bogor yang telah banyak memberikan bantuan selama penelitian di

Cibinong.

Disertasi ini saya persembahkan kepada suami saya alm. Drs. Antonius Sinaga, MS yang semasa hidupnya mendorong saya untuk mengikuti Program Studi Doktor Ilmu Kimia, Fakultas MIPA di Universitas Sumatera Utara dan anak-anak saya tercinta Yomi Hanna Sinaga, S.Hut., Yesica Marcelina Sinaga, STP, Jeremia Hatoguan Sinaga dan Yani Sarah Sinaga yang terus memberikan semangat dan doa kepada saya untuk dapat menyelesaikan disertasi ini. Kepada Tuhan Yang Maha Esa penulis bermohon semoga kebaikan dan bantuan yang telah diberikan kepada penulis mendapatkan berkah dari Tuhan.

Harapan saya disertasi ini dapat bermanfaat dan memberikan sumbangan bagi perkembangan ilmu kimia.

Medan, 09 Juli 2015 Penulis,

Murniaty Simorangkir.

ISOLASI DAN ELUSIDASI STRUKTUR KIMIA SENYAWA ALKALOIDA DARI BUAH RANTI HITAM (Solanum blumei Nees ex Blume)

YANG BERSIFAT ANTI KANKER

ABSTRAK

Tanaman ranti hitam (Solanum blumei Nees ex Blume) merupakan salah satu spesies dari famili Solanaceae, banyak ditemukan di daerah Karo dan Dairi, Sumatera Utara, Indonesia. Secara tradisional S. blumei digunakan sebagai obat sakit pinggang, demam, sakit perut, sakit telinga dan anti peradangan. Kelompok tanaman Solanaceae diketahui banyak mengandung glikoalkaloid yang berpotensi sebagai anti kanker.

Penelitian ini bertujuan untuk mengisolasi dan menentukan struktur kimia senyawa alkaloid dari buah S. blumei yang bersifat anti kanker. Isolasi dilakukan dengan maserasi buah S. blumei dengan pelarut n-heksana, etil asetat dan etanol. Ekstrak etanol dilakukan uji anti kanker sel leukimia L

₁₂₁₀

, secara in vitro dengan metode Haemocytometer. Ekstrak etanol mempunyai nilai IC

50

sebesar 14,88 µg/mL < 20 µg/mL, kemudian dimurnikan dengan kromatografi kolom [(SiO

2

; (I) etil aseatat;

CHCl

₃

-MeOH (1:1); CHCl

₃

-MeOH-Air (5 : 5: 1), yang dilanjutkan dengan (II) CHCl

3

-MeOH (10:1 ~ 2:1), (III) CHCl

3

-MeOH (10:1) dan (IV) As.asetat : EtOH (1:30) secara isokratik] dan diperoleh senyawa kimia berbentuk serbuk putih amorf (313 mg). Hasil analisis spektra UV, FT-IR, NMR-1D (

¹

H-,

¹³

C- dan DEPT), NMR- 2D (COSY, HMQC dan HMBC) dan spektrum MS, senyawa isolat adalah glikosida steroid alkaloida β2-solanin [Solanid-5-ene-(1’→3)-β-D-galactopyranosyl-(1”→3’)- glucopyranoside] dengan rumus molekul C

39

H

63

NO

11

. Senyawa β2-solanin mempunyai aktivitas anti kanker terhadap sel leukimia L

₁₂₁₀

dengan IC

₅₀

sebesar 1,2738 µg/mL<4,0 µg/mL. ( Doxorubisin IC

50

sebesar 0,1540 µg/mL).

Kata Kunci : β2-solanin, glikoalkaloida, Solanum blumei Nees ex Blume, antikanker,

sel leukimia L

₁₂₁₀

, tanaman obat Indonesia.

ISOLATION AND ELUCIDATION STRUCTURE OF ALKALOID COMPOUND FROM FRUITS OF RANTI HITAM (Solanum blumei Nees ex Blume)

WHICH ARE ANTI CANCER

ABSTRACT

Ranti hitam plant (Solanum blumei Nees ex Blume ) is one species of the Solanaceae family, commonly found in the area Karo and Dairi, North Sumatera, Indonesia. Traditionally S. blumei used as pain medications, fever, abdominal pain, ear pain and anti-inflammatory. Solanaceae plants group known to contain many glikoalkaloid potential as anti cancer. This study aims to isolate and determine the chemical structure of alkaloid compounds from the fruits of S. blumei which are anti- cancer. Isolation made with macerated fruits of S. blumei with n-hexane, ethyl acetate and ethanol. The ethanol extract tested anti-cancer of L

1210

leukemia cells, in vitro by the method of Haemocytometer. The ethanol extract had IC

₅₀

value of 14.88 µg/mL < 20 µg/mL, and then purified by column chromatography [( SiO

2

; (I) ethyl aseatat ; CHCl

3

- MeOH (1 : 1); CHCl

3

- MeOH - water (5 : 5 : 1), followed by (II ) CHCl

₃

- MeOH = 10 : 1 ~ 2 : 1 , (III) CHCl

₃

- MeOH (10 : 1) and (IV) As.asetat : EtOH (1:30) in isocratic] and obtained chemical compound form an amorphous white powder (313 mg). Results of the analysis of UV spectra, FT - IR, NMR - 1D (

¹

H- ,

¹³

C- and DEPT), NMR -2D (COSY, HMQC and HMBC) and MS spectrum, isolate compound is steroidal glycoside alkaloid β2-solanine [Solanid-5-ene-(1'→3)- β-D-galactopyranosyl-(1'→3')-glucopyranoside] with the molecular formula C

39

H

63

NO

11

. β2-solanine compound has anti-cancer activity against L

1210

leukemia cells with IC

₅₀

of 1.2738 µg/mL < 4.0 µg/mL. (Doxorubicin IC

₅₀

of 0.1540 µg/mL) .

Keywords : β2-solanine, glikoalkaloid, Solanum blumei Nees ex Blume, anti-cancer,

leukemia L

1210

cells, medicinal plant in Indonesia .

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR i

ABSTRAK iv ABSTRACT v

DAFTRA ISI vi

DAFTAR GAMBAR viii

DAFTARTABEL xi DAFTAR LAMPIRAN xii

BAB 1. PENDAHULUAN 1

1.1. Latar Belakang Masalah 1

1.2. Rumusan Masalah 4

1.3. Tujuan Penelitian 5

1.4. Batasan Masalah 5

1.5. Manfaat Penelitian 6

1.6. Hipotesis Penelitian 6 1.7. Urgensi Penelitian 6

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 8 2.1. Ranti Hitam (Solanum blumei Nees ex Blume) 8 2.2. Uji Biaoaktivitas Bahan Alam 12 2.3. Kanker 18

2.4. Metode Pemisahan dan Pemurnian 54

2.5. Metode Penentuan Struktur 57 BAB 3. METODE PENELITIAN 61

3.1. Prinsip Kerja Penelitian 61

3.2.Tempat dan Waktu Penelitian 61

3.3. Bahan dan Peralatan 62

3.4. Prosedur Penelitian 63

3.4.1.Persiapan Sampel 63

3.4.2.Ekstraksi 63 3.4.3.Isolasi dan Pemurnian Senyawa 69

3.4.4.Uji Anti Kanker 71

3.4.5.Penentuan Struktur Kimia 72

3.4.6.Skema Penelitian 74

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 77

4.1. Hasil Penelitian 77

4.1.1.Hasil Determinasi Tanaman 77

4.2.1. Hasil Ekstraksi Buah Ranti Hitam 77

4.1.3. Hasil Uji Fitokimia Ekstrak 78

4.1.4. Hasil Uji Aktivitas Antioksidan, Toksisitas dan Antikanker 78

4.1.5. Hasil Kromatografi Kolom Ekstrak Etanol Buah Ranti Hitam 81 4.1.6. Hasil Kromatografi Kolom Untuk Fraksi F2 85 4.1.7. Hasil Kromatografi Kolom Untuk Fraksi F2-7 89

