Uploaded by Fahmi Imanullah

Laporan HKSA

advertisement
I. Tujuan
1.
2.
II.
Mengoptimasi geometri senyawa calon obat dan memprediksi parameter fisikokimia
untuk mempersiapkan data-data yang diperlukan untuk mencari persamaan HKSA.
Mengolah data optimasi geometri dan prediksi parameter fisikokimia hingga
mendapatkan persamaan HKSA yang valid dan mampu mendisain senyawa turunan baru
berdasarkan persamaan HKSA tersebut
Teori dasar
Analisis Hubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas (HKSA) merupakan salah satu aplikasi
dari kimia komputasi dan juga bagian yang dipelajari dalam bidang kimia medisinal. Dengan
metoda analisis HKSA, senyawa yang akan disintesis dapat didesain terlebih dahulu berdasarkan
hubungan antara sifat-sifat kimia serta fisik molekul dengan aktivitas biologisnya, dengan
menggunakan hubungan tersebut, aktivitas teoritik suatu senyawa baru dapat diprediksi, dan
dengan demikian fokus riset dapat dipersempit, biaya dan waktu pun dapat dihemat.
HKSA bertujuan untuk menghubungkan struktur molekul dengan aktivitas atau sifat
biologi yang menggunakan metode statistik. dengan A/S merupakan aktivitas atau sifat dan f
merupakan fungsi yang tergantung pada struktur molekul atau deskriptor molekul. Aktivitas
biologi dapat dinyatakan dalam log 1/C, Ki, IC50, ED50, EC50, log K, dan Km.
Selain hubungan dengan aktivitas atau sifat biologis, HKSA juga dapat digunakan untuk
menentukan sifat fisik dan sifat toksik suatu senyawa. Toksisitas senyawa biasa ditentukan
secara kuantitatif dalam ukuran konsentrasi efektif (Effective Concentration, EC atau Effective
Dose, ED), konsentrasi inhibisi (Inhibiton Concentration, IC) atau konsentrasi mematikan
(Lethal Dose, LD).
Metode Yang Digunakan Dalam Kajian HKSA:
a. Metode Hansch
Metode HKSA pertama dan yang paling terkenal adalah model yang diusulkan oleh
Hansch yang menyatakan hubungan lipofilitas relatif dengan potensi biologi yang digabungkan
dengan hubungan energi bebas linier (LFER) untuk model persamaan umum HKSA dalam konteks
biologi (Topliss, 1983). Lebih jauh, Hansch menyatakan bahwa hubungan struktur kimia dengan
aktivitas biologis (log 1/C) suatu turunan senyawa dapat dinyatakan secara kuantitatif melalui
parameter-parameter sifat fisika kimia dari substituen yaitu parameter hidrofofobik (π), elektronik
(σ), dan sterik (Es) yang terdapat pada molekul.
1
Dalam analisis Hansch parameter-parameter diperlakukan sebagai variabel bebas
(prediktor) untuk menerangkan harga aktivitas biologis. Analisis regresimultilinear banyak
digunakan dalammenurunkan koefisien model. Hansch mempelajari senyawa yang sudah
mempunyai kerangka dengan variasi struktur terbatas pada gugus fungsional pada sisi yang
spesifik. dengan menggunakan cara ini telah diterapkan dalam memprediksi pengaruh substituen
dalam sejumlah besar uji biologi (Richon and Young, 2000).
b. Metode Free-Wilson
Free dan Wilson mengusulkan suatu model matematika untuk menaksir efek
substituen tambahan dan untuk memperkirakan besar efek tersebut secara kuantitatif.
Metode Free-Wilson digunakan jika cara kerja obat tidak diketahui, uji biologis lambat dari pada
sintesis senyawa turunannya, dan atau sifat-sifat fisika kimia substituen tidak diketahui. Model ini
