1 PENDAHULUAN Telah dilakukan penelitian isolat dari buah

PENDAHULUAN
Telah dilakukan penelitian isolat dari buah mahkota dewa, yang merupakan
senyawa berkerangka benzofenon terhadap rattus novergicus (tikus) galur Wistar
betina yang diinduksi λ-karagenan. Hasil uji menunjukkan adanya aktivitas
antiinflamasi yang berbeda bermakna terhadap kontrol (Mariani, 2005).
Sebagai upaya pengembangan dan pemanfaatan tanaman obat Indonesia, maka
perlu dilakukan penelitian lanjutan terhadap isolat falerin. Sehingga dapat
diketahui dengan lengkap potensi senyawa tersebut sebagai senyawa obat baru.
Uji biodistribusi dilakukan untuk mengetahui jumlah senyawa yang terakumulasi
dalam organ. Uji ini dilakukan dengan metode perunut (tracer) radioaktif, yaitu
memanfaatkan falerin bertanda atom radioaktif untuk mempelajari perilaku falerin
di dalam tubuh hewan serta akumulasinya.
Senyawa falerin yang ditandai radionuklida Iodinium-131 (131I+) dapat disintesis
melalui
metode
oksidasi
kloramin-T.
Sementara
itu
penambahan
atau
pengurangan atom yang tidak tepat terhadap struktur molekul tentu bisa
mengakibatkan terjadinya perubahan struktur dan sifat elektronik molekul,
sehingga sifat fisiko-kimia yang berkaitan dengan interaksi biologi didalam tubuh
akan berbeda antara falerin dengan falerin yang ditandai
131 +
I . Untuk mengetahui
ada atau tidak adanya perubahan tersebut maka dilakukan penelitian mengenai
“Studi Pelabelan Falerin dengan Iodinium-131 Menggunakan Metode Komputasi
AM1”.
1
BAB 1
TINJAUAN PUSTAKA
1.1 Klasifikasi Botani Mahkota Dewa
Pada sistematika tumbuhan, mahkota dewa termasuk divisi Magnoliophyta, Kelas
Magnoliopsida, Marga Phaleria, Jenis Phaleria macrocarpa (Scheff.) Boerl.
1.1.2 Nama Lain (sinonim)
Nama lain Phaleria macrocarpa (Scheff.) Boerl adalah Phaleria papuana Warb
var. Wichnanii (val) Back (Backer, C.A. dan R.C.B. Van den Brink, 1963).
1.1.3 Nama Daerah
Nama daerah buah mahkota dewa di daerah Sumatera dan Melayu disebut
simalakama sedangkan di Jawa disebut makuto dewo (Harmanto, 2001, Winarto,
2003).
1.1.4 Morfologi Tumbuhan
Tanaman mahkota dewa berupa perdu, tumbuh sepanjang tahun, tegak, dan dapat
mencapai ketinggian 1-2,5 meter. Umur tanaman dapat mencapai puluhan tahun.
Pohon mahkota dewa terdiri dari akar, batang, daun, bunga, dan buah. Akarnya
berupa akar tunggang. Panjang akar bisa mencapai 100 cm.
Batangnya terdiri dari kulit dan kayu. Batang bulat, diameternya mencapai 15 cm,
percabangan simpodial, permukaan kasar, kulit berwarna coklat kehijauan, dan
kayunya berwarna putih (Harmanto, 2001, Winarto, 2003).
Daun mahkota dewa berupa daun tunggal, berhadapan. Tangkai daun bulat,
panjang 3-5 mm dan berwarna hijau. Helaian daun berbentuk lanset atau lonjong,
ujung dan pangkal runcing, tepi rata, panjang 7-10 cm dan lebar 2-5 cm.
2
3
Pertulangan daun menyirip, permukaan daun licin, tidak berbulu, dan berwarna
hijau.
Bunga keluar sepanjang tahun, letaknya tersebar di batang atau ketiak daun,
bentuk tabung, berukuran kecil, berwarna putih, dan harum. Ukurannya kira-kira
sebesar bunga pohon cengkeh. Bunga ini keluar sepanjang tahun, tetapi paling
banyak muncul pada musim hujan.
Buah bentuk bulat, diameter 3-5 cm, permukaan licin, dan beralur. Buah mahkota
dewa terdiri dari kulit, daging, cangkang, dan biji. Saat masih muda, kulitnya
berwarna hijau dan saat sudah tua warnanya berubah menjadi merah marun.
Ketebalan kulit sekitar 0,5-1 mm. Daging buah berwarna putih, berserat dan
berair. Ketebalan daging bervariasi tergantung pada ukuran buah. Cangkang buah
adalah batok pada biji. Cangkang buah berwarna putih, berserat dan berair.
