i

SIMULASI IN SILICO PROTEKSI SEL BETA

PANKREAS OLEH ANTOSIANIN MONOASILASI

DARI UBI UNGU (Ipomoea batatas L.)

Skripsi

NI LUH KOMANG NOVIA PARAMITA

1208505027

JURUSAN FARMASI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS UDAYANA

2016

ii

iii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, karena

atas berkat dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir I yang

berjudul “Simulasi In Silico Proteksi Sel Beta Pankreas oleh Antosianin

Monoasilasi dari Ubi Ungu (Ipomoea Batatas L.)” tepat pada waktunya.

Penyusunan tugas akhir I ini tidak terlepas dari dukungan, saran, dan

bimbingan dari berbagai pihak. Maka dari itu, pada kesempatan ini penulis ingin

mengucapkan terima kasih kepada:

1. Drs. Ida Bagus Made Suaskara, M.Si., selaku Dekan Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana.

2. Ni Made Pitri Susanti, S.Farm., M.Si., Apt. selaku Ketua Jurusan

Farmasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas

Udayana.

3. Ni Putu Linda Laksmiani, S.Farm., M.Sc., Apt. selaku dosen

pembimbing I yang dengan penuh perhatian dan kesabaran telah

memberikan motivasi, semangat, bimbingan, dan saran selama

penyusunan skripsi ini.

4. Ni Made Pitri Susanti, S.Farm., M.Si., Apt. selaku dosen pembimbing

II yang telah memberikan motivasi, semangat, bimbingan, dan saran

selama penyusunan skripsi ini.

5. Dr. Sagung Chandra Yowani, S.Si., M.Si., Apt. selaku dosen

pembimbing akademik selama penulis mengikuti pendidikan di Jurusan

Farmasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas

Udayana.

6. Seluruh dosen dan staf pegawai di Jurusan Farmasi Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana yang

telah mendukung penulis selama penyusunan skripsi ini.

7. Kedua orang tua penulis, I Nyoman Jiwa dan Ni Made Suci, serta Kak

Awan dan Kak Aris, terima kasih atas segala dukungan, doa dan

iv

semangat yang telah diberikan baik moral maupun material dalam

penyusunan skripsi ini.

8. Sahabat “Tanpo”, Tantri, Budi, Saput, Lina, Meci, Anggi, Widya, dan

Linda yang telah banyak membantu dan memberikan semangat dalam

penyusunan skripsi ini.

9. Teman-teman seperjuangan Docking, Ayu Sandra dan Mitsue Oka,

serta Gus Pur yang telah membantu dan saling mendukung dalam

penyusunan skripsi ini.

10. Keluarga besar Dioscuri Hygeia yang telah banyak membantu dan

memberikan semangat dalam penyusunan skripsi ini.

11. I Made Novi Dharma Jaya yang selalu memberikan masukan, semangat

dan motivasi dalam penyusunan skripsi ini, serta Kayla yang selalu

menjadi semangat penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

12. Semua pihak yang terlibat dan telah membantu penulis dalam

penyusunan skripsi ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.

Penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini masih belum sempurna.

Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran dari semua pihak yang

bersifat membangun sehingga di masa yang akan datang dapat menjadi lebih baik.

Penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang

memerlukan.

Bukit Jimbaran, 1 September 2016

Penulis

v

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL i

LEMBAR PENGESAHAN ii

KATA PENGANTAR iii

DAFTAR ISI v

DAFTAR SINGKATAN vii

DAFTAR ISTILAH viii

DAFTAR TABEL x

DAFTAR GAMBAR xi

DAFTAR LAMPIRAN xii

ABSTRAK xiv

ABSTRACT xv

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Rumusan Masalah 5

1.3 Tujuan Penelitian 6

1.4 Manfaat Penelitian 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tanaman Ubi Ungu 7

2.2 Antosianin pada Ubi Ungu 8

2.3 Diabetes Melitus 10

vi

2.4 Sel Beta Pankreas 12

2.5 Docking Molecular 13

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Rancangan Penelitian 16

3.2 Lokasi dan Waktu Penelitian 16

3.3 Bahan Penelitian 16

3.4 Alat Penelitian 17

3.5 Prosedur Penelitian

3.5.1 Preparasi Protein 17

3.5.2 Validasi Metode Docking Molecular 17

3.5.3 Optimasi Molekul Cyanidin dan Peonidin

Monoasilasi 3 Dimensi 18

3.5.4 Docking Cyanidin dan Peonidin Monoasilasi pada

Protein IL-1β, TNF-α, IFN γ, IκK, JAK1, JAK2,

dan caspase 3 18

3.5.5 Analisis Data 18

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Preparasi Struktur 3D Protein 20

