STUDI INTERAKSI ANTARA SISTEIN (220) PADA p53 DAN …/Studi... · point NBO pada level teori HF ... Gambar 7. Model untuk ilustrasi jarak antar atom ... dan warna hitam menunjukkan

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

i

STUDI INTERAKSI ANTARA SISTEIN (220) PADA p53 DAN

MIRA-1 MELALUI PENDEKATAN MEKANIKA KUANTUM

Disusun Oleh :

NINDITA CLOURISA AMARIS SUSANTO

M0307058

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Kimia

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2012


commit to user

iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “STUDI

INTERAKSI ANTARA SISTEIN (220) PADA p53 DAN MIRA-1 MELALUI

PENDEKATAN MEKANIKA KUANTUM” belum pernah diajukan untuk

memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang

pengetahuan saya juga belum pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain,

kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar

pustaka.

Surakarta, 7 September 2012


STUDI INTERAKSI ANTARA SISTEIN (220) PADA p53 DAN MIRA-1

MELALUI PENDEKATAN MEKANIKA KUANTUM


commit to user

iv


Jurusan Kimia. Fakultas MIPA. Universitas Sebelas Maret.

ABSTRAK

MIRA-1 (Mutant p53-dependent Induction of Rapid Apoptosis 1) diusulkan

membentuk adduct dan menginduksi reaktivasi p53. Kebolehjadian pembentukan

adduct antara ikatan rangkap C-C MIRA-1 dan gugus tiol dari sistein (220) dapat

dipengaruhi oleh rantai samping fleksibel dari MIRA-1 dan asam amino protein

dari p53 disekitar MIRA-1. Kebolehjadian pembentukan adduct dipelajari dengan

penambahan asam amino bertahap untuk membentuk sebuah konfigurasi terpilih.

Hanya asam amino yang mempunyai minimal satu atom dengan jarak maksimum

5 Å dengan satu atom MIRA-1 yang dipilih untuk penelitian ini. Jarak yang relatif

dekat diasumsikan memberikan pengaruh besar pada distribusi kerapatan elektron

dari MIRA-1. Distribusi kerapatan elektron ditentukan melalui perhitungan single

point NBO pada level teori HF (Hartree Fock) dan fungsi basis 6-31G *. Hasil

perhitungan menunjukkan kontribusi rantai samping fleksibel dari MIRA-1 dan

asam amino protein dari p53 disekitar MIRA-1 terhadap distribusi kerapatan

elektron dari ikatan rangkap C-C dan dapat menyebabkan polarisasi. Polarisasi

memberikan karbon bermuatan parsial positif sehingga terdapat kebolehjadian

serangan nukleofilik dan pembentukan adduct tiol pada posisi ikatan rangkap C-C

MIRA-1

Kata kunci: MIRA-1, konfigurasi, adduct, QM, NBO, polarisasi

INTERACTION STUDY BETWEEN CYSTEINE (220) OF p53 AND

MIRA-1 BY MEANS OF QUANTUM MECHANICAL APPROXIMATION


commit to user

v


Department of Chemistry. Faculty of Mathematics and Natural Sciences.

Sebelas Maret University.

ABSTRACT

MIRA-1 (Mutant p53-dependent Induction of Rapid Apoptosis 1) was proposed to

form adduct and induces reactivation of p53. Probability of adduct formation

between C-C double bond of MIRA-1 and thiol group of cysteine (220) can be

affected by flexible side chain from MIRA-1 and surrounding protein amino acid

of p53. The probability of adduct formation were studied by stepwise addition of

amino acid to form a selected configurations. Only amino acids which have at

least one atom at the distance of maximum 5Å to one atom of MIRA-1 were

choosen for this study. Relative proximity is assumed to provide a major influence

on the electron density distribution of MIRA-1. Electron density distribution was

determined by means of NBO single point calculation at the HF (Hartree Fock)

level of theory and 6-31G* basis function. The calculation results demonstrate a

contribution of flexible side chain from MIRA-1 and surrounding protein amino

acid of p53 to the distribution of electron density of C-C double bond and may

induce polarization. Polarization gives a partial positive charge of carbon so there

is possibility of nucleophilic attack and the formation of thiol adduct at position

C-C double bond of MIRA-1.

Keyword : MIRA-1, configuration, adduct, QM, NBO, polarization

MOTTO


commit to user

vi

Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila kamu telah

selesai (dari sesuatu urusan), kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan) yang

lain dan hanya kepada Tuhanmulah hendaknya kamu berharap

(Al Insyiraah: 5-8)

Sebaik – baiknya manusia adalah manusia yang bermanfaat bagi orang lain

(H. R. Muslim)

You do not really understand something unless you can explain it to your

grandmother (Albert Einstein)

PERSEMBAHAN


commit to user

vii

Karya ini saya persembahkan untuk,

Orangtuaku tersayang,

maaf kalau tidak bisa menyelesaikan ini semua tepat waktu. Terimakasih atas

kasih sayang dan do‟a yang selalu tercurah untukku.

Adikku tercinta,

yang selalu memberikan dukungan untukku.

Semua pembaca, semoga dapat lebih bermanfaat.

KATA PENGANTAR


commit to user

viii

Segala puji dan segenap syukur bagi Allah SWT yang telah menunjukkan

jalan yang indah bagi penulis sehingga skripsi ini dapat penulis selesaikan dengan

baik sebagai salah satu persyaratan dalam memperoleh gelar sarjana sains Jurusan

Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas

Maret Surakarta. Atas segala karunia-Nya pulalah penulis menyadari bahwa

segala sesuatu memiliki proses dan waktunya masing-masing.

Dalam menyusun skripsi ini penulis menemui berbagai hambatan dan

permasalahan yang beragam. Namun, atas bimbingan, kritikan, saran, dan

dorongan semangat yang bermanfaat dari berbagai pihak, semua hambatan dan

permasalahan tersebut dapat penulis atasi dengan baik. Oleh karena itu, penulis

ingin menyampaikan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu

penulis, yaitu sebagai berikut.

1. Prof. Ir. Ari Handono Ramelan., M.Sc., Ph.D., selaku dekan Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta

1. Dr. Eddy Heraldy., M.Si., selaku ketua jurusan Kimia Fakultas Matematika

dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret, Surakarta

2. Dr. Khoirina Dwi N., M.Si., selaku pembimbing akademik

3. Dr.rer.nat. Fajar R. Wibowo., M.Si., selaku pembimbing skripsi, yang dengan

penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis dari

awal hingga akhir

4. I.F. Nurcahyo., M.Si., selaku ketua laboratorium Kimia Dasar, yang telah

memberikan akses bagi penulis melakukan penelitian di laboratorium Kimia

Dasar bagian Komputasi Kimia

5. Bapak Ibu dosen dan seluruh staf jurusan Kimia yang telah memberikan

fasilitas dan pelayanan yang baik bagi penulis

6. Bapak, Mama dan Bela dirumah, terimakasih atas dukungan dan motivasi

yang diberikan untuk segera menyelesaikan karya ini

7. Computational Chemistry Comunity, terimakasih atas bantuan dan motivasi

yang telah diberikan

8. Teman-teman Kimia‟07 dan semua pihak yang tidak mungkin disebutkan satu

per satu, terimakasih atas semua dukungannya selama ini


commit to user

ix

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh

karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari semua

pihak dalam rangka untuk menyempurnakan skripsi ini. Akhirnya penulis

berharap, semoga karya kecil ini dapat memberikan manfaat bagi ilmu

pengetahuan dan bagi pembaca.