Ketebalan daging bervariasi tergantung kepada ukuran buah (bisa mencapai 2
mm).
Biji buah bulat, berwarna putih. Diameternya mencapai 2 cm, Biji ini sangat
beracun (Harmanto, 2001).
1.2 Ekologi dan Penyebaran Mahkota Dewa
Tanaman mahkota dewa adalah tanaman yang berasal dari Papua. Mahkota dewa
terkadang masih dapat dijumpai tumbuh liar di daerah hutan dan umumnya
dibudidayakan sebagai tanaman hias atau tanaman peneduh. Tanaman ini dapat
tumbuh dengan kandungan bahan organik yang tinggi, pada ketinggian 10-1200 m
di atas permukaan laut (Harmanto, 2001).
1.3
Efek Farmakologi Mahkota Dewa
Efek farmakologi dari daun dan buah mahkota dewa yang sudah diketahui, yaitu
antihistamin, antioksidan, diabetes, dan antiradang (Harmanto, 2001; Hakim, R.
W, 2004; Ratna, 2003; Mariani, R, 2005; Muchtadi, A., 2006).
4
1.4
Kandungan Kimia Mahkota Dewa
Daun mahkota dewa mengandung alkaloid, saponin, dan polifenol. Kulit buah
mengandung alkaloid, saponin, terpenoid, dan flavonoid. Pada buah mahkota
dewa telah berhasil diisolasi komponen utama dari buah, yaitu senyawa 4’,6dihidroksi-4-metoksibenzofenon-2-O-glukosida, cincin aromatiknya tersubtitusi
metoksi (Nawawi, A., 2004; Hakim, R. W., 2004).
1.5
Falerin (4,5-dihidroksi-4’-metoksibenzofenon-3-O-glukosida)
Gambar 1.1 Struktur Falerin
Adalah suatu senyawa hidroksi benzofenon glukosida yang salah satu cincin
aromatiknya tersubtitusi metoksi, merupakan senyawa dominan dalam buah
mahkota dewa. Berupa kristal berwarna kekuningan dengan titik leleh 202-203
°C, Rf 0,42 pada KLT pelat silika gel GF 254 pra salut, pengembang khloroformmetanol (7:3), dan penampak bercak asam sulfat 10 % dalam metanol.
Karakterisasi senyawa ini menunjukkan hasil sebagai berikut ini:
a. Spektrum Ultraviolet
Serapan maksimum pada panjang gelombang 210 nm dan 294 nm.
b. Spektrum Inframerah
Gugus hidroksil pada puncak 3368 cm-1, karbon alifatik pada 2931 cm-1, gugus
aromatik pada 685, 1651, 1506 cm-1, serta gugus karbonil yang ditunjukkan
puncak yang tajam pada 1651 cm-1.
5
c. Spektrum Resonansi Magnetik Inti Proton
Enam proton aromatik pada δ 6,18 ppm, 6,34 ppm, 6,75 ppm, 6,86 ppm, 7,58
ppm, dan 7,71 ppm (cincin aromatik), proton anomerik pada δ 4,87 ppm (adanya
gula) dan 3 proton metoksi pada δ 3,19 ppm, 3,57 ppm, dan 3,75 ppm (Mariani,
R, K. Ruslan, dan A. Nawawi, 2005).
1.6 Metode Kloramin-T
Metode ini merupakan salah satu metode yang umum digunakan untuk
mensintesis senyawa bertanda. Pada tahap awal reaksi metode oksidasi kloraminT atom klorida dari kloramin-T dilepaskan sebagai asam hipoklorit (Cl+) yang
mengoksidasi
131 -
I menjadi 131I+. Skema reaksi metode oksidasi kloramin-T dapat
dilihat pada gambar 1.3 dibawah ini:
Gambar 1.2 Reaksi oksidasi kloramin-T
1.7
Kimia Komputasi
Kimia komputasi merupakan disiplin baru ilmu kimia untuk mempelajari dan
memahami sifat fisiko-kimia, reaksi dan proses kimia dengan menggunakan
metoda mekanika molekul, dinamika molekul, atau mekanika kuantum. Mekanika
molekul dan mekanika kuantum mempunyai tujuan sama yaitu menghitung energi
dan turunan energi yang diperlukan untuk menghasilkan dan menyelidiki energi
6
potensial permukaan molekul (energi elektron sebagai fungsi dari posisinya
terhadap inti) (Hypercube, 2002).