4.1.8. Hasil Kromatografi Kolom Untuk Fraksi F2-7-3 93

4.1.9. Aktivitas Antikanker Senyawa F2-7-3-3 97

4.2.Pembahasan 101

4.2.1.Ekstraksi Buah Ranti Hitam 101 4.2.2.Aktivitas Antioksidan, Toksisitas dan Antikanker dari Ekstrak Buah Ranti Hitam 102

4.2.3.Isolasi SenyawaF2-7-3-3 Yang Bersifat Antikanker dari Ekstrak Etanol Buah Ranti Hitam 103 4.2.4.Elusidasi Struktur Kimia Isolat Senyawa F2-7-3-3 113

BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN 150

5.1. Kesimpulan 151

5.2. Saran

DAFTAR PUSTAKA 152

LAMPIRAN 157

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

2.1. Tanaman Ranti Hitam dan bagiannya 9

2.2. Struktur Glikoalkaloid α-Solamargin, α-Solasonin dan Aglikonnya. 12

2.3. Reaksi DPPH dengan Antioksidan 13

2.4. Teori Dogma Sentral 19

2.5. Repilkasi DNA Metode Semikonservatif 21

2.6. Replikasi DNA dengan Metode Okazaki 21

2.7. Gugus Telomer pada DNA Polimerase 25

2.8. Mekanisme Terbentuknya Kanker 27

2.9. Reaksi Penghambatan Rantai DNA 35

2.10. Struktur Antraquinon 37

2.11. Struktur Akrimida 37

2.12. Struktur Tetra Porphirin 37

2.13. Struktur Doxorubisin 38

2.14. Mekanisme Reaksi 6-Merkaptopurin 44

2.15. Mekanisme Reaksi Folat Menjadi THF 45

2.16. N5,N10-Metilen Tetrahidrofolat 46

2.17. Peranan N5,N10-Metilen Tetrahidrofolat 46

2.18. Reaksi Dalam Bentuk Asam Amino 47

2.19. Struktur Kimia Prednison 47

2.20. Mekanisme Reaksi Zat Anti Kanker Mustard Nitrogen 49 3.1. Gambar Sel Leukimia di bawah mikroskop 69

3.2. Skema Penelitian Buah Ranti Hitam 74

3.3. Skema Pemurnian Senyawa Anti Kanker 75

3.4. Hidrolisis Glikoalkaloid 76

4.1. Persentase RendemanEkstrak 77

4.2. Nilai IC

50

Hasil Uji Antioksidan Ekstrak 79 4.3. Nilai LC

50

Hasil Uji BSLT Ekstrak 80 4.4. Grafik Hubungan Log Konsentrasi dan Probit 81

4.5 Kromatogram KLT Fraksi F1~ F7 82

4.6 Nilai LC

50

Hasil Uji Toksistas F1~ F7 85

4.7 Kromatogram KLT Fraksi F2-1~ F2-7 85

4.8 Nilai LC

50

Hasil Uji Toksisitas F2-1~ F2-9 89

4.9 Kromatogram KLT Fraksi F2-7-1~F2-7-8 90 4.10. Hasil Uji Toksistas Nilai LC

50

Fraksi F2-7-1~F2-7-8 93

4.11. Kromtogram KLT Fraksi F-7-3-1~F2-7-3-5 94

4.12. Nilai IC

50

Hasil Uji Antioksidan Sampel 95 4.13. Nilai LC

₅₀

Hasil Uji Toksisitas Sampel 96 4.14. Kromatogram KLT dan Tekstur Senyawa 97 4.15. Grafik Hubungan Log Konsentrasi dengan Probit Sampel 99

4.16. Grafi Hubungan Log Konsentrasi degan Probit Doxorubisin 100

4.17. Nilai IC

50

Senyawa F2-7-3-3 dan Ekstrak Etanol Uji Anti Kanker 100

4.18. Kromatogram KLT Senyawa F2-7-3-3 106

4.19. Struktur Glikoalkaloid α-Soalamargin, α-Solasonin 112

4.20. Spektrum UV Senyawa F2-7-3-3 113

4.21. Spektrum FTIR Senyawa F2-7-3-3 114

4.22. Spektrum

¹

H-NMR Senyawa F2-7-3-3 116

4.23. Spektrum

¹

H-NMR Senyawa F2-7-3-3 116

4.24. Spektrum

¹

H-NMR Senyawa F2-7-3-3 117

4.25. Spektrum

¹

H-NMR Senyawa F2-7-3-3 117

4.26. Spektrum

¹

H-NMR Senyawa F2-7-3-3 118

4.27. Spektrum

¹

H-NMR Senyawa F2-7-3-3 119

4.28. Spektrum

¹

H-NMR Senyawa F2-7-3-3 120

4.29. Spektra

¹³

C-NMR Senyawa F2-7-3-3 122

4.30. Spektra NMR DEPT Senyawa F2-7-3-3 123

4.31. Spektra NMR 2D HMQC Senyawa F2-7-3-3 125

4.32. Spektra NMR 2D HMQC Senyawa F2-7-3-3 126

4.33. Spektra NMR 2D HMQC Senyawa F2-7-3-3 127

4.34. Spektra NMR 2D HMQC Senyawa F2-7-3-3 128

4.35. Spektra NMR 2D HMQC Senyawa F2-7-3-3 128

4.36. Spektra NMR 2D HMQC Senyawa F2-7-3-3 129

4.37. Spektra NMR 2D HMQC Senyawa F2-7-3-3 130

4.38. Spektra NMR 2D HMQC Senyawa F2-7-3-3 131

4.39. Spektra NMR 2D HMQC Senyawa F2-7-3-3 132

4.40. Spektra NMR 2D HMQC Senyawa F2-7-3-3 133

4.41. Spektra NMR 2D HMQC Senyawa F2-7-3-3 134

4.42. Hasil Analisis Spektrum NMR2D COSY Senyawa F2-7-3-3 135

4.43. Hasil analisis Spektrum NMR 2D COSY Senyawa F2-7-3-3 136

4.44. Hasil analisis Spektrum NMR 2D COSY Senyawa F2-7-3-3 137

4.45. Hasil Analisis Spektra NMR 2D HMBC Senyawa F2-7-3-3 138

4.46. Hasil Analisis Spektra NMR 2D HMBC Senyawa F2-7-3-3 139

4.47. Pergeseran kimia Proton dan Karbon Senyawa F2-7-3-3 140

4.48. Spektra Massa Senyawa F2-7-3-3 143

4.49. Tahap fragmentasi Senyawa F2-7-3-3 146

4.50 . Pola Fragmentasi Senyawa F2-7-3-3 146

4.51. Hidrolisis Glikoalkaloid ß2-Solanin 147

4.52. (a) Solanidin dan (b) Solasodin 148

4.53. ß2-Solanin 149

4.54. α-Solanin 149

5.01. Struktur Kimia Senyawa β2-Solanin (Hasil Isolasi) 151

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

2.1. Obat Anti Kanker dan Penggolongannya 42

2.2. Beberapa Obat Anti Kanker Komersil 43

2.3. Gangguan Fungsi DNA dan Senyawa/Obat terapi Kanker 50

2.4. Tabel Probit 54

4.1. Prosentase Rendeman (%b/b) dan Warna Ekstrak 77 4.2. Hasil uji Fitokimia Metabolit Sekunder Ekstrak Buah Ranti Hitam 78

4.3. Hasil Uji Aktivitas Antioksidan Terhadap Ekstrak 78

4.4. Hasil Uji Toksisitas Ekstrak 79

4.5. Hasil Uji Anti Kanker Ekstrak Etanol 80 4.6. Data Perhitungan Nilai IC

50

81

4.7. Hasil Fraksinasi Kromatografi Kolom Ekstrak Etanol 82 4.8. Hasil Uji Aktivitas Antioksidan Fraksi F1~F7 83 4.9. Hasil Uji Toksisitas Fraksi F1~F7 84 4.10. Hasil Fraksinasi Kromatografi Kolom Untuk Fraksi F2 86 4.11. Hasil Uji Antioksidan Fraksi Gabungan F2-1~ F2-9 87 4.12. Hasil Uji Toksisitas Fraksi Gabungan F2-1~ F2-9 88