DAFTAR PUSTAKA

Halaman

Surakarta, September 2012

Nindita Clourisa Amaris Susanto


commit to user

x

HALAMAN JUDUL ............................................................................................ i

HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................. ii

HALAMAN PERNYATAAN ............................................................................. iii

HALAMAN ABSTRAK ...................................................................................... iv

HALAMAN ABSTRACT ................................................................................... v

HALAMAN MOTTO ......................................................................................... vi

HALAMAN PERSEMBAHAN ......................................................................... vii

KATA PENGANTAR ......................................................................................... viii

DAFTAR ISI ........................................................................................................ x

DAFTAR TABEL ................................................................................................ xii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiii

DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... xv

BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1

A. Latar Belakang ..................................................................................... 1

B. Perumusan Masalah ............................................................................. 3

1. Identifikasi Masalah ........................................................................ 3

2. Batasan Masalah ............................................................................ 4

3. Rumusan Masalah ........................................................................... 5

C. Tujuan Penelitian ................................................................................. 5

D. Manfaat Penelitian ............................................................................... 5

BAB II LANDASAN TEORI .............................................................................. 6

A. Tinjauan Pustaka ................................................................................. 6

1. Mutan Y220C .................................................................................. 6

2. Aktivitas MIRA-1 ............................................................................. 8

3. Reaksi Enzimatis ............................................................................ 10

4. Gaya Antarmolekul......................................................................... 12

5. Reaksi Addisi Nukleofilik Karbon Tak Jenuh-α,β ......................... 14

6. Docking ........................................................................................... 16

7. Quantum Mechanics (QM) ............................................................. 16

8. Natural Bond Orbital (NBO) ......................................................... 18

9. Metode Komputasi .......................................................................... 19


commit to user

xi

10. Fungsi Basis .................................................................................... 19

B. Kerangka Pemikiran ............................................................................ 20

C. Hipotesis .............................................................................................. 22

BAB III METODOLOGI PENELITIAN............................................................. 23

A. Metode Penelitian ............................................................................... 23

B. Tempat dan Waktu Penelitian ............................................................. 23

C. Alat dan Bahan yang Dibutuhkan ........................................................ 23

1. Alat .................................................................................................. 23

2. Bahan .............................................................................................. 23

D. Prosedur Penelitian…………………………………………..……. ... 23

1. Kompleks Protein-Ligan ................................................................ 23

a. Pembentukan Konfigurasi ......................................................... 23

b. Persiapan Perhitungan ............................................................... 24

2. Perhitungan Analisis Populasi ....................................................... 24

a. Optimasi Geometri .................................................................... 24

b. Single Point ............................................................................... 25

E. Teknik Pengumpulan dan Analisis Data ............................................ 25

1. Pengumpulan Data .......................................................................... 25

2. Analisis Data .................................................................................. 25

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................. 27

A. Kompleks Protein-Ligan ................................................................ 27

B. Perhitungan Analisis Populasi ....................................................... 32

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 49

DAFTAR PUSTAKA. ......................................................................................... 50

LAMPIRAN ........................................................................................................ 54

DAFTAR TABEL

Halaman


commit to user

xii

Tabel 1. Jari –jari van der Waals beberpa unsur .......................................... 14

Tabel 2. Jarak antara atom dari asam amino ke atom MIRA-1.................... 30

Tabel 3. Nilai muatan parsial masing – masing atom penyusun

MIRA-1 ........................................................................................ 34

DAFTAR GAMBAR


commit to user

xiii

Halaman

Gambar 1. Struktur p53 termutasi yang menunjukkan letak

atau posisi Y220C.. ......................................................................... 7

Gambar 2. PhiKan083 (surface warna hijau) berada pada

lekukan mutasi (cavity) mutan Y220C ........................................... 7

Gambar 3. Posisi fragmen bezodiazol (warna merah muda)

di lekukan mutasi mutan Y220C .................................................... 8

Gambar 4. Struktur turunan maleimida A. Turunan aktif maleimidan

B. Turunan tidak aktif maleimida ................................................... 9

Gambar 5. Struktur MIRA-3 dan MQ (produk dekomposisi PRIMA-1) ......... 10

Gambar 6. Mekanisme induced-fit pada enzim ................................................ 12

Gambar 7. Model untuk ilustrasi jarak antar atom .......................................... 14

Gambar 8. Mekanisme reaksi adisi nukeofilik 1,4

(serangan pada C=C) ...................................................................... 16

Gambar 9. Kompleks p53 termutasi Y220C dengan MIRA-1 hasil docking

dan warna hitam menunjukkan MIRA-1 ........................................ 28

Gambar 10. Kompleks p53-MIRA-1 pada daerah mutan Y220C

dan warna hitam menunjukkan MIRA-1 ........................................ 29

Gambar 11. Surface bagian asam amino – asam amino dari lekukan mutasi

yang berada di sekitar MIRA-1 dan warna hitam menunjukkan

MIRA-1............................................................................................ 31

Gambar 12. Struktur MIRA-1 teroptimasi .......................................................... 33

Gambar 13. Struktur MIRA-1 dari kompleks Y220C-MIRA-1

hasil docking .................................................................................... 36

Gambar 14. Konfigurasi – konfigurasi dengan penambahan asam amino

secara parsial dan nilai ∆occupancy C1=C2 dari masing – masing

tambahan asam amino.................................................................... 37

Gambar 15. Konfigurasi ke-2 dengan adanya tarikan elektron yang lebih besar

dari salah satu sisi ikatan rangkap C-C........................................... 42

Gambar 16. Polarisasi ikatan rangkap C-C dipengaruhi lekukan mutasi

(konfigurasi ke-8) ........................................................................... 43


commit to user

xiv

Gambar 17. Konfigurasi ke-6 dengan induksi dari valin memberikan tingkat

polarisasi tinggi pada ikatan rangkap C-C ...................................... 44

Gambar 18. Struktur MIRA-A, MIRA-B dan MIRA-C ................................... 46

Gambar 19. Struktur MIRA-1, MIRA-2 dan MIRA-3 ..................................... 47

DAFTAR LAMPIRAN


commit to user

xv

Halaman

Lampiran 1. Perhitungan nilai ∆occupancy ikatan rangkap C-C MIRA-1 .......... 54


commit to user

1

BAB 1

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Protein p53 tumor suppressor berperan dalam pengendalian pertumbuhan

sel sebagai pembatas terhadap adanya pertumbuhan sel menyimpang.

Pertumbuhan sel menyimpang dapat diakibatkan oleh kerusakan DNA, aktivasi

onkogen dan hipoksia (Bykov et al., 2002a, 2002b; Wiman, 2010). Apoptosis

(bunuh diri sel terprogram) merupakan salah satu upaya untuk pengendalian

pertumbuhan sel ketika terjadi kegagalan pada proses perbaikan kerusakan DNA

dan kerusakan sel yang lain sebelum pembelahan terjadi pada sel tersebut (Albert

et al., 2002). Mutasi pada p53 akan berakibat hilangnya fungsi p53 sebagai

penekan tumor (Bykov et al.,2002a, 2002b). Hal tersebut dapat memicu kanker

atau cacat lain akibat tidak adanya penghentian pembelahan sel yang disebabkan

kerusakan DNA dan kerusakan sel yang lain (Bykov et al., 2002a). Pengembalian

fungsi p53 termutasi berpotensi menghentikan pertumbuhan sel kanker sehingga

menjadikan p53 target yang cukup penting untuk terapi kanker (Bykov et al.,

2002a, 2002b; Lambert et al., 2009; Wiman, 2010).

Lazimnya ada enam titik atau hot-spot mutasi yang sering terkait dengan

kanker manusia dan pro-onkogenik. Y220C merupakan mutasi yang sering terjadi

di β-sandwich dan jauh dari daerah DNA-binding (Joerger et al, 2006). Mutasi

pada p53 mengubah satu asam amino pada protein menjadi asam amino lain.