4.2 Validasi Metode Docking Molecular 21

4.3 Preparasi dan Optimasi Struktur 3 Dimensi Cyanidin dan

Peonidin Monoasilasi 22

4.4 Docking Cyanidin dan Peonidin Monoasilasi pada Protein

IL-1β, TNF-α, IFN γ, IκK, JAK1, JAK2, dan Caspase 3 24

vii

4.5 Analisis Data 26

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan 30

5.2 Saran 30

DAFTAR PUSTAKA 31

LAMPIRAN 33

viii

DAFTAR SINGKATAN

FFA : Free fatty acid

GD2PP : Gula darah 2 jam post prandial

GDP : Gula darah puasa

IFN-γ : Interferon-gamma

IL-1β : Interleukin-1 Beta

iNOS : Inducible nitric oxide synthase

IκB : Inhibitor of kappa B

IκK : Inhibitor of kappa B kinase

JAK : Janus kinase

MAPK : Mitogen-activated protein kinase

NF-κB : Nuclear factor-kappa B

NO : Nitric oxide

PPAR- γ : Peroxisome proliferator-activated receptor-gamma

STAT 1 : Signal transducer and activation of transcription

TNF-α : Tumour necrosis factor-alpha

TZD : Thiazolidinedione

ix

DAFTAR ISTILAH

Afinitas : Kecenderungan suatu senyawa untuk membentuk

ikatan kimia dengan senyawa lain.

Apoptosis : Kematian sel yang diprogram dalam urutan

kejadian yang mengarah pada penghapusan sel

tanpa melepaskan zat berbahaya ke daerah

sekitarnya

Docking Molecular : Metode yang dapat memprediksi interaksi antara

protein dengan ligan secara molekuler

Glukoneogenesis : Pembentukan glukosa dari senyawa non-

karbohidrat, seperti asam laktat dan beberapa asam

amino

Hiperglikemi : Keadaan dimana kadar gula darah lebih tinggi dari

nilai normal

In Silico : Pemodelan virtual menggunakan komputer

In vitro : Penelitian yang tidak menggunakan organisme

hidup yang utuh, melainkan menggunakan media

kultur dalam kondisi terkontrol

In vivo : Penelitian yang menggunakan keseluruhan

organisme hidup sebagai subjek

Insufisiensi : Ketidakmampuan menjalankan fungsinya dengan

baik

x

Insulitis : Infiltrasi selular pulau Langerhans yang

menyebabkan peradangan

Monoasilasi : Penggantian atom Hidrogen pada senyawa organik

dengan satu gugus asil

Prevalensi : Jumlah keseluruhan kasus dalam populasi yang

menderita penyakit pada waktu tertentu

Proinflamasi : Memicu terjadinya inflamasi

Sitokin : Protein yang dihasilkan oleh sel-sel untuk

mempengaruhi sel lain

Stres oksidatif : Suatu keadaan dimana jumlah radikal bebas di

dalam tubuh melebihi kemampuan tubuh untuk

menetralkannya

xi

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 4.1 Hasil docking molecular antara Native Ligand dengan Protein IL-

1β, TNF-α, IFN γ, IκK, JAK1, JAK2, dan caspase 3..................

22

Tabel 4.2 Hasil docking molecular antara cyanidin dan peonidin

monoasilasi dengan protein IL-1β, TNF-α, IFN γ, IκK, JAK1,

JAK2, dan Caspase 3...................................................................

25

Tabel 4.3 Energi ikatan antara cyanidin dan peonidin dengan protein IL-1β,

TNF-α, IFN γ, IκK, JAK1, JAK2, dan Caspase 3.......................