didasarkan pada perkiraan bahwa masing-masing substituen pada struktur senyawa induk
memberikan sumbangan tetap pada aktivitas bilogis. Perkiraan dasar pada model Free-Wilson
adalah semua obat yang diuji harus mempunyai struktur induk sama dan substituen harus
memberikan aktivitas biologis secara aditif dalam kedudukan yang sama dengan jumlah tetapan
yang bebas dari ada atau tidaknya substituen.
Keuntungan penggunaan model Free-Wilson dibanding model Hansch dalam studi HKSA
antara lain adalah pengerjaannya yang cepat, sederhana dan murah; tidak memerlukan informasi
tentang tetapan substituen seperti π, σ dan Es; lebih efektif terutama jika uji biologis lebih lambat
dibanding sintesis senyawa turunan, dan jika tidak terdapat tetapan substituen (Seydel,1990).
Kelemahan dari metoda ini adalah tak dapat digunakan untuk memperkirakan aktivitas yang di
luar substituen yang digunakan dalam seperangkat data dengan cara ekstrapolasi persamaan
regresi.
Kelemahan dari metoda ini adalah tak dapat digunakan untuk memperkirakan aktivitas
yang di luar substituen yang digunakan dalam seperangkat data dengan cara ekstrapolasi
persamaan regresi. Salah satu pemanfaatan metode analisis ini yang bisa dilakukan adalah
pengembangan senyawa antioksidan dan antiradikal.
c. Metode HKSA-3D
2
Analisis HKSA tiga dimensi (3D) dikembangkan sebagai antisipasi permasalahan yang
terdapat pada analisis Hansch, yaitu senyawa-senyawa enantiomer yang memiliki kuantitas kimia
fisika sama tetapi aktivitas biologi berbeda. Ternyata diketahui bahwa efek stereokimia memegang
peranan penting pada harga aktivitas biologis.
Metode HKSA 3D menggunakan analisis perbandingan medan molekular atau Comparative
Molecular Field Analysis (CoMFA). CoMFA dikembangkan sebagai pendekatan lain yang
memasukkan bentuk deskriptor dalam HKSA. Metode ini berusaha menyusun suatu hubungan
antara aktivitas biologi dan sifat sterik dan atau elektrostatik dari suatu seri senyawa.
Metode CoMFA berdasarkan pada congeneric suatu seri molekul. Molekul-molekul
tersebut terhampar sehingga strukturnya tumpang tindih dan berada pada konformasi dengan
aktivitas optimum. Medan molekular masing-masing molekul kemudian dihitung dengan
menempatkan molekul yang tumpang tindih dalam bentuk tiga dimensi.
Parameter Sifat Kimia dan Fisika Dalam HKSA
a. Parameter hidrofobik
Koefisien partisi oktanol/air yang dinyatakan dalam log P merupakan standar kuantitas
untuk menentukan sifat hidrofobik/hidrofilik suatu molekul. Parameter hidrofobik/hidrofilik
adalah sifat yang sangat penting dalam aplikasi biomedis. Sebagai contoh aplikasinya adalah untuk
memperkirakan distribusi obat dalam tubuh. Obat-obat yang bersifat hidrofobik dengan koefisien
partisi tinggi akan terdistribusi pada kompartemen yang bersifat hidrofobik pula, misalnya lapisan
lemak, sedangkan obat-obat yang bersifat hidrofilik dengan koefisien partisi rendah akan
terdistribusi pada kompartemen hidrofilik, misalnya serum darah. Nilai log P dalam oktanol/air
merupakan rasio logaritma konsentrasi zat terlarut dalam oktanol dengan konsentrasi zat terlarut
dalam air. Secara matematis dituliskan dalam persamaan (5).