Mutasi Y220C merupakan mutasi tirosin menjadi sistein dan merupakan satu dari

sekian mutasi onkogen yang terjadi pada p53 (Joerger et al., 2006; Basse et al.,

2010). Mutasi Y220C ini menciptakan lekukan pada permukaan protein yang

menyebabkan ketidakstabilan protein karena perubahan konformasi protein

(Joerger et al., 2006).

Pengembalian fungsi p53 termutasi karena perubahan konformasi

dilakukan melalui penempelan molekul kecil atau peptida pendek. Fungsi p53

dapat dikembalikan dengan mengatur konformasi dari mutan p53 sehingga


commit to user

2

menyerupai wild-type p53. Beberapa molekul kecil yang diidentifikasi dapat

mengembalikan fungsi p53 termutasi diantaranya PRIMA-1 (p53 reactivation

induction of massive apoptosis) (Bykov et al., 2002a, 2002b; Lambert et al., 2009;

Wiman, 2010) dan turunan maleimida (MIRA-1 (Mutant p53-dependent Induction

of Rapid Apoptosis I), MIRA-2, MIRA-3) (Bykov et al., 2005). Bykov (2005)

menunjukkan bahwa MIRA-1 mempunyai kestabilan aktivitas pada mutan

SKOV-His273, SKOV-His175 dan HI299-His175 dibandingkan MIRA-2 dan

MIRA-3 pada konsentrasi yang cukup tinggi.

Interaksi yang terjadi antara p53 dengan MIRA-1 dapat menyebabkan

modifikasi pada struktur p53. MIRA-1 dapat mengubah konformasi mutan p53 ke

dalam konformasi aktif dengan berikatan secara spesifik pada asam amino tertentu

dari DNA dan mempunyai aktivitas antitumor secara in vitro (Bykov et al., 2005).

Modifikasi mutan p53 melalui pembetukan adduct tiol pada satu atau beberapa

asam amino sistein mutan p53 diperkirakan mampu mengembalikan konformasi

dan fungsi p53 mendekati wild-type-nya sehingga dapat menginduksi apoptosis

dalam sel yang mengekspresikan mutan p53 (Lambert et al, 2009).

Lambert (2009) melaporkan pembentukan adduct tiol antara PRIMA-1

dengan N-acetylcysteine (NAC). Hal tersebut memungkinkan pembentukan

adduct tiol yang terjadi pada sistein dalam p53. Pembentukan adduct tiol PRIMA-

1 dan NAC melalui substitusi nukleofilik pada salah satu gugus hidroksi PRIMA-

1. Lambert (2009) melaporkan juga bahwa pembentukan adduct lebih mudah

melalui konversi PRIMA-1 menjadi MQ (Methylene Quinoclidinone) dimana MQ

mempunyai ikatan rangkap C-C yang reaktif. Sehingga pembentukan adduct tiol

antara MQ dan NAC diperkirakan melalui addisi nukleofilik. MIRA-3 dapat

membentuk adduct tiol dengan NAC. Proses reaktivasi p53 dengan MIRA-3

melibatkan interaksi sistein pada p53. Turunan maleimida juga berinteraksi

dengan sistein melalui ikatan rangkap C-C. MQ terdapat atom N dan gugus

karbonil yang tarikan elektronnya terpusat pada salah satu atom C pada ikatan

rangkap C-C-nya. Ikatan rangkap C-C MIRA-1 mendapatkan tarikan elektron dari

dua gugus karbonil yang mengapitnya. Tarikan elektron yang ada cenderung sama

besar pada kedua atom C-nya.


commit to user

3

B. Perumusan Masalah

1. Identifikasi Masalah

MIRA-1 mempunyai aktivitas antitumor yang hampir sama dengan

PRIMA-1 secara in vitro. Aktivitas antitumor kedua senyawa ini diyakini melalui

reaktivasi p53 termutasi. PRIMA-1 diketahui membentuk adduct dengan gugus

tiol dalam proses reaktivasi p53. Konversi PRIMA-1 menjadi MQ diperlukan

dalam pembentukan adduct. Gugus hidroksi PRIMA-1 diubah menjadi ikatan

rangkap C-C pada MQ. Ikatan rangkap C-C dengan kondisi yang mirip juga

terdapat pada MIRA-3 yang merupakan struktur analog MIRA-1, yaitu ikatan

rangkap C-C yang terkonjugasi dengan karbonil. Ikatan rangkap C-C yang

terdapat pada MIRA-1 maupun MQ sama - sama mendapat tarikan elektron dari

karbonil yang mempunyai atom O dengan keelektronegatifan tinggi. MIRA-3

dipercaya dapat membentuk adduct tiol seperti halnya MQ. MIRA-1

dimungkinkan mempunyai aktivitas yang hampir sama dengan MIRA-3. Namun

demikian diduga terdapat perbedaan reaktivitas ikatan rangkap C-C. MIRA-1

dengan MIRA-3 mempunyai perbedaan pada bagian alifatiknya. Seperti halnya

MIRA-3, MIRA-1 juga mempunyai dua gugus karbonil disebelah kanan dan kiri

ikatan rangkap C-C sehingga tarikan elektron terhadap ikatan rangkap C-C

simetris, sedangkan MQ mempunyai satu gugus karbonil maka tarikan

elektronnya hanya dari satu arah. Perbedaan polaritas ikatan rangkap C-C pada

MIRA-1 atau MIRA-3 dengan MQ menunjukkan kebolehjadian pembentukan

adduct turunan maleimida lebih kecil dari MQ. Namun demikian MIRA-3

memiliki aktivitas yang cukup tinggi dibandingkan dengan MQ.

Gugus tiol merupakan nukleofil lemah. Lemahnya nukleofilitas tiol

memerlukan modifikasi pada ikatan rangkap C-C menjadi lebih reaktif sebelum

masuknya gugus tiol. Lingkungan disekitar gugus tiol dimungkinkan memberikan

pengaruh terhadap polaritas ikatan rangkap C-C. Pada p53 terdapat gugus tiol

dengan lingkungan yang berbeda, sehingga memberikan kemungkinan reaksi

pembentukan adduct yang berbeda pula. Lingkungan disekitar gugus tiol dapat


commit to user

4

berupa suatu lekukan yang cukup tajam, sempit atau luas maupun hanya berupa

lekukan yang landai.

Reaktivitas suatu ikatan rangkap C-C dilihat melalui kerapatan elektron

yang dipengaruhi lingkungan. Kerapatan elektron dapat ditunjukkan melalui

metode analisis populasi berbantuan komputer yang dikenal antara lain Mulliken,

NBO (Natural Bond Orbital) atau ESP (Electrostatic Potential). Analisis populasi

harus dilakukan dengan metode mekanika kuantum mengingat analisis ini

melibatkan stuktur elektronik suatu molekul. Metode – metode dari mekanika

kuantum mempunyai akurasi dan kecocokan dengan sistem yang berbeda – beda.

Akurasi metode mekanika kuantum antara lain ditentukan oleh level teori yang

digunakan yaitu: Hartree Fock (HF), Pertubasi Moller-Pleset, Configuration

Interaction (CI), atau Coupled Cluster (CC). Perhitungan komputasi yang

menggambarkan karakter pengaruh lingkungan juga membutuhkan fungsi basis

yang sesuai. Fungsi basis diantaranya fungsi basis minimal, fungsi basis yang

membagi elektron valensi, fungsi basis yang menambahkan fungsi polarisasi atau

yang menambahkan fungsi difusi. Mengingat tingginya sumber daya yang

diperlukan, pemilihan metode yang tepat merupakan syarat utama efisiensi

perhitungan.