4.13. Hasil Fraksinasi Kromatografi Kolom Untuk Fraksi F2-7 90 4.14. Hasil Uji Antioksidan Fraksi Gabungan F2-7-1~ F2-7-8 91 4.15. Hasil uji Toksisitas Fraksi Gabungan F2-7-1~ F2-7-8 92 4.16. Hasil Fraksinasi Kromatografi Kolom Untuk Fraksi F2-7-3 94 4.17. Hasil Uji Aktivitas Antioksidan Fraksi F2-7-3-1~ F2-7-3-5 95

4.18. Hasil Uji Toksisitas Fraksi F2-7-3-1~ F2-7-3-5 96 4.19. Hasil Uji Antikanker Senyawa F2-7-3-3 Buah Ranti Hitam 98

4.20. Data Perhitungan Nilai IC

50

Senyawa F2-7-3-3 98 4.21. Tabel IC50 dari Uji Aktivitas Antikanker Doxorubisin 99 4.22. Persiapan Perhitungan IC

50

Doxorubisin 100

4.23. Data Spektra FTIR Senyawa F2-7-3-3 115

4.24. Korelasi Pergeseran Kimia 13C dan 1H-NMR Senyawa F2-7-3-3 124

4.25. Pergeseran Kimia 13C dan 1H-NMR Senyawa F2-7-3-3 140

4.26. Perbandingan Pergeseran Kimia F2-7-3-3 dengan α-Solanin 141

4.27. Perbandingan Pergeseran Kimia Hasil Hidrolisis dengan Aglikon 148

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Halaman

1. Hasil Uji Antikanker Sel Leukimia L

1210

Terhadap Isolat 157

Senyawa F2-7-3-3. 2. Contoh Perhitungan Penentuan Nilai LC

₅₀

Uji Antikanker 158

Sel Leukimia L

₁₂₁₀

Terhadap Isolat Senyawa F2-7-3-3. 3. Surat Sertifikat Hasil Uji Antikanker Sel Leukimia L1210 159

(Lab. Bahan Kesehatan,PATIR, BATAN) 4. Surat Keterangan Hasil Identifikasi/Determinasi Tumbuhan 160

Ranti Hitam Oleh Pusat Penelitian Biologi LIPI Cibinong. 5. Spektra NMR 2D COSY Untuk Isolat Senyawa F2-7-3-3. 161

6. Kondisi Alat Pengukuran MS-MS/MS 165

7. Foto Kegiatan Penelitian 166

8. Daftar Seminar dan Publikasi Ilmiah Yang Berhubungan 169

dengan Disertasi

ISOLASI DAN ELUSIDASI STRUKTUR KIMIA SENYAWA ALKALOIDA DARI BUAH RANTI HITAM (Solanum blumei Nees ex Blume)

YANG BERSIFAT ANTI KANKER

ABSTRAK

Tanaman ranti hitam (Solanum blumei Nees ex Blume) merupakan salah satu spesies dari famili Solanaceae, banyak ditemukan di daerah Karo dan Dairi, Sumatera Utara, Indonesia. Secara tradisional S. blumei digunakan sebagai obat sakit pinggang, demam, sakit perut, sakit telinga dan anti peradangan. Kelompok tanaman Solanaceae diketahui banyak mengandung glikoalkaloid yang berpotensi sebagai anti kanker.

Penelitian ini bertujuan untuk mengisolasi dan menentukan struktur kimia senyawa alkaloid dari buah S. blumei yang bersifat anti kanker. Isolasi dilakukan dengan maserasi buah S. blumei dengan pelarut n-heksana, etil asetat dan etanol. Ekstrak etanol dilakukan uji anti kanker sel leukimia L

₁₂₁₀

, secara in vitro dengan metode Haemocytometer. Ekstrak etanol mempunyai nilai IC

50

sebesar 14,88 µg/mL < 20 µg/mL, kemudian dimurnikan dengan kromatografi kolom [(SiO

2

; (I) etil aseatat;

CHCl

₃

-MeOH (1:1); CHCl

₃

-MeOH-Air (5 : 5: 1), yang dilanjutkan dengan (II) CHCl

3

-MeOH (10:1 ~ 2:1), (III) CHCl

3

-MeOH (10:1) dan (IV) As.asetat : EtOH (1:30) secara isokratik] dan diperoleh senyawa kimia berbentuk serbuk putih amorf (313 mg). Hasil analisis spektra UV, FT-IR, NMR-1D (

¹

H-,

¹³

C- dan DEPT), NMR- 2D (COSY, HMQC dan HMBC) dan spektrum MS, senyawa isolat adalah glikosida steroid alkaloida β2-solanin [Solanid-5-ene-(1’→3)-β-D-galactopyranosyl-(1”→3’)- glucopyranoside] dengan rumus molekul C

39

H

63

NO

11

. Senyawa β2-solanin mempunyai aktivitas anti kanker terhadap sel leukimia L

₁₂₁₀

dengan IC

₅₀

sebesar 1,2738 µg/mL<4,0 µg/mL. ( Doxorubisin IC

50

sebesar 0,1540 µg/mL).

Kata Kunci : β2-solanin, glikoalkaloida, Solanum blumei Nees ex Blume, antikanker,

sel leukimia L

₁₂₁₀

, tanaman obat Indonesia.

ISOLATION AND ELUCIDATION STRUCTURE OF ALKALOID COMPOUND FROM FRUITS OF RANTI HITAM (Solanum blumei Nees ex Blume)

WHICH ARE ANTI CANCER

ABSTRACT

Ranti hitam plant (Solanum blumei Nees ex Blume ) is one species of the Solanaceae family, commonly found in the area Karo and Dairi, North Sumatera, Indonesia. Traditionally S. blumei used as pain medications, fever, abdominal pain, ear pain and anti-inflammatory. Solanaceae plants group known to contain many glikoalkaloid potential as anti cancer. This study aims to isolate and determine the chemical structure of alkaloid compounds from the fruits of S. blumei which are anti- cancer. Isolation made with macerated fruits of S. blumei with n-hexane, ethyl acetate and ethanol. The ethanol extract tested anti-cancer of L

1210

leukemia cells, in vitro by the method of Haemocytometer. The ethanol extract had IC

₅₀

value of 14.88 µg/mL < 20 µg/mL, and then purified by column chromatography [( SiO

2

; (I) ethyl aseatat ; CHCl

3

- MeOH (1 : 1); CHCl

3

- MeOH - water (5 : 5 : 1), followed by (II ) CHCl

₃

- MeOH = 10 : 1 ~ 2 : 1 , (III) CHCl

₃

- MeOH (10 : 1) and (IV) As.asetat : EtOH (1:30) in isocratic] and obtained chemical compound form an amorphous white powder (313 mg). Results of the analysis of UV spectra, FT - IR, NMR - 1D (

¹

H- ,

¹³

C- and DEPT), NMR -2D (COSY, HMQC and HMBC) and MS spectrum, isolate compound is steroidal glycoside alkaloid β2-solanine [Solanid-5-ene-(1'→3)- β-D-galactopyranosyl-(1'→3')-glucopyranoside] with the molecular formula C

39

H

63

NO

11

. β2-solanine compound has anti-cancer activity against L

1210

leukemia cells with IC

₅₀

of 1.2738 µg/mL < 4.0 µg/mL. (Doxorubicin IC

₅₀

of 0.1540 µg/mL) .

Keywords : β2-solanine, glikoalkaloid, Solanum blumei Nees ex Blume, anti-cancer,

leukemia L

1210

cells, medicinal plant in Indonesia .

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah

Indonesia kaya akan berbagai keanekaragaman hayati yang berpotensi untuk dikembangkan sebagai obat atau bahan baku obat. Survey tentang obat di Amerika Serikat yang diakui oleh Food and Drug Administration AS pada periode 1983-1994 menunjukkan bahwa 157 dari 520 (30%) jenis obat berasal dari bahan alam atau turunannya, dimana 61% senyawa antikanker yang diakui juga berasal dari bahan alam atau turunannya. Di dunia terdapat 119 senyawa yang digunakan sebagai obat yang berasal dari 90 species tumbuhan, dimana 77%-nya ditemukan sebagai hasil penelitian tumbuhan yang didasarkan pemakaiannya secara tradisional (etnomedikal) (Cordell, 2000). Hal tersebut menunjukkan besarnya peran dan potensi bahan

alam/keanekaragaman hayati dalam proses pencarian dan pengembangan bahan obat.