Perhitungan mekanik kuantum untuk molekul beratom banyak (polyatom)
didasarkan pendekatan Born-Oppenheimer, dimana gerak inti atom dan elektron
dianggap terpisah. Pendekatan ini menggambarkan suatu model pergerakan inti
atom pada energi potensial permukaan dengan elektron yang bergerak
menyesuaikan diri sesuai pergerakan inti atom. Pergerakan ini diatur oleh
interaksi inti atom dan elektron. Pada tiap posisi inti tertentu, energi potensial
merupakan penjumlahan dari penolakan antar inti bermuatan positif dan penarikan
oleh elektron. Elektron merupakan pengikat yang mengikat inti bersama-sama
(Hypercube, 2002).
Mekanika kuantum merupakan teori mengenai pergerakan dan interaksi elektron
berdasarkan asumsi bahwa elektron melintas mengelilingi inti atom terbatas pada
bilangan orbital tertentu, dan tiap orbital mempunyai energi dan radius yang
spesifik. Elektron dapat berpindah dari satu orbital ke orbital lainnya dengan
mengabsorpsi atau mengemisikan paket energi tertentu yang disebut kuanta.
Elektron yang bergerak mempunyai sifat sebagai partikel dan gelombang. Orbital
dengan sifat gelombang ini menggambarkan probabilitas menemukan elektron
pada berbagai titik di dalam ruang. Persamaan Schrödinger dan turunannya
menggambarkan dengan lengkap sifat elektron relatif terhadap inti yang tetap,
yang akan menggambarkan sifat senyawa kimia.
HΨ = EΨ
Dimana H adalah molekular Hamiltonian, Ψ adalah fungsi gelombang, dan E
adalah energi. Molekular Hamiltonian terdiri dari tiga operator: energi kinetik inti
(N) dan elektron (E), energi tolakan inti-inti (N-N) dan elektron-elektron (E-E)
dan energi inti dan elektron (N-E) (Hypercube, 2002).
Untuk menyelesaikan persamaan Schrödinger, metode mekanika kuantum
menggunakan pendekatan semi-empirik, ab-initio, atau Density Functional
7
Theory (DFT). Perhitungan semi-empirik dalam paket program Hyperchem
menggunakan parameter-parameter yang diperoleh dari hasil percobaan atau dari
perhitungan yang dilakukan sebelumnya dengan menggunakan perhitungan abinitio dimana parameter hasil perhitungan tersebut kemudian disimpan dalam
paket program sehingga menyederhanakan perhitungan penyelesaian persamaan
Schrodinger untuk meramalkan sifat elektron dalam sistem molekul, dan
perhitungan dilakukan hanya terhadap elektron valensi. Perhitungan ab-initio
menggunakan pendekatan yang berbeda, dimana dilakukan perhitungan
menyeluruh terhadap penyelesaian persamaan Schrödinger terhadap semua
elektron.
Dari beberapa metode perhitungan semi-empirik, metode yang paling akurat dan
telah banyak dibuktikan adalah metode Austin Models 1 (AM1) dan PM3.
Perbedaan kedua metode adalah nilai parameter dan jenis atom dimana
perhitungan dapat dilakukan. PM3 merupakan hasil parameterisasi ulang dari
AM1, keduanya berdasarkan pendekatan Neglect of Diatomic Differential
Overlap (NDDO).
Melalui perhitungan semi-empirik dapat diperoleh informasi untuk menyelidiki
berbagai aspek termodinamik dan kinetik proses kimia. Energi dan geometri
molekul mempunyai hubungan yang jelas terhadap fenomena kimia. Data yang
diperoleh dapat digunakan untuk menyelidiki reaktivitas molekul maupun gugus
fungsinya.
1.8
Energi Molekul
Potensial permukaan energi suatu molekul sederhana menunjukkan hubungan
energi dengan jarak antara dua atom yang berikatan. Energi global minimum
menunjukkan kestabilan molekul dan batas disosiasi ikatan yang penting untuk
mempelajari reaksi kimia.
8
Optimasi struktur molekul dengan menggunakan paket program Hyperchem
adalah mencari potensial permukaan paling minimum. Pada molekul diatomik
sangat mudah untuk mendapatkan energi paling minimum karena hanya ada satu
energi minimum pada permukaan. Pada molekul poliatomik, potensial
permukaaan tidak sederhana, seperti yang digambarkan oleh gambar 1.3 di bawah
ini:
Gambar 1.3 Grafik energi potensial permukaan terhadap konformasi molekul
Energi Potensial permukaan pada gambar di atas mempunyai banyak energi lokal
minimum dengan satu energi global minimum G. Jika optimasi dimulai pada titik
B maka optimasi akan berhenti di lokal minimum C dan jika optimasi dilakukan
di titik A maka optimasi akan menghasilkan energi di titik C atau minimum antara
titik A dan B tergantung pada kedalamannya. Jika tidak pada keduanya maka
optimasi akan menghasilkan energi global minimum G. Pada umumnya semua
prosedur optimasi menghasilkan energi lokal minimum bukan energi global
minimum.
