REVIEW KIMIA MEDISINAL ANALISIS HKSA SENYAWA ANTIMALARIA TURUNAN 1,10-FENANTROLIN Dosen Pembimbing : Liling Triyasmono, S.Farm., M.Sc., Apt.
Disusun Oleh: KELOMPOK 11 Muslimah
J1E111006
Rozmita Rizkia Mulyadi
J1E111066
Marzuki
J1E111074
Windi Ayu Aprilliani
J1E111221
PROGRAM STUDI S-1 FARMASI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETEHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT BANJARBARU 2013
Review Jurnal Kimia Medisinal
CALCULATI ON OF DESCRI PTOR WI TH A NI ON SALTS: QUANTI TAVE STRUCTURE-ACTI VI TY RELATI ONSH I P ANAL YSI S OF ANTI M ALARI A 1,10-PH ENANTH ROLI NE DERIVATI VES COM POUNDS
PERHITUNGAN DESKRIPTOR DENGAN MELIBATKAN ANION GARAM: ANALISIS HUBUNGAN KUANTITATIF STRUKTUR-AKTIVITAS SENYAWA ANTIMALARIA TURUNAN 1,10-FENANTROLIN
Abstrak
Perhitungan deskriptor dengan garam anion seri turunan 1,10-fenantrolin sebagai antiplasmodial senyawa telah dilakukan. Hubungan Kuantitatif StrukturAktivitas (QSAR) analisis dari serangkaian turunan 1,10-fenantrolin telah dilakukan dengan menggunakan muatan bersih atom (q), momen dipol (μ) ELUMO, EHOMO, Polarisabilitas (α) dan log P sebagai deskriptor. Deskriptor diperoleh dari komputasi metode kimia menggunakan PM3 semi-empiris. Kegiatan antiplasmodial diambil sebagai aktivitas obat terhadap klorokuin – resistant Plasmodium falciparum FCR3 saring dan disajikan sebagai nilai ln (1/IC50) mana IC50 adalah konsentrasi efektif menghambat 50 % pertumbuhan parasit. Model terbaik model QSAR ditentukan dengan metode regresi linier berganda dan memberikan persamaan QSAR : ln 1/IC50= 15,29 - (12,399) qc2 + (106,149) QC5 + (71,572) qC6 + (82,445) qC7 (4,801) qC8 + (73,828) qN10- (34,446) QC12 - (6.020) ELUMO- (0,033) polarisabilitas - (0.283) log P. Persamaan signifikan pada tingkat 95 % dengan parameter statistik : n = 16; r = 0,998 ; r2= 0,996 , SE = 0.146 ; Fcalc/ Ftabel= 44,69 dan memberikan tekanan = 0.095. Hal ini berarti bahwa adanya relatif sedikit penyimpangan antara data eksperimental dan data teoritis aktivitas antimalaria.
Kata kunci : anion garam, analisis HKSA, antimalaria, 1,10-fenantrolin
Hasil Penelitian Upaya yang dilakukan untuk menemukan antimalaria baru menunjukkan bahwa kerangka fenantren-1,10 yang aktifitas antiplasmodial yang baik. Dari sintesis beberapa turunan 1,10-fenantrolin yang telah diuji aktifitas antiplasmodialnya diperoleh hasil yang menunjukkan beberapa senyawa mempunyai aktifitas yang setara dengan klorokuin sebagai antimalaria utama, tetapi masih kurang aktif dibandingkan halofantrin sebagai prototipe golongan fenantren. Lebih lanjut, dilakukan model persamaan yang menggambarkan hubungan struktur elektronik aktifitas antiplasmodial telah diperoleh melalui analisis HKSA dengan menggunakan metode perhitungan AMI, yang secara teoritis mempunyai aktifitas lebih baik dari senyawa turunan fenantrolin-1,10 sebelumnya. Dari penelitian yang telah dilakukan Hadanu, dkk (2007) yaitu evaluasi Hubungan Kuantitatif struktur dan Aktifitas (HKSA) terhadap seri senyawa garam 1,10-fenantrolin dengan perhitungan deskriptor senyawa garam yang tidak melibatkan anion garam diperoleh 6 model persamaan HKSA, dan selanjutnya dipilih salah satu model berdasarkan parameter statistik masing-masing model HKSA tersebut. Model HKSA yang terpilih sebagai model persamaan HKSA yang terbaik, adalah sebagai berikut: ln 1/IC50 = 3,732 + (5,098)qC5 + (7,051)qC7 + (36,696)qC9 + (41,467)qC11 – (135,497)qC12 + (0,332)momen dipole – (0,170)polarisabilitas + (0,757)log P. n=16; r=0,987; r 2= 0,975; SE=0,317; Fhit/Ftab = 15,337; PRESS=0,707. Dengan struktur senyawa turunan 1,10-fenantrolin dan nilai IC50 adalah sebagai berikut:
Gambar 1. Struktur 1,10-fenantrolin
Tabel 1. Tabel struktur kimia 1,10-fenantrolin dan turunannya
Penelitian lebih lanjut dilakukan oleh Solikhah dkk (2007) dan Wijayanti dkk (2007) yaitu melakukan uji aktivitas in vitro dan in vivo senyawa turunan 1,10fenantrolin terhadap Plasmodium falciparum strain FCR-3 resisten klorokuin dan D10 sensitif klorokuin. Jika dilihat nilai IC 50 teoritis hasil analisis HKSA yang dibandingkan dengan nilai IC50 hasil uji aktivitas di laboratorium, terdapat beberapa senyawa yang mempunyai perbedaan yang kecil tetapi ada beberapa senyawa yang mempunyai perbedaan nilai IC50 yang cukup besar, yang diduga ini disebabkan oleh anion garam yang diabaikan pada metode perhitungan karena sulit melibatkan anion garam pada penggambaran struktur 2 dimensi maupun 3 dimensi pada program HyperChem. Oleh karena itu untuk mengatasi masalah anion garam turunan 1,10fenantrolin tersebut, dilakukan perhitungan deskriptor dengan cara mengikatkan secara kovalen dengan kation garamnya. Setiap senyawa yang digunakan sebagai bahan (Tabel 1) dibuat struktur 3 dimensi dengan paket program HyperChem, dilakukan optimasi struktur geometri yang lebih stabil dengan metode semi empirik PM3, dan lalu dilakukan perhitungan single point . Parameter yang digunakan adalah parameter elektronik berupa muatan bersih atom, momen dipole, energi LUMO, energi HOMO, polarisabilitas dan log P; yang merupakan variabel bebas. Dengan variabel tak bebas berupa aktivitas antimalaria (IC50). Kemudian dilakukan analisis menggunakan regresi multilinear metode backward untuk mengetahui variabel bebas mana yang berpengaruh. Dari 2
sini, diperoleh nilai parameter statistik berupa nilai r, r , F, nilai tetapan, dan nilai koefisien setiap variabel bebas yang terlibat; nilai koefisien digunakan untuk menghitung IC50 teoritis lalu perhitungan nilai PRESS untuk mengetahui kualitas dan kemampuan prediksi dari persamaan yang dihasilkan. PRESS =∑ log IC50 eksperimen – log IC50 prediksi)2 Pertama, semua deskriptor yang diperoleh dianalisis program SPSS untuk melihat dari awal bagaimana sesungguhnya hubungan atau korelasi antar variabel. Jika nilai korelasi positif maka menunjukkan korelasi yang saling mendukung dan erat sedangkan nilai korelasi negatif menunjukkan efek variabel yang satu berbanding terbalik dengan variabel lainnya. Berikut (Tabel 2) adalah hasil perhitungan harga korelasi:
Selanjutnya, hasil tabel tersebut dianalisis menggunakan metode regresi multilinear dengan program SPSS for Windows versi 13,0 dan diperoleh 5 model persamaan HKSA (Tabel 3). Dari 5 model persamaan tersebut dipilih 1 model persamaan yang terbaik yaitu model persamaan ke 4. Model 4 sebagai persamaan terbaik karena memiliki parameter statistik yang lebih baik dibanding dengan model yang lain, yaitu r = 0,998; r 2= 0,996; adjusted R square = 0,989; Fhit/Ftab=44,69; SE=0,146; dan PRESS = 0,095. Berikut model persamaan HKSA dan koefisien variabel (Tabel 4):
Persamaan model 4 tersebut dapat ditulis: ln 1/IC50 = 15,29 - 12,399 qC2 + 106,149 qC5 + 71,572 qC6 + 82,445 qC7 4,801 qC8 + 73,828 qN10 - 34,446 qC12 - 6,020 ELUMO - 0,033 polarisabilitas - 0,283 log P. dengan n=16; r = 0,998; r2= 0,996; Fhit/Ftab= 44,69; SE=0,146; PRESS = 0,095. Dengan model persamaan tersebut diperoleh nilai aktivitas antimalaria prediksi (IC50 prediksi) dan korelasinya dengan aktivitas antimalaria eksperimen (IC50 eksperimen) 2
dengan menggunakan metode semi empirik PM3 dengan linearitas r = 0,995; dengan korelasi seperti pada Gambar 1 sebagai berikut:
REVIEW a.