Kanker merupakan salah satu penyakit penyebab kematian pada manusia yang cendrung meningkat dan diperkirakan dari sekitar 9,0 juta kematian pada tahun 2015 meningkat menjadi sekitar 11,4 juta kematian pada tahun 2030 (Saiz-Urra et al., 2009). Pencarian suatu bahan alternatif anti kanker berbasis bahan alam perlu terus dikembangkan untuk mengobati pasien penyakit kanker yang terus meningkat dan untuk menekan biaya pengobatan kanker yang relatif sangat mahal serta mengatasi efek samping penggunaan obat sintetis. Menurut Watson et al. (1988), kanker adalah suatu pertumbuhan sel atau tumor, hasil pembelahan sel yang tidak normal dan tidak terkendali. Pada setiap pembelahan sel selalu diawali oleh pembelahan inti sel.

Menurut teori dogma sentral, pada proses pembelahan inti sel terjadi proses replikasi (biosintesis molekul DNA) dan proses transkripsi. Menurut Munchberg et al.,(2007), penghambatan sel kanker dapat dilakukan dengan mekanisme penghambatan sintesis DNA(ReplikasiDNA).

Beberapa tumbuhan mengandung metabolit sekunder jenis senyawa aktif alkaloid

yang memiliki potensi anti kanker, antara lain ekstrak benalu (Macrosolen cochinchinesis) mengandung β-amyrin, yang berfungsi menghambat S

₁₈₀

dan sel kanker JTC-26 (Fowler, 1983), ekstrak tapak dara (Catharanthus roseus) mengandung alkaloid vinblastine dan vincristine yang digunakan mengobati leukimia limfosit akut (LLA), leukimia monositik akut (LMA), kanker kelenjar getah bening (Ziyin and Zelin, 1994; Yuan et al., 1999), ekstrak buah makasar (Brucea javanica (L.) Merr) mengandung alkaloid brucamarine dan yatamine yang dapat mengobati kanker saluran pencernaan, kanker payudara dan kanker leher rahim (Yu,1995) dan ekstrak etanol dari tanaman bawang hutan (Scrodocarpus borneensis Becc) mengandung senyawa alkaloid dehidroksi scorodocarpin B yang secara signifikan dapat menghambat pertumbuhan sel kanker leukimia L

1210

(Kartika dkk, 2014).

Beberapa jenis obat alternatif anti kanker yang sudah diperdagangkan secara komersil di negara-negara Eropa adalah ekstrak benalu dengan merk dagang Iscador, Eurixor dan Isoler. Ekstrak benalu ini adalah spesies Viscum album L. yang merupakan parasit pada tumbuhan apel, oak dan pinus (National Cancer Institute, 2008).

Tanaman ranti hitam banyak ditemukan di daerah Dairi dan Karo dan secara

tradisional buahnya digunakan sebagai obat sakit pinggang, telinga berair, demam,

sakit perut dan anti peradangan. Hasil identifikasi “Herbarium Bogoriense” Bidang

Botani Pusat Penelitian Biologi-LIPI Bogor (Maret, 2013), ranti hitam adalah jenis

Solanum blumei Nees ex Blume dan termasuk famili Solanaceae. Genus Solanum

(famili Solanaceae) adalah kelompok tanaman yang sangat banyak spesiesnya (sekitar

1400 spesies) dan kaya akan glikoalkaloid (Shabana et al., 2013). Spesies lain dari

Solanum adalah Solanum chacoense yang telah dipelajari secara kimia, ternyata

mengandung campuran glikosida steroid alkaloid sebagai solanidine, leptinidine dan

acetylleptidine (David et al., 1997). Analisis kemotaksonomi untuk Solanum nigrum

kompleks (famili Solanaceae) juga telah dilakukan berdasarkan perbandingan

alkaloid solasonine glycoalkaloid, α-solamargine, β-solamargin, α-solanin dan

aglikon solasodina dan solanidine yang terkandung dalam kelima taksa Solanum

nigrum kompleks yaitu S. americanum Miil, S.chenopodioides, S.nigrum L., S.retroflexum dan S. villosum (Mohy-Ud-Din et al., 2010). Tanaman Solanum nigrum digunakan masyarakat untuk menyembuhkan sakit perut, demam, nyeri sendi dan sakit telinga serta ekstrak etanol daunnya telah diteliti dapat menghambat proliferasi sel kanker payudara (Prima dan Raditya, 2012) dan dapat menginduksi apoptosis sel kanker hati HepG2 melalui peningkatan ekspresi p-JNK dan Bax, pelepasan cytochrom c dan aktivasi caspase (Lin et al., 2007).

S. blumei atau ranti hitam tidak termasuk dalam kelima taksa S. nigrum kompleks, namun termasuk satu famili (Solanaceae). Menurut analisis filogenik dan sistematik, sifat luar tumbuhan (phenotype) ditentukan oleh faktor genetika (genotype), maka spesies-spesies yang termasuk ke dalam satu famili tumbuhan memiliki hubungan kekerabatan secara genetika sehingga memiliki pola kandungan kimia yang mirip. Senyawa metabolit sekunder yang terdapat dalam satu anggota famili tumbuhan mempunyai struktur senyawa yang hampir sama (Wink, 2003).

Berdasarkan uraian di atas senyawa alkaloid yang merupakan komponen utama dari famili Solanaceae, mempunyai keanekaragaman struktur dan aktivitas biologis terutama sebagai anti kanker.

Publikasi atau penelitian terhadap tanaman ranti hitam (Solanum blumei), baik

uji fitokimia metabolit sekundernya maupun uji bioaktivitasnya belum ada. Hasil

penelitian pendahuluan Simorangkir dkk (2013), menunjukkan bahwa ekstrak etanol

S.blumei banyak mengandung alkaloid, tetapi struktur alkaloid dan aktivitas biologis

terutama sifat anti kankernya belum ada dilaporkan. Lembaga Kanker Nasional

Amerika (NCI, National Cancer Institute) menggunakan lini sel L

₁₂₁₀

untuk

penapisan awal zat anti kanker (Zhang et al.,2008). Menurut penelitian yang

dilakukan oleh Eagle dan Foley (1958), sel kanker yang dibiakkan dalam kultur

jaringan secara in vitro dapat digunakan sebagai alat penapisan awal untuk

mendeteksi sifat antitumor suatu zat dan ada korelasi sebesar 70% antara aktivitas

antitumor pada kultur jaringan dengan aktivitas pada tikus yang diinokulasi dengan tumor.

Berdasarkan uraian di atas, tanaman S.blumei Nees ex Blume, yang mengandung alkaloid, berpeluang untuk dikembangkan menjadi tanaman obat, khususnya anti kanker. Berdasarkan kandungan metabolit sekunder alkaloid dan ketersediaan tanaman obat lokal S.blumei serta untuk pengembangan potensinya sebagai alternatif sumber anti kanker alami, perlu dilakukan penelitian isolasi dan elusidasi struktur kimia senyawa alkaloid dari buah ranti hitam (Solanum blumei Nees ex Blume) yang bersifat anti kanker. Pengembangan dan penelitian bahan obat berbasis tanaman ini sangat diperlukan selain karena sumber bahan alamnya cukup tersedia, juga untuk mengatasi efek samping dan mahalnya harga obat sintetik dan antibiotik serta meningkatnya kematian yang disebabkan oleh penyakit kanker (Saiz- Urra et al., 2009).

Tahap penelitian yang dilakukan terhadap ranti hitam ini adalah proses ekstraksi, pemurnian, uji aktivitas biologis meliputi uji toksisitas, antioksidan dan anti kanker leukimia L

1210

, yang dilanjutkan dengan penentuan struktur senyawa aktif anti kanker berdasarkan spektra Ultra Violet-visible (UV-Vis), Fourier Transform Infra Red (FTIR), Nuclear Magnetic Resonansce (NMR) 1D (

¹

H-,

¹³

C- dan DEPT) dan 2D NMR (COSY, HMQC dan HMBC) dan spektra LC-MS/MS.