b. Parameter elektronik
Penggunaan struktur elektronik sebagai prediktor dalam studi HKSA cenderung disukai
karena dapat ditentukan secara teoritik dan hasil yang diperoleh cukup memuaskan. Dalam hal ini,
metode kimia kuatum dapat digunakan untuk meminimalkan energi potensial dalam struktur
3
molekul serta memperkirakan muatan atom, energi molekular orbital, dan deskriptor elektronik
lainnya yang dapat menunjang studi HKSA.
Postulat mekanika kuantum menjadi dasar perhitungan dalam kimia kuantum. Dalam
kimia kuantum, sistem digambarkan sebagai fungsi gelombang yang dapat diperoleh dengan
menyelesaikan persamaan Schrödinger. Persamaan ini terkait dengan sistem dalam keadaan
stasioner dan energi sistem dinyatakan dalam operator Hamiltonian. Operator Hamiltonian dapat
dilihat sebagai aturan untuk mendapatkan energi terasosiasi dengan sebuah fungsi gelombang yang
menggambarkan posisi dari inti atom dan elektron dalam sistem.
Metode yang berdasarkan medan gaya molekular klasik dan metode kimia kuantum, masingmasing dapat digunakan untuk meminimalkan energi potensial struktur molekul. Kedua
pendekatan tersebut dapat digunakan untuk perhitungan secara termodinamik dan momen dwi
kutub tetapi hanya metode kimia kuantum yang dapat memperkirakan muatan-muatan atom,
energi orbital molekul, dan beberapa deskriptor elektronik lainnya dalam studi HKSA. Metode
kimia kuantum dapat diaplikasikan dalam HKSA dengan menurunkan deskriptor elektronik secara
langsung dari fungsi gelombang molekular.
c.
Parameter sterik
Parameter sterik yang sering digunakan dalam penelitian adalah berupa indeks topologi.
Pada hampir setiap kasus, para kimiawan lebih memilih untuk menggunakan indeks topologi
sebagai parameter sterik untuk melakukan evaluasi terhadap toksisitas dan untuk memprediksi
aktivitas biologi. Hal ini karena indeks topologi menawarkan cara yang mudah dalam pengukuran
cabang molekul, bentuk, ukuran, siklisitas, simetri, sentrisitas, dan kompleksitas.
Topologi molekul dapat digunakan sebagai pengujian molekul numerik dalam HKSA atau
HKSS. Indeks topologi menjelaskan bahwa suatu struktur kimia, disebut sebagai grafik kimia,
yaitu suatu model kimia yang digunakan untuk menjelaskan sifat interaksi antara obyek-obyek
kimia (atom, ikatan, gugusan atom, molekul, pasangan molekul, dan sebagainya).
4
III.
Data pengamatan
1. Data senyawa yang dipakai
2. Nilai R dari perhitungan HKSA 1 dan deskriptor yang
5
3. terpilih nya
LogIC50 = 24.943 +(2.558 x Eele)+(1.348 x LogP)+(0.129 x MD)+ (1.310 x entalpi)
-(128 x MR)+(1.776 x LogS) (persamaan HKSA1 dari bagian f)
4. Kombinasi deskriptor untuk menemukan persamaan HKSA 2
 Kombinasi yang dipilih adalah kombinasi dari 5 deskriptor dengan nilai R=0.896
LogIC50 = 20.446+(1.842 x Eele)+(0.099 x MD)+ (1.323 x entalpi) -(0.078 x
MR)+(1.251 x LogS)
5. Nilai dari LogIC50 prediksi
6
6. Plot LogIC50 prediksi dan Eksperimen
Plot LogIC50 eksperimen dan LogIC50 prediksi
3,5
y = 0,9678x + 0,174
R² = 0,9277
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
7. Data senyawa yang di hilangkan
LogIC50=27.573+(2.614 x eEle)+(0.064 x MD)+(1.634 x Entalpi )+(-0.103 x MR)+(1.757 x Log S)
(persamaan hksa III)
8. Validasi persamaan HKSA
7