2. Batasan Masalah

1. Reaktivitas MIRA-1 dalam pembentukan adduct ditunjukkan dengan

polarisasi kerapatan elektron pada ikatan rangkap C-C terkonjugasi dengan

dua gugus karbonil.

2. Perubahan kerapatan elektron ditinjau dari pengaruh asam amino terdekat

dalam lekukan mutasi p53.

3. Struktur interaksi yang digunakan adalah hasil docking dengan MOE kode

PDB 2X0W kompleks p53 termutasi (Y220C) dengan MIRA-1 pada posisi

ikatan rangkap C-C dekat dengan gugus tiol.

4. Metode analisis populasi menggunakan NBO dengan level teori HF dan fungsi

basis 6-31G*


commit to user

5

3. Rumusan Masalah

1. Apakah kerapatan elektron ikatan rangkap C-C MIRA-1 dapat menjadi

asimetris sehingga terdapat kebolehjadian serangan nukleofil?

2. Apakah ikatan rangkap C-C MIRA-1 dapat terpolarisasi sebagai pengaruh

lekukan mutasi sehingga terdapat kebolehjadian pembentukan adduct tiol?

3. Bagaimana bagian alifatik MIRA-1 berpengaruh terhadap kebolehjadian

pembentukan adduct tiol?

C. Tujuan Penelitian

1. Mengetahui apakah kerapatan elektron ikatan rangkap C-C MIRA-1 dapat

menjadi asimetris sehingga terdapat kebolehjadian serangan nukleofil.

2. Mengetahui pengaruh lekukan mutasi terhadap polarisasi ikatan rangkap C-C

MIRA-1 sehingga terdapat kebolehjadian pembentukan adduct tiol.

3. Mengetahui pengaruh bagian alifatik MIRA-1 terhadap kebolehjadian

pembentukan adduct tiol.

D. Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan mampu memberikan informasi mengenai

pengaruh lekukan mutasi Y220C dan bagian alifatik MIRA-1 terhadap

kebolehjadian pembentukan adduct tiol dengan menggunakan pendekatan

mekanika kuantum.


commit to user

6

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka

1. Mutan Y220C

Protein p53 tumor suppressor (penekan tumor) berperan sebagai target

terapi (Bykov et al., 2002a, 2002b; Wiman, 2010). Mutasi pada p53 berakibat

pada hilangnya fungsi p53 sebagai penekan tumor (Bykov et al., 2002a, 2002b).

Protein p53 sebagai target terapi terdapat tiga alasan pertimbangannya. Pertama,

p53 berperan penting dalam menentukan nasib sel ketika DNA mengalami

kerusakan yakni menentukan sel rusak akan memperbaiki diri atau mengalami

apoptosis apabila kerusakan terlalu ekstensif (Wiman, 2010) sehingga p53 yang

mengalami mutasi berperan terhadap perkembangan tumor, progesi dan resistensi

kemoterapi. Kedua, sebagian besar perubahan genetik dalam tumor baik delesi

atau mutasi pada lebih dari 50 % kanker manusia ternyata p53 mengalami mutasi

(Joerger et al., 2006). Ketiga, kehilangan p53 mengakibatkan penurunan apoptosis

dan menurunkan sensitivitas terhadap radioterapi dan kemoterapi (Wiman, 2010).

Mutasi yang terjadi pada p53 umumnya terdapat enam titik atau hot-spots

yang teridentifikasi terkait kanker manusia yaitu R175H, G245S, R248Q, R249S,

R273H dan R282W (Joerger and Fersht., 2007). Selain itu terdapat juga mutasi

pada β-sandwich yaitu V143A, L145Q, P151S, V157F, I195T, Y220C, I232T,

I255F dan F270C (Bullock, 2000; Joerger et al., 2006). Mutasi pada Y220C

merupakan mutasi yang sering terjadi di β-sandwich sekitar 75000 kasus kanker

baru di dunia (Joerger et al., 2006; Basse et al., 2010). Mutasinya terletak jauh

dari DNA-binding yang dimulai dari loop yang terhubung dengan β-strands S7

dan S8 ditunjukkan Gambar 1.


commit to user

7

Gambar 1. Struktur p53 termutasi yang menunjukkan letak atau posisi Y220C.

Mutan Y220C dapat dihilangkan sifat onkogen dengan menurunkan stabilitasnya

sehingga bisa didenaturasi pada temperatur tubuh akibatnya tidak lagi memicu

kanker (Boeckler et al., 2008).

Penempelan molekul selektif dapat mengembalikan konformasi dan fungsi

mutan p53 mendekati wild-type (Joerger dan Fersht., 2006; Boeckler, 2008; Basse

et al., 2010)). Molekul selektif salah satunya terdapat PhiKan083 (turunan

karbazol) melalui docking pada lekukan mutasi (cavity) yang diciptakan oleh

Y220C dengan afinitas yang baik dan menstabilkan mutan (Boeckler et al., 2008)

yang ditunjukan Gambar 2.

Gambar 2. PhiKan083 (surface warna hijau) berada pada lekukan mutasi (cavity)

mutan Y220C.


commit to user

8

Selain itu terdapat juga fragmen benzotiazol aromatik pada sistem cincin yang

terdapat dalam lekukan mutasi (kode ID PDB 2X0W) pada posisi tegak yang

ditunjukkan Gambar 3. Itu diposisikan demikian, nitrogen tiazol berada pada jarak

ikatan hidrogen dengan gugus hidroksi Thr150 (threonin 150) dan gugus

metoksinya yang mengapit ikatan rangkap C-C berada dekat dengan Cys220

(sistein 220) (Basse et al., 2010)

Gambar 3. Posisi fragmen bezodiazol (warna merah muda) di lekukan mutasi

mutan Y220C

Kedua molekul selektif pada penelitian tersebut berupaya untuk membuktikan

bahwa sisi mutasi mutan Y220C merupakan target yang spesifik untuk desain

obat kanker.

2. Aktivitas MIRA-1

NCI (Natural Cancer Institutes) melaporkan penemuan dua molekul yang

dapat mengaktifkan kembali mutan p53 yaitu PRIMA-1 (p53 Reactivation and

Induction of Massive Apoptosis) dan MIRA-1 (Mutant p53-Dependent Induction

of Rapid Apoptosis) (Bykov et al., 2005). Molekul seperti PRIMA-1 dan MIRA-1

atau produk hidrolisisnya dapat bereaksi secara kovalen dengan p53 melalui

modifikasi asam amino sistein (Lambert et al., 2009). MIRA-1 mempunyai

aktivitas antitumor lebih baik dibandingkan PRIMA-1 (Bykov et al., 2005).

MIRA-1 merupakan salah satu turunan maleimida yang dapat

mengaktifkan kembali mutan p53 in vitro dan mengembalikan transkripsi-

tansaktivasi dengan mutan p53 pada sel hidup (Bykov et al., 2005). MIRA-1

untuk pengembangan obat antikanker yang menargetkan mutan p53. Bykov

(2005) dalam penelitiannya melaporkan MIRA-1 dapat menekan pertumbuhan


commit to user

9

saos-2-His-273 dan mengekspresikan sel mutan p53. Beberapa turunan maleimida

strukturnya dapat ditunjukkan pada Gambar 4. Struktur turunan maleimida yang

aktif dan mempunyai aktivitas hampir sama dengan MIRA-1 yaitu MIRA-2 dan

MIRA-3 ditunjukkan pada Gambar 4A. Selain itu terdapat juga struktur analog

MIRA-1 yang tidak aktif yaitu MIRA-A, MIRA-B dan MIRA-C ditunjukkan pada

Gambar 4B.

A.