1.2. Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian di atas, permasalahan dalam penelitian ini dirumuskan sebagai berikut :

1. Bagaimana cara mengisolasi senyawa alkaloida yang bersifat anti kanker dari buah ranti hitam (S. blumei Nees ex Blume) ?

2. Bagaimana aktivitas anti kanker senyawa alkaloida yang diisolasi dari buah ranti

hitam (S. blumei Nees ex Blume) ?

3. Bagaimana struktur kimia senyawa alkaloida yang bersifat anti kanker, hasil isolasi dari buah ranti hitam (S. blumei Nees.ex Blume) ?.

1.3. Tujuan penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk :

1. Mengetahui cara mengisolasi senyawa alkaloida yang bersifat anti kanker dari buah ranti hitam (S.blumei Nees.ex Blume) .

2. Mengetahui aktivitas sifat anti kanker dari senyawa alkaloida hasil isolasi dari buah ranti hitam (S.blumei Nees.ex Blume)

3. Mengetahui struktur kimia senyawa alkaloida yang bersifat anti kanker dari buah ranti hitam (S. blumei Nees ex Blume) berdasarkan interpretasi data spektra UV, FTIR, 1DNMR (

¹

H-,

¹³

C-dan dan DEPT) dan 2D (COSY, HMQC dan HMBC) dan spektra MS.

1.4. Batasan Masalah

Pada penelitian ini, ekstraksi buah ranti hitam dilakukan secara maserasi dengan pelarut bertingkat kepolarannya yaitu n-heksana, etil asetat dan etanol. Uji bioaktivitas pendahuluan yang dilakukan adalah uji antioksidan dan toksisitas ekstrak n-heksana, etil asetat dan etanol buah ranti hitam (S.blumei Nees ex Blume) serta uji anti kanker sel leukimia L

₁₂₁₀

secara in vitro terhadap ekstrak etanol. Berbagai macam lini sel leukimia lebih sering digunakan untuk mengelusi mekanisme apoptosis. Hal ini terjadi karena obat-obatan anti kanker maupun reagen sitotoksik lebih efektif terhadap kanker leukimia daripada penyakit kanker lainnya (Zhang et al., 2008).

Menurut penelitian yang dilakukan oleh Eagle dan Foley (1958), sel kanker yang dibiakkan dalam kultur jaringan secara in vitro dapat digunakan sebagai alat penapisan awal untuk mendeteksi sifat antitumor suatu zat. Ada korelasi sebesar 70%

antara aktivitas antitumor pada kultur jaringan dengan aktivitas pada tikus yang diinokulasi dengan tumor. Lembaga Kanker Nasional Amerika ( NCI, National Cancer Institute) menggunakan lini sel L

1210

untuk penapisan awal zat anti kanker.

Selanjutnya ekstrak yang mempunyai bioaktivitas tertinggi, difraksinasi dengan cara

kromatografi kolom, menggunakan silika gel sebagai fasa diam. Senyawa hasil isolasi yang diperoleh dilakukan uji aktivitas anti kanker sel leukimia L

₁₂₁₀

secara in vitro dan selanjutnya ditentukan struktur kimianya berdasarkan spektra UV, FTIR, NMR (

¹

HNMR dan

¹³

CNMR) 1D, 2D dan spektra MS.

1.5 Manfaat Penelitian

1. Telah diperoleh cara mengisolasi senyawa glikosida alkaloid steroida berdasarkan aktivitas anti kankernya dari buah ranti hitam (S. blumei).

2. Pengembangan potensi tanaman lokal ranti hitam (S.blumei) sebagai sumber alternatif obat anti kanker alami.

3. Pengembangan pengetahuan akan kimia bahan alam pada tanaman berkhasiat obat dan untuk memanfaatkan potensi sumber daya alam Indonesia yang kaya dengan floranya.

1.6. Hipotesis

Pada buah ranti hitam (S.blumei Nees.ex Blume) terdapat senyawa alkaloida bioaktif yang bersifat anti kanker, yang dapat diisolasi dan ditentukan struktur kimianya.

1.7. Urgensi Penelitian

Pencarian suatu bahan alternatif anti kanker berbasis bahan alami terus

dikembangkan karena bahan tersebut sangat dibutuhkan untuk mengobati penyakit

kanker yang terus merebak dan biaya pengobatan kanker yang sangat mahal serta

mengatasi efek samping penggunaan obat sintetsi maupun penyinaran. Tanaman ranti

hitam (S.blumei Nees ex Blume), famili Solanaceae, banyak ditemukan di daerah

Karo dan Dairi dan telah sering digunakan masyarakat sebagai tanaman obat

tradisional (etnomedikal) antara lain obat sakit pinggang, telinga berair, obat demam,

obat sakit perut dan lain-lain serta daunnya bagai sayur. Buah ranti hitam jarang

dikomsumsi oleh masyarakat sebagai sayur tetapi sebagai obat. Kandungan metabolit

sekunder alkaloid (Simorangkir, 2013) pada ranti hitam memberi peluang bagi

tanaman S. blumei dikembangkan jadi alternatif obat kanker berbasis bahan alam.

Beberapa tumbuhan yang mengandung metabolit sekunder alkaloid memiliki potensi

anti kanker. Berdasarkan potensi kandungan alkaloid serta ketersediaan tanaman obat

lokal ini, penelitian isolasi dan elusidasi struktur kimia senyawa alkaloid yang

bersifat anti kanker dari buah ranti hitam (S.blumei Nees ex Blume) perlu dilakukan

untuk pengembangan potensinya sebagai alternatif obat anti kanker alami, untuk

mengatasi efek samping dan mahalnya harga dari penggunaan obat sintetik serta

mengingat semakin meningkatnya jumlah kematian yang diakibatkan oleh penyakit

kanker (Saiz-Urra et al., 2009).

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Ranti Hitam (Solanum blumei Nees ex Blume)

Genus Solanum (famili Solanaceae) adalah suatu kelompok tanaman yang sangat besar terdiri dari sekitar 1400 spesies, yang tersebar di seluruh daerah beriklim tropis dan dunia. Mereka kaya glikosida steroid dalam bentuk glycoalkaloids (Shabana et al., 2013). Salah satu tanaman yang satu genus dan satu famili dengan Solanum nigrum L adalah ranti hitam (Solanum blumei Nees ex Blume). Tanaman ini banyak ditemukan di daerah Dairi dan Karo, khususnya desa Kuta Nangka, Kecamatan tanah Pinem, Kabupaten Dairi, berada 800 m di atas permukaan laut dan disebut dengan tanaman ranti hitam. Ranti hitam tumbuh baik di daerah beriklim tropis dan banyak dijumpai di daerah pegunungan, hutan- hutan, dan bekas-bekas pembakaran. Selain telah sering digunakan oleh masyarakat sebagai sayur (daunnya), buah tanaman ini juga digunakan sebagai obat tradisional (etnomedikal), antara lain sebagai obat sakit pinggang, telinga berair, demam, sakit perut, anti peradangan dan lain-lain.