HKSA Quantitative Structure-Activity Relationship (QSAR) atau hubungan kuantitatif struktur aktivitas (HKSA). Kajian ini mempelajari korelasi secara kuantitatif antara struktur molekul dan nilai aktivitas biologis yang terukur secara eksperimen. Kajian QSAR menjabarkan suatu model persamaan yang menghubungkan ketergantungan harga aktivitas suatu senyawa secara eksperimendengan struktur molekul. Secara umum aktivitas senyawa adalah aktivitas biologisyang telah diuji secara klinis. Perkembangan kimia komputasi memungkinkan untuk perhitungan kuantum suatu senyawa sehingga dapat diperoleh struktur elektroniksenyawa tersebut, yang dapat dinyatakan dengan parameter muatan atom, momen dwi kutub, kerapatan elektron dan lain-lain (Syarifah et al , 2004). Hasil penelitian berdasarkan jurnal menunjukkan bahwa persamaan HKSA yang diperoleh untuk memodelkan senyawa baru dari 1,10-fenantrolin tersebut dihitung secara deskriptor dengan metode semi empirik PM3 dengan melibatkan anion garam yang terikat secara kovalen dengan kation. Semua deskriptor yang diperoleh dianalisis dengan analisis regresi multilinear, yang merupakan analisis yang dilakukan untuk mendapatkan persamaan QSAR, terlebih dahulu data disajikan data tabel yang meliputi masing-masing aktivitas (dalam log(1/IC50)) sebagai variabel tak bebas dan nilai QSAR properties sebagai variabel bebas. Korelasi parameter dihitung dengan aktivitas senyawa berdasarkan analisis regresi linear menggunakan program SPSS for Windows
metode backward pada data yang telah dipisahkan (Syarifah et al , 2004). Dan diperoleh model persamaan ke 4 memiliki parameter statistik yang lebih baik dibanding dengan model yang lain, yaitu r = 0,998; r 2= 0,996; adjusted R square = 0,989; Fhit/Ftab=44,69; SE=0,146; dan PRESS = 0,095; dengan nilai log P yang cukup besar dibanding yang lain, diharapkan penembusan membran sampai ke tempat target dan terkait proses farmakokinetika di dalam tubuh efektif.
b.