CH2

H3C

OO

H2C

N

O

O

N

O

O

CH2

OH

CH3

O

O

CH2N

O

O

MIRA-1 MIRA-2 MIRA-3

B.

N

O

O

CH2

HO

N

O

O

C

O

N

O

O

C

O

Cl

MIRA-A MIRA-B MIRA-C

Gambar 4. Struktur turunan maleimida A. Turunan aktif maleimida B. Turunan

tidak aktif maleimida.

Hasil pengujian terhadap SKOV-His273, SKOV-His175 dan HI299-His175 pada

konsentrasi yang tinggi memberikan kestabilan aktivitas dibandingkan MIRA-2

dan MIRA-3. Kedua turunan maleimida tersebut mempunyai aktivitasnya pada

konsentrasi yang rendah. MIRA-3 pada konsentrasi yang tinggi dapat memberikan

efek toksik (Bykov et al., 2005).

Lambert (2009) melaporkan pembentukan adduct lebih mudah melalui

konversi PRIMA-1 menjadi MQ dimana MQ mempunyai iktan rangkap yang

reaktif dan terkonjugasi dengan gugus karbonil sehingga pembentukan adduct tiol

antara MQ dan NAC diperkirakan melalui addisi nukleofilik. MIRA-3


commit to user

10

mempunyai ikatan rangkap C-C yang relatif seperti MQ yang dapat ditunjukkan

Gambar 5 sehingga terdapat kecenderungan interaksi dengan tiol seperti pada MQ

yaitu melalui reaksi addisi nukleofilik.

CH3

O

O

CH2N

O

O

N

O

H2C

MIRA-3 MQ

Gambar 5. Struktur MIRA-3 dan MQ (produk dekomposisi PRIMA-1).

MIRA-1 yang merupakan struktur analog MIRA-3 kecenderungan

interaksi dengan tiol hampir sama. MQ produk dekomposisi dari PRIMA-1

merupakan akseptor Michael (Lambert et al., 2009). Begitu pula MIRA-1 disebut

akseptor Michael yang berpotensi untuk modifikasi sistein dalam protein (Bykov

et al., 2005a; Wiman, 2010). Beberapa molekul penstabil mutan p53 yang

memiliki aktivitas akseptor Micahel menunjukkan bahwa reaktivasi mutan p53

dengan senyawa tersebut melibatkan redoks yang umumnya mengontrol aktivitas

p53 wild-type (Wiman, 2010).

3. Reaksi Enzimatis

Reaksi dalam kehidupan berlangsung sangat lambat tanpa katalis. Enzim

dapat meningkatkan kecepatan reaksi. Bagian utama dari enzim adalah protein,

tetapi tidak semua protein adalah enzim. Protein terdiri dari satu atau lebih rantai

polipeptida yang masing - masing terdiri beberapa asam amino. Sama seperti

protein, enzim tersusun dari rantai lurus asam amino yang kemudian mengalami

proses pelipatan membentuk suatu struktur tiga dimensi. Aktivitas dari enzim

akan sangat dipengaruhi struktur tiga dimensi yang dimilikinya. Ukuran enzim

pada umumya jauh lebih besar daripada substrat yang akan diikatnya. Hanya

sebagian kecil dari struktur tiga dimensi enzim yang terlibat secara langsung


commit to user

11

dalam reaksi katalisis yang terjadi. Daerah inilah yang dikenal sebagai sisi aktif

enzim dan merupakan tempat terjadinya ikatan antara enzim dengan substrat. Sisi

aktif ini memiliki ukuran yang berkisar hanya tiga sampai empat asam amino.

Jauh lebih kecil dibandingkan ukuran enzim secara keseluruhan. Komposisi dan

ukuran protein bergantung pada jenis dan jumlah sub unit asam aminonya

(Copeland, 2000).

Jenis ikatan yang terjadi antara enzim dan substrat dapat berupa kovalen,

ionik, hidrogen dan van der Waals. Ikatan hidrogen dan van der Waals berperan

dalam orientasi struktural komplek enzim-substrat (Copeland, 2000). Ukuran

polaritas dari suatu ikatan kovalen dari suatu atom dapat dipengaruhi oleh jarak

antar inti atom. Interaksi dari satu titik dari protein tidak hanya mempengaruhi

daerah tersebut saja, tetapi akan mempengaruhi pada titik yang lain.

Protein dibangun oleh sekitar 20 macam asam amino melalui ikatan

peptida. Asam amino mempunyai muatan amino dan muatan karbonil pada ujung

– ujungnya yang dinetralkan melalui pembentukan ikatan peptida. Dalam sistem

protein penyusunnya disebut asam amino, dimana yang membedakan antara asam

amino yang satu dengan asam amino yang lain berupa struktur rantai samping

yang berbeda pada asam amino – asam amino tersebut sehingga berpengaruh pada

reaktivitas kimia. Beberapa asam amino seperti valin, leusin, alanin dan lain – lain

terdiri dari hidrokarbon sehingga bersifat non polar, diharapkan mampu menarik

molekul yang polar. Asam amino hidrofobik ini membantu menstabilkan

pengikatan molekul substrat non polar ke dalam enzim. Ikatan hidrogen ini dapat

menstabilkan struktur protein. Ukuran dan bentuk dari rantai samping asam amino

menentukan tipe interaksi dengan gugus aktif tertentu. (Copeland, 2000).

Reaksi enzimatis melibatkan suatu proses pengikatan substrat ke dalam

sisi aktif enzim. Terdapat dua mekanisme yang diusulkan untuk menjelaskan

proses pengikatan substrat tersebut yaitu mekanisme Lock & Key yang

dikemukakan oleh Emil Fischer pada tahun 1984, dan mekanisme Induced-Fit.

Mekanisme yang terakhir dikemukakan pada tahun 1958 oleh Daniel Koshland.

Pada mekanisme Lock & Key, enzim dan substrat dapat dianggap sebagai

suatu gembok dan kuncinya dimana kunci ini hanya akan cocok dengan gembok


commit to user

12

tertentu. Jadi enzim dan substrat memiliki struktur geometrik tertentu yang saling

komplemen satu sama lainnya. Model ini mampu menjelaskan sifat spesifik dari

suatu enzim namun tidak dapat menjelaskan tingkat kestabilan yang mampu

dicapai oleh kompleks teraktifkan enzim-substrat.

Mekanisme Induced-Fit merupakan modifikasi dari mekanisme Lock &

Key. Dalam mekanisme ikut dipertimbangkan struktur enzim yang relatif fleksibel

dimana bagian sisi aktif enzim dapat terus mengalami perubahan ketika mulai

terjadi interaksi antara enzim dengan substrat. Jadi ketika substrat mulai

mendekat, sisi aktif enzim mulai menyesuaikan diri dengan geometri dari substrat

sehingga pada akhirnya kedua geometri molekul yang terlibat saling komplemen.

Mekanisme ini dapat dilihat pada Gambar 6.

Gambar 6. Mekanisme induced-fit pada enzim.

Gambar 6 yang relevan dengan penelitian ini dibatasi hingga pembentukan

kompleks enzim-substrat. Hal tersebut dapat menunjukkan bahwa sisi aktif enzim

harus dibantu oleh substrat sehingga membetuk kompleks.