28

xii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Ubi Ungu 7

Gambar 2.2 Struktur Molekul Cyanidin dan Peonidin Monoasilasi 9

Gambar 2.3 Jalur Induksi Apoptosis Sel Beta Pankreas 13

Gambar 4.1 Struktur Cyanidin monoasilasi setelah dilakukan kalkulasi

Single Point dan Geometry Optimization 23

Gambar 4.2 Struktur Peonidin monoasilasi setelah dilakukan kalkulasi

Single Point dan Geometry Optimization 24

Gambar 4.3 Struktur Cyanidin setelah dilakukan kalkulasi Single Point dan

Geometry Optimization 27

Gambar 4.4 Struktur Peonidin setelah dilakukan kalkulasi Single Point dan

Geometry Optimization 27

xiii

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Skema Umum Penelitian 33

Lampiran 2. Visualisasi interaksi yang terjadi antara cyanidin dan peonidin

dengan protein IL-1β, TNF-α, IFN γ, IκK, JAK1, JAK2, dan

Caspase 3 34

xiv

ABSTRAK

Ubi ungu (Ipomoea batatas L.) banyak mengandung antosianin, terutama

cyanidin dan peonidin. Cyanidin dan peonidin monoasilasi adalah antosianin

mayor pada Ubi ungu dan memiliki stabilitas lebih baik di lingkungan. Protein IL-

1β, TNF-α, IFN γ, IκK, JAK1, JAK2, dan caspase 3 merupakan protein yang

berperan dalam kematian sel beta pankreas. Penghambatan aktivitas protein

tersebut mampu melindungi sel beta pankreas dari stres oksidatif yang

menyebabkan kematian sel. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui mekanisme

molekuler dan afinitas cyanidin dan peonidin monoasilasi dari Ubi ungu terhadap

protein target dalam memproteksi sel beta pankreas. Metode in silico dengan

docking molecular dilakukan menggunakan beberapa software.

Analisis data dilakukan dengan membandingkan energi ikatan antara

antosianin dengan native ligand. Energi ikatan cyanidin dan peonidin monoasilasi

dengan protein target bernilai positif, sehingga diketahui bahwa tidak terbentuk

ikatan antara ligan dengan protein target. Berdasarkan data bioavailabiliatas

antosianin dari Ubi ungu, gugus asil dan gula pada antosianin monoasilasi akan

mengalami hidrolis is menjadi bentuk aglikon antosianin. Oleh karena itu,

dilakukan juga docking aglikon cyanidin dan peonidin terhadap protein target.

Energi ikatan aglikon cyanidin dan peonidin dengan protein target bernilai negatif,

yaitu berkisar antara -8,42 sampai -3,8 kkal/mol dan -8,43 sampai -3,37 kkal/mol.

Hal tersebut menunjukan bahwa terdapat ikatan antara ligan dengan protein target.

Hasil docking molecular menunjukkan bahwa cyanidin dan peonidin

monoasilasi tidak berpotensi dalam memproteksi sel beta pankreas karena tidak

dapat berikatan dengan protein target. Namun, aglikon cyanidin dan peonidin

memiliki potensi dalam memproteksi sel beta pankreas karena mampu berikatan

dengan protein target.

Kata kunci: antosianin,ubi ungu, diabetes mellitus, sel beta pankreas, docking

molecular

xv

ABSTRACT

Purple sweet potato (Ipomoea batatas L.) contains anthocyanins, namely

cyanidin and peonidin. Cyanidin and peonidin monoacylated is the major

anthocyanin in purple sweet potato and have better stability in the environment.

IL-1β, TNF-α, IFN γ, IκK, JAK1, JAK2, and caspase 3 are protein that plays a

role in the death of pancreatic beta cells. Inhibition of the activity of these proteins

are able to protect beta cells from oxidative stress that leads to cell death. This

study was conducted to determine the molecular mechanisms and affinity of

cyanidin and peonidin monoacylated towards the target protein in protecting

pancreatic beta cells. In silico methods with docking molecular was performed

using several software.

Data analysis is done by comparing the binding energy between the native

ligand and anthocyanins. Binding energy of cyanidin and peonidin monoacylated

with the target protein is positive, so it can be said that no bonds are formed

between the ligand to the target protein. Based on data bioavailability of

anthocyanins from purple sweet potato, acyl and sugar group on anthocyanin

monoacylated will undergo hydrolysis to the aglycone form of anthocyanins.

Therefore, do also docking aglycones cyanidin and peonidin against the target

protein. Binding energy of aglycones cyanidin and peonidin with the target

protein is negative, ranging from -8,42 to -3,8 kcal/mol and -8,43 to -3,37

kcal/mol. It shows that there is a bond between a ligand to the target protein.

Molecular docking results showed that cyanidin and peonidin monoacylated

has no potential in protecting pancreatic beta cells because it can not bind to the

target protein. However, aglycones cyanidin and peonidin has the potential to

protect pancreatic beta cells because it can bind to the target protein.

Keywords: anthocyanin, purple sweet potato, diabetes mellitus, pancreatic beta

cell, docking molecular