Tanaman ranti hitam ini termasuk ke dalam golongan semak, tumbuh

menjalar dan memiliki akar tunggang dengan warna putih kecoklatan. Batang kecil,

berbentuk bulat, lunak, dan berwarna kehitaman. Berdaun tunggal, bulat melebar, dan

tersebar dengan panjang 7-9 cm ; lebar 4-6 cm. Pangkal dan ujung daun meruncing

dengan tepi rata dan tidak bergelombang. Pertulangan daun menyirip. Daun

mempunyai tangkai dengan panjang ± 3,5 cm dan berwarna hijau. Bunga berupa

bunga majemuk dengan mahkota kecil, bangun bintang, berwarna ungu, benang sari

berwarna kuning dengan jumlah 5 buah. Tangkai bunga berwarna hitam. Buah

berbentuk bulat, berwarna hitam mengkilat sejak masih muda dan jika sudah tua

diameter buahnya kira-kira 0,7 cm. Biji berbentuk bulat pipih, kecil-kecil, dan

berwarna kuning (Gambar 2.1). Tanaman yang memiliki nama daerah Leuh mbiring

atau ranti hitam ini telah dideterminasi oleh “Herbarium Bogoriense” Pusat Penelitian

Biologi-LIPI pada bulan Maret 2013. Gambar tanaman ranti hitam dan bagian-bagian tanaman yang diperoleh dari daerah Kuta Nangka, Kecamatan Tanah Pinem, Kabupaten Dairi, disajikan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Tanaman Ranti Hitam (Solanum blumei Nees ex Blume) dan Bagiannya 2.1.1. Nama Umum

Nama umum dari tanaman yang diteliti adalah : Karo : Leweh mbiring

Dairi : Leuh mbiring Indonesia : Ranti hitam Sunda : Leunca

Inggris : Black nightshade Melayu : Ranti

Filipina : Kama-kamatisan

Cina : Long Kui (Anonim, 2013).

2.1.2. Sistematikan Tumbuhan

Sistematika tumbuhan ranti hitam adalah :

Super Divisi : Spermatophyta (menghasilkan biji) Divisi : Magnoliophyta (Tumbuhan berbunga Kelas : Magnoliopsida (berkeping dua/dikotil) Sub kelas : Asteridae

Ordo : Solanales

Famili : Solanaceae (suku terung-terungan)

Genus : Solanum

Spesies : Solanum blumei Nees ex Blume

(Hasil determinasi “Herbarium Bogoriense” bidang Botani Pusat Penelitian Biologi- LIPI Bogor, ranti hitam tersebut adalah Solanum blumei Nees.ex Blume, termasuk famili Solanaceae (Maret, 2013).

2.1.3. Kandungan Kimia Ranti dan Aktivitas Biologisnya

Publikasi atau penelitian terhadap tanaman ranti hitam, baik uji fitokimia metabolit sekundernya maupun uji bioaktivitasnya belum ada ditemukan. Hasil uji fitokimia metabolit sekunder pada tanaman ranti hitam yang dilakukan oleh penulis (Simorangkir dkk, 2013), ekstrak n-heksana dan etilasetat dari daun dan buah ranti hitam banyak mengandung senyawa kimia steroid dan sedikit alkaloid yang terdapat pada ekstrak n-heksana. Senyawa flavonoid hanya terdapat pada ekstrak etilasetat dan ekstrak etanol dari bagian daun dan buahnya, sedangkan senyawa fenol dan saponin hanya terdapat pada ekstrak etanol dari bagian daun, buah dan alkaloid terdapat pada ekstrak etanol buah dan daun. Senyawa kuinon sama sekali tidak terdapat dalam semua ekstrak, sedangkan senyawa tanin lebih banyak diperoleh di dalam ekstrak etanol bagian daun dan buahnya. Tanaman ranti hitam yang telah sering digunakan oleh masyarakat sebagai obat tradisional mempunyai potensi untuk dikembangkan sebagai obat atau bahan baku obat. Tanaman obat umumnya mengandung senyawa bioaktif dalam bentuk metabolit sekunder seperti alkaloid, flavonoid, steroid, triterpenoid, tannin dan lain-lain (Cordell, 2000) yang dapat diekstraksi dengan berbagai pelarut berdasarkan tingkat kepolarannya.

Salah satu spesies tanaman Solanum yang telah banyak diteliti sebagai

tanaman obat adalah Solanum nigrum L, berkhasiat sebagai antiseptik, anti inflamasi,

dan antidisentri. Bijinya digunakan untuk pengobatan gonorrhea. Buah dan jusnya

digunakan untuk menyembuhkan penyakit perut, demam dan penyakit kulit,

sedangkan daunnya sebagai obat cacing, nyeri sendi dan sakit telinga. Ekstrak etanol

buah S. nigrum L yang telah matang dapat menghambat proliferasi sel kanker

payudara (Prima dan Raditya, 2012). Tanaman Solanum nigrum complex juga telah banyak digunakan secara tradisional sebagai analgetik, antispasmodic, antiseptic, antidysentri, emollient, diuretic, tonic, soporific, laxative, anticancer,antiulcer dan gangguan neuro-vegetatif sistem (Akhtar & Muhammad, 1989). Khasiat obat tanaman Solanum nigrum complex ini disebabkan oleh kandungan alkaloidnya.

Glikoalkaloid dan Aglikon Glikoalkaloid pada kelima taxa tanaman Solanum nigrum Complex adalah α-Solamargin, solanin, α-solasodnin) dan aglyconnya (Solasodina dan Solanidine) (Mohy-Ud-Din et al.,2010). Gambar Struktur alkaloid disajikan pada Gambar2.2.

α-Solanin Solasonin Solamargin

α-Chaconin Aglikon Solasodin Aglikon Diosgenin

Aglikon Solanidin Tigogenin Gambar 2.2. Struktur Kimia Glikoalkaloid α-Solanin, Solasonin, α-Solamargin, α-

Chaconin dan Aglikon (Solasodin, Diosgenin, Solanidin dan Tigogenin) (Prima dan Raditya, 2012).

Komponen alkaloid total Solanum nigrum L mempunyai efek antikanker, tumor dan ekstrak daunnya menghambat Ascitic sarcoma 180 pada tikus. Solanine mempunyai efek antimitosis (menghambat pembelahan sel) sehingga perkembangan sel kanker dapat dihambat. Kandungan metabolit sekunder seperti solasodine pada Solanum nigrum L mempunyai efek menghilangkan sakit (analgetik), menurunkan panas, antiradang dan antishok. Solamargine dan solasonine mempunyai efek antibakteri, sedangkan solanine sebagai antimitosis. Senyawa-senyawa ini bisa mengatasi gangguan kenker, yakni kanker payudara, leher rahim, lambung dan saluran pernafasan (Kabayan, 2009).

Hasil penelitian pendahuluan penulis (Simorangkir dkk, 2013), pada ekstrak etanol buah Solanum blumei Nees.ex Blume terdapat alkaloid, flavonoid, fenol, sedikit saponin dan tanin, dan rendemen tertinggi terdapat pada ekstrak etanol bagian daun dan buah dibandingkan dengan ekstrak n-heksana dan etilasetat.

2.2 Uji Bioaktivitas Bahan Alam

Pengujian bioaktivitas dari bahan alam dapat dilakukan dengan beberapa metode

antara lain uji antioksidan, uji toksisitas, uji antibakteri, uji antikanker dan lain-lain.

2.2.1 Metode Uji Antioksidan DPPH (1,1-Diphenyl-2-Picrylhydrazyl)

Pada tahun 1922, ditemukan senyawa berwarna ungu radikal bebas stabil DPPH, yang sekarang digunakan sebagai reagen kolorimetri. Metode peredaman radikal bebas adalah sebuah metode yang sederhana yang dapat digunakan untuk menguji kemampuan antioksidan yang terkandung dalam makanan. Metode peredaman radikal bebas dapat digunakan untuk sampel yang padat dan juga dalam bentuk larutan (Molyneux, 2004). Uji antioksidan dapat dilakukan dengan metode peredaman DPPH. Prinsip metode Peredaman Radikal Bebas (DPPH) adalah kemampuan sampel uji dalam meredam proses oksidasi DPPH sebagai radikal bebas dalam larutan metanol (sehingga terjadi perubahan warna DPPH dari ungu menjadi kuning) dengan nilai IC

50

(konsentrasi sampel uji yang mampu meredam radikal bebas 50%) digunakan sebagai parameter untuk menentukan aktivitas antioksidan sampel uji (Molyneux, 2004).

Radikal bebas DPPH Antioksidan DPPH (tereduksi) Radikal bebas terbentuk.

Gambar 2.3 .Reaksi Antara DPPH dengan Atom H yang Berasal dari Antioksidan (Molyneux, 2004).