4. Gaya Antar Molekul

Gaya antar molekul merupakan gaya suatu molekul dengan molekul lain

yang sejenis atau berbeda dapat mengadakan interaksi tolak menolak atau tarik -

menarik. Gaya antar molekul dapat terjadi antara molekul non polar dengan

molekul non polar, molekul polar dengan molekul non polar dan molekul polar

dengan molekul polar. Antaraksi berbagai dipol – dipol (tarikan atau tolakan)

secara kolektif disebut gaya van der Waals (Pudjaatmaka, 1999).


commit to user

13

Molekul non polar saling ditarik oleh antaraksi dipol-dipol yang lemah

yang disebut gaya london. Gaya london timbul dari dipol yang diinduksi dalam

satu molekul oleh molekul yang lain. Gaya london dapat terjadi bila pasangan

elektron suatu molekul, baik yang bebas maupun yang terikat selalu bergerak

mengelilingi inti. Elektron yang bergerak dapat mengimbas atau menginduksi

sesaat pada tetangga sehingga molekul tetangga menjadi polar terinduksi sesaat.

Molekul ini pula dapat menginduksi molekul tetangga lainnya sehingga terbentuk

molekul – molekul dipol sesaat (Effendy, 2005).

Molekul polar berada pada jarak tertentu dengan molekul non polar maka

molekul polar dapat menginduksi molekul non polar sehingga molekul non polar

tersebut menjadi molekul polar induksian. Setelah proses induksian berlangsung

antara kedua molekul tersebut terjadi gaya tarik elektrostatik yang disebut gaya

dipol – dipol induksi (Effendy, 2005). Elektrostatik merupakan studi interaksi

antara muatan benda yang penting untuk memahami interaksi dari elektron yang

digambarkan dengan kerapatan elektron. Pendukung utama dari elektrostatik

adalah hukum Coulomb yang merupakan deskripsi matematis tentang bagaimana

muatan tolak menolak dan tarik menarik. Tarikan dan tolakan terutama timbul

dari antaraksi dipol – dipol, tarik menarik antara muatan yang berlainan tanda dan

tolak menolak antara muatan yang sama tanda. Persamaan hukum Coulomb untuk

kekuatan interaksi antara dua partikel dapat ditunjukkan pada persamaan 1.

.......................................persamaan 1.

Keterangan :

F = kekuatan interaksi antar dua partikel

= muatan partikel pertama

= muatan partikel kedua

= jarak antar dua buah partikel

Persamaan tersebut menunjukkan kekuatan interaksi antara dua partikel

atau molekul berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antaranya (Young, 2001).

Jarak berpengaruh penting terhadap kekuatan gaya antarmolekul. Jarak antar atom

berdasarkan pada jari – jari van der Waals dapat diilustrasikan pada Gambar 7.


commit to user

14

A H -----------------B

Gambar 7. Model untuk ilustrasi jarak antar atom.

Apabila jarak A-H lebih pendek daripada jarak H-B maka ikatan A-H

merupakan ikatan kovalen. Ikatan H-B bila jaraknya sama atau lebih besar dari

jumlah jari – jari van der Waals atom H dan atom B maka jarak H-B dapat

menunjukkan adanya interaksi tanpa ikatan (nonbonded interaction). Tabel 1

menampilkan jari – jari van der Waals beberapa unsur.

Tabel 1. Jari – jari van der Waals beberpa unsur.

Unsur rvdw (Å) Unsur rvdw (Å) Unsur rvdw (Å)

H 1,20 O 1,52 Cl 1,90

C 1,70 S 1,80 Br 2,00

N 1,55 F 1,60 I 2,12

Pada interaksi O dengan O akan memiliki jari – jari van der Waals sebesar 3,04 Å

maka bila jarak pada sistem antarmolekul lebih besar daripada jari – jari van der

Waals tersebut menunjukkan terdapat interaksi tanpa ikatan berupa dipol – dipol

karena sifat dari atom O yang bersifat polar. Namun, semakin jauh jarak

antarmolekul tentunya akan mempunyai kekuatan interaksi yang semakin lemah

sebab interaksi antar elektronnya semakin sedikit maka polarisasi semakin lemah

dan semakin lemah pula kemampuan untuk membentuk ikatan (Effendy, 2005).

5. Reaksi Addisi Nukleofilik Karbon Tak Jenuh-α,β

Reaksi addisi nukleofilik merupakan reaksi pemutusan ikatan rangkap C-C

oleh nukleofilik pada rantai karbon tak jenuh (unsaturated). Ikatan rangkap C-C

karbon – karbon yang terdapat pada alkena bersifat non polar. Namun, suatu

ikatan rangkap C-C karbon – karbon yang berkonjugasi dengan suatu gugus

karbonil akan bersifat polar. Hal tersebut disebabkan adanya gugus karbonil yang

bersifat polar mempunyai ikatan π berupa ikatan yang mudah terpolarisasi dan

reaktif (Pudjaatmaka, 1999).


commit to user

15

Reaksi addisi nukleofilik pada ikatan rangkap C-C yang terkonjugasi

dengan gugus karbonil pada umunya berlangsung makanisme dari Michael

reaction atau Michael addition. Nukleofilik dari mekanisme Michael reaction

akan menyerang pada karbon yang bermuatan parsial positif dimana sistem C=C-

C=O ini parsial positif akan terdapat pada karbon-β dan karbon karbonil.

Penyerang nukleofil pada C=C mekanismenya melalui addisi 1,4 sedangkan

penyerangan nukleofil pada C=O melalui addisi 1,2. Halangan sterik disekitar

ikatan rangkap C-C atau sekitar gugus karbonil dapat menyebabkan serangan

tertuju pada posisi yang tak terintangi (Laue and Plagens, 2005; Pudjaatmaka,

1999).

Sistem terkonjugasi seperti keton tak jenuh-α,β addisi nukleofilik yang

berlangsung berupa addisi 1,4 dimana tipe addisi ini menyerupai addisi 1,4 diena

terkonjugasi. Reaksi addisi 1,4 ini berlangsung melalui dua tahapan reaksi, yang

pertama yaitu serangan nukleofil pada ikatan rangkap C-C karbon-α, β yang akan

menghasilkan karbanion melalui pemutusan ikatan rangkap C-C. Kemudian

nukleofil akan membawa pasangan elektronnya menuju atom karbon-β yang

terlibat dalam ikatan rangkap C-C, memaksa elektron π pada ikatan rangkap C-C

tersebut menuju atom karbon lainnya membentuk karbanion yang dapat

beresonansi. Karbanion dapat beresonansi dengan gugus karbonil membentuk

anion pada atom oksigen. Tahap kedua adalah serangan substituen bermuatan

positif pada spesi yang bermuatan negatif (March, 1968). Reaksi Michael addition

ini berlangsung melalui rearrangement karbanion pada ikatan rangkap C-C yang

terkonjugasi dengan karbonil dan mengarahkan tautomerisasi pada enol menjadi

keto sebagai produk akhir seperti ditunjukkan pada Gambar 8 (Laue & Plagens,

2005).


commit to user

16

Y C C C O C C C O

Y

C C C O

Y

HY

C C C OH

Y

C C C O

Y H

suatu enol keto

Gambar 8. Mekanisme reaksi adisi nukeofilik 1,4 dengan serangan terdapat pada

ikatan rangkap C-C.

6. Docking

Docking merupakan sebuah studi untuk memprediksikan struktur tiga

dimensi suatu kompleks yang terbentuk antara suatu ligan dengan makromolekul

yaitu protein. Docking mampu memprediksikan kompleks protein-ligan dalam

waktu yang cepat dan biaya yang relatif murah. Teknik ini menempatkan ligan

secara sistematis pada site aktif dari mekromolekul. Penempelan suatu ligan pada

protein atau makromolekul (reseptor) dapat mempengaruhi struktur tiga dimensi

dari protein membentuk konformasi tertentu, memberikan posisi yang

menunjukkan kebolehjadian bagi protein target untuk berinteraksi dengan ligan

yang mempunyai jarak yang relatif dekat (Manikrao et al., 2011).