Teknik eksperimental seperti NMR hanya memberikan informasi pada satu atau
beberapa konformasi dari molekul. Tinjauan lengkap dari potensial konformasi
dan molekul dapat diperoleh dengan teknik teoritikal. Bermacam-macam metode
9
teoritikal untuk analisis konformasi telah dikembangkan. Pencarian sistematik
adalah boleh jadi paling dasar dari semua metode analisis konformasi. Analisis
konformasi tersebut dilakukan dengan memvariasikan secara sistematis tiap sudut
torsi yang mewakili rotasi dari molekul untuk menghasilkan semua kemungkinan
konformasi. Semakin banyak ikatan yang dapat berputar, maka energi minimum
molekul semakin banyak.
1.9 Similaritas atau Kemiripan Molekul
Prinsip kemiripan molekul adalah senyawa yang mirip akan mempunyai
kemiripan aktivitas atau sama. Dua molekul dianggap mirip jika mirip secara
bentuk atau sifat elektroniknya. Jika tidak, maka dua molekul dianggap mirip jika
mempunyai farmakofor pada posisi yang sama. Sedangkan dalam kimia molekul
dikatakan mirip jika mempunyai sifat yang sama dan merupakan dasar hubungan
empiris antara struktur dan aktivitas. Farmakofor adalah pola tiga dimensional
atom dan ikatan yang berinteraksi dengan sisi reseptor biologi dan memberikan
suatu efek farmakologi.
1.10 Reaktifitas Molekul
Kestabilan molekul dapat ditinjau dari dua cara, yaitu stabil secara kimia dan
stabil secara fisik. Kestabilan kimia dinyatakan sebagai ketidakmudahan untuk
bereaksi dan untuk menjaga dirinya tidak berubah dalam waktu yang sangat lama
bahkan jika dia bertemu dengan spesies yang lain. Kestabilan molekul dengan
sendirinya merupakan kestabilan fisik, yang berbeda dengan kestabilan kimia.
Contoh: Atom dan molekul dengan elektron yang tidak berpasangan disebut
sebagai radikal. Ketika radikal bertemu dengan spesies yang lain, biasanya
mereka akan bereaksi secara langsung untuk menghasilkan spesies yang lain,
karenanya, radikal secara kimia tidaklah stabil.
Suatu molekul yang mempunyai sistem secara fisik sangat stabil belum tentu
stabil secara kimia. Agar suatu sistem dapat stabil secara kimia, sistem tersebut
10
perlu stabil secara fisik. Dengan demikian sistem tersebut harus berada dalam
keadaan energi elektronik yang paling rendah (keadaan elektronik dasar).
1.10.1 Prinsip HOMO-LUMO
Jenis interaksi antara sebuah orbital kosong dan sebuah pasangan elektron
memerlukan kondisi yaitu pemisahan energi yang cukup kecil dan tumpang tindih
antar orbital yang cukup memadai. Dalam konfigurasi keadaan dasar tanpa
pasangan elektron, maka pasangan elektron akan menempati tingkat yang lebih
rendah hingga mencapai HOMO dan tingkat yang lebih tinggi dari LUMO kosong
sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 1.5 .
Gambar 1.4 Interaksi HOMO-LUMO dan transfer muatan
Prinsip interaksi transfer muatan
1. Pemberian elektron pada spesies yang lain paling mudah terjadi pada
HOMO.
2. Penerimaan elektron dari spesies yang lain paling mudah terjadi pada
LUMO.
3. HOMO yang lebih tinggi (energi ionisasi yang lebih kecil) memberikan
kemampuan yang lebih kuat untuk memberikan elektron pada spesies yang
lain.
11
4. LUMO yang lebih rendah (afinitas elektron yang lebih besar) memberikan
kemampuan yang lebih kuat untuk menerima elektron dari spesies yang
lain.
5. LUMO yang lebih tinggi dan HOMO yang lebih rendah akan memberikan
kemampuan yang lebih rendah pada kemampuan untuk menerima atau
memberikan elektron (pemisahan energi yang lebih kecil).