Senyawa yang berperan sebagai antioksidan dengan cara memberikan atom

hidrogennya akan mereduksi DPPH sehingga terjadi perubahan warna DPPH dari

ungu menjadi kuning (Molyneux, 2004). Penapisan (screening) obat antikanker

biasanya didahului dengan penapisan akvitas antioksidan dari suatu senyawa. Hirota,

et al.,(2000) telah menggunakan DPPH radical-scavenging untuk uji pendahuluan

senyawa yang berasal dari miso sebelum diuji aktivitas antiproliferatifnya.

Atas dasar fungsinya, antioksidan dapat dibedakan menjadi lima bagian yaitu : 1. Antioksidan Primer : Antioksidan yang berfungsi mencegah terbentuknya

radikal bebas baru karena dapat merubah radikal bebas yang ada menjadi molekul yang berkurang dampak negatifnya, yaitu sebelum sempat bereaksi.

Antioksidan primer yang ada dalam tubuh yang sangat terkenal adalah enzim superoksida dismutase.

2. Antioksidan Sekunder : Antioksidan sekunder merupakan senyawa yang berfungsi menangkap radikal bebas serta mencegah terjadinya reaksi berantai sehingga tidak terjadi kerusakan yang lebih besar. Contoh antioksidan sekunder adalah vitamin E, vitamin C dan beta karoten yang dapat diperoleh dari buah- buahan.

3. Antioksidan Tersier : merupakan senyawa yang dapat memperbaiki sel-sel jaringan yang rusak karena serangan radikal bebas. Biasanya yang termasuk kelompok ini adalah enzim misalnya metionin sulfoksida reduktase yang dapat memperbaiki DNA dalam inti sel. Enzim tersebut bermanfaat untuk perbaikan DNA pada penderita Kanker.

4. Chelator atau Sequestrants : Senyawa Chelator atau Sequestrants dapat mengikat logam sehingga logam tersebut tidak dapat mengkatalisis reaksi oksidasi dan kerusakan dapat dicegah. Misalnya asam sitrat dan asam amino.

5. Oxygen Scavanger : antioksidan yang mampu mengikat oksigen sehingga tidak mendukung reaksi oksidasi, misalnya vitamin C (Kumalaningsih, 2006).

2.2.2. Uji Toksisitas Brine Shrimp Lethality Test (BSLT)

Metode BSLT adalah metode yang sederhana dan mudah dilakukan untuk menguji senyawa bioaktif dari bahan alam dengan menggunakan larva udang Artemia

salina Leach, baik untuk uji toksisitas, insektisida dan uji awal untuk senyawa

sitotoksik atau anti tumor (Meyer, et al., 1982). Penggunaan larva udang Artemia salina Leach untuk uji aktivitas biologis sudah dilakukan sejak tahun 1956 dan sejak saat itu metode ini banyak digunakan untuk studi lingkungan, toksisitas dan penapisan senyawa bioaktif di dalam ekstrak tanaman. Uji aktivitas dengan menggunakan larva udang Artemia salina Leach memiliki spektrum aktivitas farmakologi, mudah dilakukan, sederhana, cepat dan tidak memerlukan biaya besar dengan tingkat kepercayaan 95%. Cara yang dilakukan menggunakan sejumlah larva udang yang ditetaskan, kemudian ke dalam wadah yang berisi larva udang dimasukkan ekstrak tanaman yang diuji, kemudian dihitung mortalistasnya. Dalam metode BSLT, toksisitas senyawa antitumor dinyatakan dengan nilai Lethal concentration 50 (LC

50

)

,

yaitu konsentrasi senyawa yang memberikan tingkat mortalitas sebanyak 50%. Senyawa aktif akan memberikan mortalitas tinggi.

Semakin kecil nilai LC

50

maka semakin besar toksisitasnya. Suatu sampel dikatakan sangat toksik terhadap larva udang Artemia salina Leach apabila mempunyai LC

50

<

30 µg/mL, toksik apabila LC

50

30 – 1000 µg/mL dan tidak toksik apabila mempunyai LC

50

> 1000 µg/mL (Steven dan Molyneux, 1993). Uji BSLT dapat digunakan untuk uji bahan sebagai penenang, toksisitas, insektisida dan uji awal untuk senyawa sitotoksik atau antikanker (Meyer, et al., 1982).

2.2.3. Uji Anti Kanker

Untuk menentukan suatu bahan alami atau sintetis yang dapat digunakan sebagai anti kanker, terdapat beberapa istilah yang harus diperhatikan, berdasarkan efek biologi dari suatu senyawa terhadap sel yang dicobakan yaitu sitotoksik, anti tumor, dan anti kanker (Suffness dan Pezzuto, 1991; Bulan, 2002).

Sitotoksik adalah toksik terhadap sel dalam jaringan. Sifat ini dapat dibedakan menjadi sitostatik dan sitosidal. Sitotoksik yaitu menghentikan pertumbuhan sel yang

sering sekali reversible dan sitosidal yaitu pembunuhan terhadap sel. Antitumor

yaitu efektif terhadap suatu model sistem tumor secara in vivo. Antikanker yaitu

efektif dalam suatu percobaan terhadap suatu penyakit pada manusia. Sedangkan

untuk menetapkan suatu senyawa bersifat antikanker dilakukan beberapa tahap

penelitian yaitu uji sifat farmakologi dan aktivitas terhadap berbagai sel (penapisan

awal) adalah untuk menentukan toksisitas suatu senyawa. Uji toksikologi pra klinis

dan farmakologi pada hewan percobaan untuk menentukan sifat antitumor suatu

senyawa, dan uji coba klinik pada manusia untuk menetapkan suatu senyawa sebagai

obat antikanker. Penentuan sifat toksisitas suatu senyawa dilakukan melalui uji sifat

farmakologi dan aktivitasnya terhadap berbagai sel secara in vitro atau in vivo. Sel

yang digunakan antara lain sel P388 (sel limfositis yang berasal dari kanker pada

tikus), lini sel L

1210

(sel yang diisolasi dari limfa tikus), sel hela (sel yang berasal dari

kanker leher rahim manusia), sel KB (nasopharynx carsinoma), sel sarcoma 180 A,

sel walker 256 (Itokawa dan Takeya, 1993 ; Bulan, 2002). Berbagai macam lini sel

leukimia lebih sering digunakan untuk mengelusi mekanisme apoptosis. Hal ini

terjadi karena obat-obatan antikanker maupun reagen sitotoksik lebih efektif terhadap

kanker leukimia daripada penyakit kanker lainnya. Contoh lini sel leukimia lainnya

yang sering digunakan adalah lini sel promyelocytic HL-60 serta lini sel Jurkat T

(Zhang et al., 2008). Menurut penelitian yang dilakukan oleh Eagle dan Foley (1958),

sel kanker yang dibiakkan dalam kultur jaringan secara in vitro dapat digunakan

sebagai alat penapisan awal untuk mendeteksi sifat antitumor suatu zat. Toplin pada

tahun 1959 menyusun prosedur kultur jaringan untuk program penapisan zat

antikanker secara besar–besaran dan dengan prosedur tersebut telah berhasil menguji

aktivitas senyawa antitumor sebanyak 17.000 jenis senyawa hasil fermentasi. Sel

yang digunakan dalam kultur jaringan tersebut adalah sel hela. Hasil pengujian yang

diperoleh dibandingkan dengan pengujian secara in vivo pada tikus yang telah

diinokulasi dengan tumor. Ada korelasi sebesar 70% antara aktivitas antitumor pada

kultur jaringan dengan aktivitas pada tikus yang diinokulasi dengan tumor. Namun

ada beberapa kekecualian yaitu ada zat yang sangat aktif pada kultur jaringan tetapi

tidak aktif pada tikus percobaan dan sebaliknya ada zat yang aktif pada tikus

percobaan tetapi tidak aktif pada kultur jaringan dengan tingkat konsentrasi yang

sama. Maka dari kedua sistem tersebut dapat disimpulkan bahwa in vitro dan in vivo bersifat saling melengkapi.