MOE (Molecular Operating Environment) merupakan salah satu aplikasi

yang dikembangkan Chemical Computing Group. Aplikasi ini bersifat user-

friendly sehingga cocok digunakan untuk pembelajaran.

7. Quantum Mechanics (QM)

Quantum Mechanic (QM) atau mekanika kuantum merupakan metode

matematik yang mempunyai ketelitian tinggi untuk memprediksi perilaku elektron

yang digunakan untuk menyelesaikan fungsi gelombang dengan menggunakan

persamaan Schrodinger. Mekanika kuantum diperlukan untuk mempelajari

partikel-partikel mikroskopis seperti elektron, inti atom, atom dan molekul


commit to user

17

dimana mekanika klasik tidak mampu untuk menjelaskan kelakuan-kelakuan

partikel tersebut (menguraikan sifat-sifat dasar partikel yang penting karena

elektron terlibat dalam perubahan kimia). Dalam kimia kuantum, sistem

digambarkan sebagai fungsi gelombang yang dapat diperoleh dengan

menyelesaikan persamaan Schrodinger. Persamaan ini berkait dengan sistem

dalam keadaan stasioner dan energi 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. Teori QM menggunakan operator Hamiltonian

dan fungsi gelombang untuk menghitung energi sistem. Fungsi gelombang berupa

fungsi posisi elektron dan nuclear ini dapat digunakan untuk mendeskripsikan

probabilitas elektron pada lokasi tertentu, tetapi tidak dapat memprediksikan

secara tepat letak dari elektron tersebut. Muatan atom untuk QM diperoleh dengan

skema analisis populasi (Young, 2001).

Metode ini merupakan metode yang paling banyak digunakan dalam

permodelan molekul (Leach, 2001). Melalui model Lewis mampu memprediksi

pola ikatan kimia dan memberikan indikasi dari kekuatan ikatan (ikatan tunggal,

ikatan rangkap C-C). Perhitungan ikatan kovalen yang tanpa pemutusan ikatan

dengan Quantum Mechanic (QM) dapat dilakukan dengan menggunakan salah

satu metode QM standar (Das, 2002). Akurasi dari perhitungan QM bergantung

pada ukuran fungsi basis yang digunakan. Metode QM dapat memberikan

penjelasan yang komprehensif untuk fenomena kimia seperti sifat valensi dan

ikatan seperti reaktivitas kimia sehingga dapat memberikan penjelasan secara

empirik dari kimia. QM (ab initio) pada tingkat dasar dapat memecahkan

persamaan Schrodinger untuk sistem molekul yang mempelajari elektron (Young,

2001). Energi dari keadaan dasar, keadaan tereksitasi dan optimasi geometri dapat

dihitung dengan metode QM, tetapi dibatasi pada ukuran sistem (Das, 2002).

Metode QM juga digunakan untuk pembelajaran secara detail terhadap

struktur dan reaktivitas dari berbagai sistem. QM untuk mengetahui sifat-sifat

elektronik yang terkait dengan distribusi elektron seperti momen dipol dan

densitas elektron. (Dolenc and Koller, 2006; Leach, 2001). Keuntungan dari


commit to user

18

sistem dengan metode QM adalah interaksi elektrostatik dapat dideskripsikan

secara realistis (Thiel, 2009). Selain itu perubahan struktur elektronik yang

melibatkan interaksi pertukaran muatan dan pengaruh polarisasi tidak diabaikan

(Liu et al., 2001). Kelemahan metode ini adalah komputasinya cukup mahal untuk

pembelajaran sistem yang cukup besar, seperti biomolekul (Dolenc and Koller,

2006).

8. Natural Bond Orbital (NBO)

Muatan atom maupun distribusi elektron tidak dapat terlihat dengan QM

dan tidak dapat secara langsung dengan perhitungan QM ataupun eksperimen.

Terdapat beberapa metode yang berbeda untuk menghitung muatan atom ataupun

distribusi elektron dari sistem molekul. Salah satunya adalah NBO yang

merupakan teknik analisis yang dapat mendeskripsikan sebuah analisis fungsi

gelombang elektronik. NBO menggunakan orbital alami yang merupakan fungsi

eigen yang mengurangi orde pertama dari densitas matrik berupa lokalisasi.

Prinsip lokalisasi merujuk pada orbital yang menunjukkan pusat atom dan

pasangan atom yang menghasilkan muatan dari atom. Analisis dengan NBO

dikelompokkan sebagai orbital ikatan, anti ikatan, core dan Rydberg (Young,

2001; Glendening, 2011). Sehingga dengan NBO dapat untuk memahami konsep

– konsep ikatan seperti muatan atom, struktur lewis, tipe ikatan, transfer muatan,

dan lain – lain. Analisis NBO dalam menunjukkan transfer muatan intramolekul

dengan fungsi basis yang menunjukkan akurasi yang tinggi maka nilai - nilai dari

muatan inti dan valensi makin negatif yang menunjukkan stabilitas dari struktur

molekul (Monajjemi, 2010).

Analisis dengan NBO banyak digunakan karena hasilnya

mengklasifikasikan jenis orbital, yang menunjukkan bahwa interaksi orbital lebih

berperan penting dalam memutuskan delokalisasi elektron dibandingkan

keelektronegatifan. NBO menampilkan occupancy yang menunjukkan berapa

banyak elektron yang terdapat dalam tiap atom, energi orbital dan pola kualitatif

dari interaksi delokalisasi dihubungkan dengan tiap – tiap atom dan terdapat pula


commit to user

19

natural charge sebagai muatan parsial dari masing – masing atom. Metode NBO

umunya menggunakan level teori HF (Hartree-Fock) (Glendening, 2011).

9. Metode komputasi

Metode komputasi perlu dilakukan karena metode eksperimen belum

mampu memberikan informasi yang mendalam tentang interaksi antarmolekul

dalam skala molekular. Metode eksperimen lebih menjelaskan tentang fenomena

yang terjadi dalam sistem makroskopis. Saat ini metode komputasi perhitungan

ab initio telah banyak digunakan untuk menentukan potensial interaksi

antarmolekul secara akurat. Interaksi antarmolekul tergantung pada geometri

masing-masing molekul.

Ab initio mengacu pada perhitungan mekanika kuantum melalui beberapa

pendekatan matematis, seperti penggunaan persamaan yang disederhanakan

(Born-Oppenheimer approximation) atau pendekatan untuk penyelesaian

persamaan differensial. Ab initio merupakan metode orbital molekul yang paling

akurat dibandingkan semi empirik dan molekul mekanik. Metode ini dapat

memberikan prediksi kuantitatif yang akurat untuk berbagai sistem molekular.

Namun, membutuhkan sumber daya komputer yang cukup besar (Dorsett and

White, 2000). Tipe yang paling terkenal dari metoda ab initio adalah perhitungan

Hartree-Fock (HF) dengan metode pendekatan medan pusat (central field

approximation). Ini berarti bahwa tolakan Coulombik antar elektron tidak secara

spesifik dimasukkan dalam perhitungan, tetapi efek total interaksi korelasinya

dimasukkan dalam perhitungan sebagai suatu besaran konstant. Dalam teori HF,

probabilitas untuk menemukan elektron di suatu daerah dalam atom didefinisikan

sebagai jarak dari inti bukan jarak terhadap elektron lainnya (Young, 2001).