1.10.2 Muatan atom dan reaktivitas
Reaktivitas molekul dan gugus fungsinya dapat diselidiki salah satunya dengan
Teori Orbital Molekul Terdepan (Frontier Molecular Orbital Theory) dengan
parameter energi orbital molekul, muatan atom, kerapatan elektron, dan potensial
elektrostatik
dari
perhitungan
single
point.
Perhitungan
single
point
menggambarkan konfigurasi molekul pada saat stationary, yaitu hanya satu
keadaan pada energi permukaan sistem molekular.
Distribusi muatan pada tiap atom relatif terhadap atom lainnya dalam molekul
dinyatakan sebagai muatan atom. Secara umum diketahui bahwa nukleofil
menyerang molekul pada bagian bermuatan positif, dan elektrofil menyerang
bagian bermuatan negatif. Muatan atom dapat digunakan untuk memperkirakan
reaktivitas ionik molekul, terutama untuk reaksi yang melibatkan nukleofil dan
elektrofil yang kuat.
Kerapatan muatan menggambarkan distribusi muatan elektron pada molekul.
Bentuk molekul seringkali dihubungkan dengan permukaan kerapatan muatan
yang tetap. Kerapatan muatan elektron yang tinggi menunjukkan bahwa lokasi
tersebut rentan terhadap serangan elektrofil dan sebaliknya kerapatan elektron
rendah menunjukkan bahwa lokasi tersebut rentan terhadap serangan nukleofil.
Distribusi muatan listrik menghasilkan potensial elektrostatik yang mengelilingi
ruang molekul. Potensial elektrostatik menunjukkan energi potensial pada tiap
titik dalam ruang akibat distribusi muatan atom. Potensial elektrostatik yang
12
positif artinya muatan positif akan ditolak pada bagian itu, sedangkan potensial
elektrostatik negatif artinya muatan positif akan ditarik. Potensial elektrostatik
dapat digunakan untuk memprediksi posisi serangan awal proton atau ion lain saat
reaksi. Bagian molekul yang bermuatan positif akan tertarik oleh bagian molekul
yang bermuatan negatif.
Orbital molekul berhubungan dengan distribusi elektron dan menunjukkan
probabilitas untuk menemukan elektron. Orbital atom menggambarkan elektronelektron dalam atom, sedangkan orbital molekul, yang diperoleh dari kombinasi
linier orbital atom yang menyusun molekul {Linear Combination of Atomic
Orbital (LCAO)}, menggambarkan elektron-elektron dalam molekul. Tiap orbital
molekul mempunyai energi yang khas. Energi orbital penting untuk menentukan
reaktivitas
kimia
molekul.
Nilai
orbital
molekul
besar
menunjukkan
kerentanannya terhadap serangan elektrofil dan nilai orbital molekul kecil
menunjukkan kerentanannya terhadap serangan nukleofil.
HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) atau LUMO (Lowest Occupied
Molecular Orbital) sangat berguna dalam menjelaskan reaktivitas kimia.
Serangan elektrofilik berhubungan dengan atom yang mempunyai orbital HOMO
berkerapatan tinggi, sedangkan serangan nukleofilik berhubungan dengan atom
yang mempunyai orbital LUMO berkerapatan tinggi. Hal yang mendasarinya
adalah bahwa ikatan kimia kebanyakan dibentuk oleh elektron valensi, dan
distribusi terbanyak elektron ini ditunjukkan oleh orbital HOMO. Serangan
elektrofilik cenderung terjadi pada atom yang mempunyai kerapatan elektron
valensi yang tinggi, dimana orbital HOMO mempunyai kerapatan yang tertinggi.
1.11 Radang atau Inflamasi
Radang merupakan suatu respon protektif normal terhadap luka jaringan yang
disebabkan trauma fisik, zat kimia yang merusak, atau zat-zat mikrobiologik.
13
Radang adalah usaha tubuh untuk menginaktivasi atau merusak organisme yang
menyerang, menghilangkan zat iritan, dan mengatur derajat perbaikan jaringan.
Jika penyembuhan lengkap, proses peradangan biasanya reda. Radang dicetuskan
oleh mediator kimiawi dari jaringan rusak dan migrasi sel. Mediator kimiawi yang
dihasilkan meliputi, yang berasal dari sel: histamin, serotonin, dan enzim lisosom
(telah ada dalam granul sekret), serta prostaglandin, leukotrien, faktor
pengaktivasi platelet, spesies oksigen aktif, nitrit oksid, dan sitokin (disintesis
secara spontan) dan yang berasal dari hati, berupa plasma yaitu sistem kinin,
koagulator, anafilatoksin, dan kompleks yang menyerang membran (Myeck, 2001,
Kumar, 1997).