Mekanisme kerja obat golongan kunolin (Golongan obat antimalaria yang memiliki struktur dasar kuinolin yaitu kuinin, klorokuin, amodiakuin dan meflokuin) Untuk kelangsungan hidupnya Plasmodium falciparum memerlukan zat makanan yang diperoleh dengan cara mencerna hemoglobin dan vacuola makanan yang bersifat asam. Hemoglobin yang dicerna selain menghasilkan asam amino yang menjadi nutrient bagi parasit, juga menghasilkan zat toksik yang disebut ferryprotoporphyrin (FP IX). Klorokuin dan antimalaria yang mengandung cincin quinolin lainnya membentuk kompleks dengan FP IX dalam vacuola. Kompleks obat-FP IX tersebut sangat toksik dan tidak dapat bergabung membentuk pigmen. Toksin kompleks obat-FP IX meracuni vacuola menghambat ambilan (intake) makanan sehingga parasit mati kelaparan (Krogstat et al , 1987). Kompleks klorokuin-FP IX juga mengganggu permeabilitas membrane parasit dan pompa proton membrane. Mekanisme kerja yang lain adalah dengan berinterkelasi dengan DNA parasit dan menghambat DNA polimerase (kuinin). Klorokuin juga bersifat basa lemah sehingga, masuknya klorokuin ke dalam vakuola makanan yang bersifat asam akan meningkatkan pH organel tersebut. Perubahan pH akan menghambat aktivitas aspartase dan cysteinase protease yang terdapat di dalam vakuola makanan sehingga metabolisme parasit terganggu (Okpako, 1991). Tidak seperti kuinin dan aminokuinolin lainnya, meflokuin tidak berinterkelasi dengan DNA. Meflokuin bekerja dengan menghambat pengeluaran (up take) klorokuin pada sel yang terinfeksi, mekanisme ini menerangkan efek antagonis dari klorokuin dan meflokuin pada parasit yang sedang tumbuh. Meflokuin
berinterferensi dengan transport hemoglobin dari eritrosit pada vakuola makanan di parasit. Meflokuin hanya mempengaruhi bentuk aseksual dari parasit dan tidak mempengaruhi efek pada bentuk exo-eritrosit hati atau stadium gametosid (Pradines et al , 2002).
c.
Hasil penelitian Hasil penelitian menyatakan model ke 4 dari turunan 1,10-fenantrolin memiliki parameter statistik yang lebih baik dibanding dengan model lain, 2
yaitu yaitu r = 0,998; r = 0,996; adjusted R square = 0,989; Fhit/Ftab=44,69; SE=0,146; dan PRESS = 0,095. Dari parameter tersebut diperoleh model persamaan sebagai berikut: ln 1/IC50 = 15,29 - 12,399 qC2 + 106,149 qC5 + 71,572 qC6 + 82,445 qC7 4,801 qC8 + 73,828 qN10 - 34,446 qC12 - 6,020 ELUMO - 0,033 polarisabilitas - 0,283 log P. dengan n=16; r = 0,998; r2= 0,996; Fhit/Ftab= 44,69; SE=0,146; PRESS = 0,095. Dari model persamaan ini diperoleh nilai aktivitas antimalaria prediksi (IC 50 prediksi) dan korelasinya dengan aktivitas antimalaria eksperimen (IC50 eksperimen) dengan menggunakan metode semi empirik PM3 dengan linearitas 2
r = 0,995, dengan grafik yang semakin meningkat/naik secara linear. Inhibition Consentrasion (IC50) adalah konsentrasi suatu zat yang dibutuhkan untuk menghambat 50% infeksi malaria.
DAFTAR PUSTAKA
Hadanu, R. et al . 2008. Perhitungan Deskriptor dengan Melibatkan Anion Garam: Analisis Hubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas Senyawa Antimalaria Turunan 1,10 Fenantrolin. Marina Chimica Acta. Vol. 1 No. 2. ISSN 14112132 Krogstat, DJ, Gluzman.IY, Kyle DE et al. Efflux of chloroquine from Plasmodium falciparum mechanism Of Chloroquine Resistance. Science; (1987) 238 .1283-85. Okpako DT. Principles of Pharmacology. Cambridge Universi Press; (1991). 228232 Pradines B, Alibert S, Houdoin C. et al . In Vitro Increase in Chloroquine Accumulation Induced by Dihydroethano and Ethenoanthracene Derivatives in Plasmodium falciparum- Parasitized Erythrocytes. Antimicrobial Agents and Chemotherapy ; (2002) . 46(7. Syarifah, N., P. Iswanto., & I. Tahir. 2004. Hubungan Kuantitatif Struktur dan Aktivitas Antikanker Senyawa Turunan Estradiol Hasil Perhitungan Metode Semiempiris AM1. Prossiding Seminar Nasional Kimia XV . ISSN No. 14108313.