Nilai R (syarat : Nilai R < 0.9)

Nilai Fhitung/Ftabel (syarat hasil dari Fhitung/Ftabel > 1)
𝐹ℎ𝑖𝑡𝑢𝑛𝑔/𝐹𝑡𝑎𝑏𝑒𝑙 =

8.276
= 2.0838
3.971523
Nilai 𝑞 2 dari persamaan (syarat q2 > 0.5 )
9. Pembuatan senyawa baru
8
3,4-difluoro-2-((2-fluoro-4-iodophenyl)amino)-6-((phenethylthio)methyl)benzamide
Tampilan 2 dimensi
struktur 3d
Entalpi=H=Eele+Thermal correction to Enthalpy =-0.05144 + 0.413245 = 0.3618
LogIC50=27.573+(2.614 x -0.5144360)+(0.064 x 4.1628)+(1.634 x 0.3618 )+(-0.103 x
137.32)+(1.757 x -10.17) = -3.70723559
(perhitungan LogIC50 dari senyawa baru)
9
IV.
Pembahasan
Pada penelitian ini, dilakukan studi Hubungan Kuantitatif Struktur dan Aktivitas (HKSA)
pada senyawa turunan benzamida untuk mencari hubungan antara sifat-sifat molekuler
(deskriptor) dengan aktivitas biologisnya sebagai inhibitor MEK secara alosterik. Deskriptor
digunakan sebagai parameter terseleksi dalam mengkaji sifat-sifat molekul. Penelitian ini
bertujuan mendapatkan persamaan HKSA yang valid yang selanjutnya digunakan untuk desain
senyawa baru berbasis benzamida.
Pada setiap dari 15 senyawa, dilakukan optimasi geometri menggunakan perangkat lunak
Gaussian 09 dengan metode semi empiris Austin-Model 1 (AM1). Selanjutnya pada setiap
struktur senyawa yang telah dioptimasi dilakukan perhitungan nilai desktiptor menggunakan
perangkat lunak Molecular operating environment .Adapun deskriptor yang digunakan dalam
penelitian ini adalah momen dipol (MD), energi elektronik (Eele), panas pembentukan (HF),
energi HOMO/Highest Occupied Molecular Orbital (HOMO), energi LUMO/Lowest
Unoccupied Molecular Orbital (LUMO), polaritas atom total (Apol)), kelarutan dalam air (Log
S), koefisien partisi (Log P), refraktivitas molar (Mr), dan energi trmal. Pemilihan ke-15
deskriptor tersebut dilakukan dengan mempertimbangkan sifat elektronik, sifat hidofobisitas, dan
sifat sterik senyawa, yang ketiganya menentukan farmakokinetika dan farmakodinamika obat.
10
Model HKSA dibangun dengan menggunakan analisis regresi multi linear dengan
bantuan perangkat lunak SPSS versi 14. Model HKSA menghubungkan deskriptor sebagai
variabel bebas (X) dan nilai pIC50 aktivitas penghambatan sebagai variabel terikat. Validitas
model HKSA diuji dengan kriteria statistik, seperti koefisien korelasi (R 2 ), nilai F, dan nilai
standard error of estimate. Menurut model HKSA di atas, aktivitas penghambatan senyawa
dipengaruhi oleh deskriptor energi elektronik (E_ele); koefisien partisi (Log P); refraktivitas
molar (Mr); moment dipol(MD) Dan entalpi (H)
validasi internal juga dilakukan dengan metode leave-one-out (LOO) cross validation
dengan menghitung nilai koefisien validasi silang tersebut (q 2 ). Pada metode LOO, setiap
senyawa dalam training set dieliminasi dan aktivitas biologisnya diprediksi menggunakan
persamaan yang dibuat dari senyawa lain dalam training set. Dalam data Model HKSA tersebut
telah memenuhi beberapa kriteria statistik, yaitu nilai koefisien validasi silang q 2 sebesar
0.99757; nilai R 2 sebesar 0.977; Fhitung/Ftabel= 2.0838, yang mengindikasikan bahwa model
tersebut valid
Desain senyawa baru dilakukan dengan cara penambahan subtituen pada senyawa induk
dari benzamida, rantai samping di ambil dali sekema topillis. Dari persamaan HKSA yang telah
divalidasi dapat dihitung dari senyawa baru yang dibuat hasil dari logIC50 nya adalah -3.707
(IC50=0.00019623).
V.
Kesimpulan
Pada penelitian ini telah dibangun sebuah model HKSA valid yang menghubungkan
struktur kimia senyawa turunan benzamida, Desain senyawa baru menggunakan model HKSA
tersebut diperoleh 1 senyawa baru dengan aktivitas prediksi yang lebih baik dari senyawa induk.
DAFTAR PUSTAKA
1. MEK, M. E. K. (2018). Hubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas (HKSA) dan Penambatan Molekul
2.
3.
Senyawa Turunan Benzamida sebagai Inhibitor Alosterik Mitogen Enhanced Kinase (MEK)
Quantitative Structure-Activity Relationship (QSAR) and Molecular Docking Studies of Benzamide
Derivatives as Allosteric Inhibitor of.
Saputra, A., Syahputra, R. A., & Tahir, I. (2013). Aplikasi regresi komponen utama untuk analisis
hubungan kuantitatif struktur-aktivitas antikanker senyawa turunan naftoquinon. Molekul, 8(2),
111-122.
Mustofa, M., Tahir, I., & Jumina, J. (2002). QSAR study of 1, 10-phenanthroline derivatives as the
antimalarial compounds using electronic descriptors based on semiempirical AM1
calculation. Indonesian Journal of Chemistry, 2(2), 91-96.
11
Download
Random flashcards
hardi

0 Cards oauth2_google_0810629b-edb6-401f-b28c-674c45d34d87

Rekening Agen Resmi De Nature Indonesia

9 Cards denaturerumahsehat

Rekening Agen Resmi De Nature Indonesia

9 Cards denaturerumahsehat

sport and healty

2 Cards Nova Aulia Rahman

Create flashcards