Sejak tahun 1955–1975 lembaga kanker nasional Amerika (NCI, National Cancer Institute) menggunakan lini sel L

₁₂₁₀

untuk penapisan awal zat anti kanker, zat – zat yang aktif terhadap lini sel L

₁₂₁₀

, kemudian di uji secara in vivo pada tikus yang diinokulasi dengan tumor. Program penapisan yang dilakukan NCI berhasil menguji aktivitas 40.000 senyawa. Senyawa yang menunjukkan aktivitas terhadap lini sel L

1210

diuji lebih lanjut terhadap suatu panel uji sel tumor tikus sebelum dilakukan uji klinik. Selanjutnya NCI menggunakan suatu desain dalam penapisan awal untuk mendeteksi aktivitas suatu zat antitumor berdasarkan model seleksi dari beberapa tumor padat pada tikus. Hasil seleksi yang dilakukan menghasilkan sel P388 digunakan sebagai uji penapisan awal, karena sel ini sangat sensitif terhadap bermacam golongan senyawa dan banyak sekali senyawa–senyawa yang menunjukkan aktivitas terhadap sel P388. Setelah diketahui bahwa suatu zat aktif pada penapisan awal maka diuji lebih lanjut terhadap sel kanker yang lebih spesifik yaitu suatu panel uji sel tumor tikus baik secara in vitro maupun secara in vivo dan selanjutnya di uji lagi dengan sel xenograft tumor manusia. Sel tumor tikus yang biasa digunakan untuk panel uji tersebut adala lini sel L

₁₂₁₀

, sel Melanoma B16, sel tumor payudara CDFI, sel kanker paru–paru, dan sel tumor usus. Sedangkan sel xenograft tumor manusia digunakan sel tumor usus besar CX-1, sel tumor paru–paru LX-1, sel tumor payudara MX-1 (Suffnes dan Pezzuto, 1991).

Penentuan dapat atau tidaknya suatu zat dikembangkan sebagai obat anti kanker

didasarkan pada sifat toksisitasnya. NCI telah menetapkan kriteria aktivitas

berdasarkan nilai inhibisy Concentration 50 (IC

₅₀

) yaitu konsentrasi yang dibutuhkan

untuk menghambat pertumbuhan sel sebesar 50%. Suatu zat disebut bersifat

sitotoksik bila aktivitas terhadap sel uji mempunyai nilai IC

50

< 20 µg/ml untuk suatu

ekstrak, dan nilai IC

50

< 4 µg/mL untuk senyawa murni (Suffnes dan Pezzuto, 1991).

Selain IC

₅₀

untuk menentukan sifat sitotoksik suatu zat digunakan juga ukuran lain yaitu Lethal Dosis 50 (LD

₅₀

) yaitu dosis yang efektif untuk menghambat pertumbuhan sel sebesar 50%. Setelah lolos dari uji penapisan awal selanjutnya dilakukan uji toksikologi pra klinis dan farmakologis melalui pengujian secara in vivo dengan beberapa sistem tumor hewan yang dapat ditransplantasikan dan telah ditentukan sifat – sifatnya pada hewan percobaan. Kriteria yang ditetapkan pada hewan percobaan adalah berdasarkan nilai LD

50

(mg/Kg) yaitu dosis yang dapat menyebabkan kematian hewan percobaan sebesar 50%. Senyawa yang memberikan harapan yaitu senyawa yang tidak mempunyai toksisitas berlebihan dilanjutkan ke uji coba klinik fase I yaitu penelitian jaringan tempat efek toksik dan farmakologinya pada pasien kanker stadium lanjut. Konsentrasi awal yang dianggap aman untuk digunakan pada manusia adalah konsentrasi dengan nilai LD

10

pada hewan percobaan. Seterusnya dilakukan uji coba klinik fase II untuk menentukan jenis tumor tempat zat ini bermanfaat dan selanjutnya dilakukan uji coba klinik fase III untuk membandingkan zat tersebut dengan terapi standar terbaik. Untuk zat yang telah dinyatakan memenuhi standar tersebut diberi izin oleh Food and Drug Administration (FDA) untuk digunakan sebagai obat. Obat anti kanker yg ideal akan membasmi sel kanker tanpa merugikan jaringan normal (Salmon dan Sartorelli, 1998).

2.3. Kanker

Kanker adalah suatu pertumbuhan sel atau tumor, hasil dari pembelahan sel yang tidak normal dan tidak terkendali. Pada setiap pembelahan sel selalu diawali oleh pembelahan inti sel. Menurut teori dogma sentral, pada proses pembelahan inti sel terjadi proses replikasi (biosintesis molekul DNA) dan proses transkripsi (Watson, et. al, 1988).

2.3.1. Replikasi DNA

Tubuh mahkluk hidup tingkat tinggi terdiri dari lebih dari 5x10

¹²

sel. Total sel

sebanyak itu berasal dari satu sel, dimana sel tersebut mengalami proses pembelahan

dari satu sel menjadi dua sel, dua sel membelah menjadi empat sel, empat sel menjadi delapan sel dan begitu seterusnya. Pada setiap pembelahan sel selalu diawali oleh pembelahan inti sel. Komposisi kimia inti sel yaitu molekul DNA yang mempunyai struktur utas rangkap berpilin (DNA double helix) (Watson and Crick, 1953).

Pembelahan inti sel diawali oleh biosintesis molekul DNA dengan metode replikasi DNA (replication double helix concpt). Menurut teori dogma sentral (central dogma) setiap molekul DNA sel normal akan mengalami dua proses yaitu 1) proses replikasi (DNA → DNA (a) , 2) proses transkripsi (DNA → RNA) (b)

Replikasi

DNA Transkripsi RNA (b) DNA(a)

Gambar 2.4. Teori Dogma Sentral (Watson, et.al., 1988)

Replikasi molekul DNA (duplikasi DNA) adalah pembuatan copi DNA baru dimana DNA awal akan berfungsi sebagai patron atau cetakan (template) dalam mensintesis

rantaiDNAbaru.

Proses replikasi membutuhkan unsur-unsur berikut :

a. dNTP–dNTP yang meliputi: dATP; dGTP; dCTP dan dTTP.

b. Enzim unwindase yaitu enzim yang berfungsi untuk membuka rantai DNA utas

rangkap berbentuk heliks (double strands) menjadi utas tunggal (single strand).

c. DNA polimerase yaitu enzim yang berperan untuk membawa dNTP yang sesuai

(complementary partner strand) kepada rantai DNA awal yang telah membuka

sebagai cetakan (template) sehingga terbentuk rantai DNA baru.

Tahap Replikasi (biosintesis) DNA terdiri dari :

a. Tahap inisiasi adalah tahap terbukanya rantai DNA utas rangkap bentuk heliks oleh enzim unwindase, sehingga memungkinkan enzim DNA polimerase mengawali sintesis DNA baru.

b. Tahap pemanjangan (phase elonggation) yaitu proses pemanjangan rantai DNA baru dengan dibawanya dNTP yang sesuai merupakan basa-basa komplementer pada DNA cetakan oleh enzim DNA polimerase.

c. Tahap pengakhiran (phase termination) yaitu fase berakhirnya aktivitas enzim DNA polimerase untuk membawa dNTP-dNTP yang sesuai, karena DNA baru telah terbentuk dengan sempurna mengikuti pola basa yang terdapat pada DNA template.

Setelah selesai tahap terminasi, ada empat rantai molekul DNA utas tunggal yang

ditemukan yaitu dua rantai DNA lama yang kita beri simbol dengan Old dan dua

molekul DNA baru hasil sintesis yang diberi simbol New. Proses penggabungan

DNA untuk membentuk DNA utas rangkap berbentuk heliks oleh enzim ligase dan

enzim helikase melalui dua metode yang mungkin terjadi yaitu : 1) Metode

konservatif yaitu bila yang bergabung membentuk DNA utas rangkap adalah molekul

DNA lama (Old) dengan molekul DNA lama (Old) dan gabungan antara DNA baru

(New) dengan DNAbaru (New); 2) Metode semikonservatif yaitu bila yang

bergabung membentuk DNA utas rangkap adalah kombinasi antara molekul DNA

lama (Old) dengan molekul DNA baru (New) dan 3) Okazaki fragmentasi (Watson et

al.,1988).