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

2015

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

SKRIPSIskripsi 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

F[rP. I 9680 420199 402fi01

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.

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

Penulis

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

2.1.2 Jalur NF-κß (nuclear factor-kappa-Beta)................ 9

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

vii

5.1 Kesimpulan......................................................................... 39

5.2 Saran.................................................................................... 39

DAFTAR PUSTAKA................................................................................ 40

LAMPIRAN.............................................................................................. 45

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

IL-6 : Interleukin 6

IL-12 : Interleukin 12

IL-18 : Interleukin 18

INF/IFN-γ : Interferon gamma

JNK : Jun N-terminal kinase

κß : Kappa Beta

LDL : Low density lipoprotein

MAPK : Mitogen-activated protein kinase

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

VCAM-1 : Vascular cell adhesion molecule-1

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

dengan atau lebih tinggi dari 140 mmHg dan tekanan diastolik

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

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

template

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

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

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

Lampiran 6. Optimasi Struktur 3D Andrografolid ....................................... 53

xvi

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.

Kata kunci : aterosklerosis, antiinflamasi, andrografolid, MAPK, NF-κß

xvii

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.

Keyword : atherosclerosis, antiinflammatory, andrographolide, MAPK, NF-κß