10. Fungsi Basis

Fungsi basis dalam ilmu kimia adalah kumpulan fungsi matematika yang

digunakan untuk menyusun gugus orbit suatu molekul. Kumpulan fungsi-fungsi

matematika yang ada disusun dalam kombinasi linier dengan menyertakan nilai

koefisien di dalamnya. Fungsi yang digunakan umumnya adalah gugus - gugus


commit to user

20

orbit atom penyusun molekul tersebut. Dalam kimia komputasi, perhitungan

kimia kuantum umumnya dilakukan dalam satu set basis perhitungan yang terdiri

atas fungsi gelombang yang ada disusun secara linier (Young, 2001). Fungsi

basis yang makin besar menunjukkan peningkatan keakurasian dalam

memperkirakan orbital dengan menerapkan pembatasan lokasi elektron dalam

ruang. Standar fungsi basis menggunakan kombinasi linier dari fungsi gaussian

(Rauk, 2001).

Fungsi basis Split valence merupakan kombinasi dari himpunan fungsi

basis minimal dan himpunan fungsi basis diperluas. Terdapat beberapa fungsi

basis untuk masing – masing orbital atomik pada elektron kulit valensi tetapi

hanya satu fungsi basis untuk menggambarkan orbital atomik pada kulit dalam.

Fungsi basis 6-31G merupakan fungsi basis yang sangat populer untuk

perhitungan pada molekul organik. 6-31G mendeskripsikan adanya sebuah

contracted Gaussian yang terdiri dari 6 fungsi Gaussian primitif untuk orbital

atom kulit dalam, sebuah contracted Gaussian yang terdiri dari 3 Gaussian

primitif untuk valensi kulit dalam dan sebuah Gaussian primitif untuk valensi

kulit luar (Leach, 2001; Rauk, 2001; Young,2001).

Simbol „*‟ menunjukkan adanya penambahan fungsi polarisasi. Hal

tersebut berarti adanya penambahan ke dalam elektron valensi atau penambahan

fungsi p untuk atom H dan He untuk sistem dimana hidrogen berperan sebagai

atom penghubung atau fungsi d untuk atom besar. Fungsi basis 6-31G(d) atau 6-

31G* merupakan fungsi polarisasi dari fungsi basis 6-31G. Fungsi polarisasi

dapat ditambahan pada fungsi basis untuk mendeskripsikan pemindahan yang

tidak sama untuk muatan yang jauh dari inti atom sehingga dapat meningkatkan

deskripsi dari ikatan kimia. Fungsi polarisasi ini digunakan karena dapat

memberikan hasil dengan akurasi lebih baik (Young, 2001).

B. Kerangka Pemikiran

Adisi nukleofilik pada ikatan rangkap C-C yang terkonjugasi dengan

gugus karbonil umumnya yang diserang pada karbon-β. Hal tersebut karena

karbon–β mempunyai muatan yang sangat parsial positif yang berarti kerapatan


commit to user

21

elektronnya sangat rendah. Kerangka maleimida pada MIRA-1 memposisikan

ikatan rangkap C-C diapit oleh dua karbonil. Jika tarikan elektron dari kedua

karbonil terpusat pada ikatan rangkap C-C MIRA-1 dengan kekuatan yang sama

maka kerapatan elektronnya menjadi simetris. Tarikan yang simetris

menyebabkan sulit menentukan posisi karbon mana sebagai karbon-β. Ikatan

rangkap C-C yang mempunyai kerapatan elektron yang sangat tinggi

menyebabkan serangan nukelofil sulit. Sehingga diperlukan faktor yang dapat

menurunkan kerapatan elektron dari ikatan rangkap C-C.

Nukleofil umumnya menyerang pada karbon yang mempunyai kerapatan

elektron rendah. Kerapatan elektron rendah dapat diperoleh dengan adanya

pengaruh dari luar atau dari nukleofil itu sendiri. Tiol yang merupakan nukleofil

lemah untuk mempengaruhi polarisasi ikatan rangkap C-C harus ada kombinasi

dengan tiol mendekat pada ikatan rangkap C-C dan pengaruh dari luar yang

memberikan tarikan elektron lebih kuat pada salah satu sisi karbon. Kemudian

elektron ikatan rangkap C-C dapat tertarik ke salah satu sisi karbon dan nukleofil

masuk melalui sisi karbon lain. Tarikan elektron yang lebih kuat pada salah satu

sisi ikatan rangkap C-C akan memberikan kerapatan elektron asimetris. Pengaruh

dari luar dapat diperoleh dari lekukan mutasi karena letak MIRA-1 yang terdapat

di dalam lekukan. Lekukan terdiri dari asam amino – asam amino yang

mempunyai gugus donor ataupun akseptor elektron. Gugus akseptor sebagai

penarik elektron jika posisinya lebih dekat pada salah satu ikatan rangkap C-C

dapat memberikan kekuatan tambahan tarikan elektron ke atom karbon tersebut.

Sehingga karbon itu kerapatannya lebih besar dibandingkan karbon lain dalam

ikatan rangkap C-C. Lekukan mutasi menyelubungi MIRA-1 dari bagian

maleimida dan bagian alifatik. Maka pengaruh dari luar dapat pula berpengaruh

pada alifatik kemudian secara tidak langsung alifatik tersebut dapat berpengaruh

terhadap kerapatan elektron dari ikatan rangkap C-C.

Kerapatan elektron hanya dapat dilihat melalui analisis populasi.

Perhitungan yang melibatkan kerapatan elektron harus menggunakan metode

mekanika kuantum. Mengingat perubahan kerapatan elektron relatif kecil pada

senyawa dengan ikatan kovalen maka dibutuhkan perhitungan yang relatif akurat.


commit to user

22

Minimal level yang memenuhi itu adalah HF. Perubahan akibat lingkungan yang

berarti ada tarikan, yang dapat mengakomodir tarikan tersebut adalah fungsi basis

yang melibatkan polarisasi. Senyawa organik yang melibatkan arom C, N dan O

sudah cukup akurat dengan menggunakan fungsi basis split 6-31.

C. Hipotesis

1. Kerapatan elektron ikatan rangkap C-C MIRA-1 dapat dibuat asimetris dengan

adanya kekuatan tarikan elektron yang berbeda pada kedua sisi atom karbon

ikatan rangkap C-C sehingga dapat terjadi kemungkinan serangan nukleofil.

2. Lekukan mutasi yang terdiri dari asam amino – asam amino yang mempunyai

gugus penarik elektron dapat memberikan pengaruh pada terpolarisasinya

ikatan rangkap C-C MIRA-1.

3. Bagian alifatik berpengaruh terhadap kemungkinan pembentukan adduct tiol

dengan adanya gugus dari asam amino yang dekat dengan bagian alifatik. Hal

tersebut dapat memberikan pengaruh pada kerapatan elektron dan reaktivitas

ikatan rangkap C-C.


commit to user

23

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

A. Metode Penelitian

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimental

laboratoris.

B. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan di Laboratorium Kimia Dasar bagian Komputasi

Kimia jurusan Kimia FMIPA UNS selama 6 bulan mulai bulan Oktober 2011

sampai Maret 2012.

C. Alat dan Bahan yang Dibutuhkan

1. Alat

Seperangkat komputer dengan spesifikasi : CPU dengan processor AMD

Phenom (tm) II X 6 1055 T processor, RAM 8 GB dan Hardisk 2 X 500 GB.

Software yang digunakan, yaitu: Gaussian 03 (Frisch et al., 2003), CHIMERA

(Pattersen et al., 2004), molden (Schaftenaar and Noordik, 2000) dan VMD

(Humphrey et al., 1996).

2. Bahan

Struktur hasil docking MOE (Molecular Operating Environment) kode

PDB 2X0W (Basse et al., 2010) yang diperoleh dari perkembangan desain obat

rasional dengan menstabilkan p53 : menyelidiki permukaan mutan onkogen

Y220C yaitu kompleks p53 termutasi (Y220C) dengan ligan MIRA-1 (MIRA1-

220.pdb)

D. Prosedur Penelitian

1. Kompleks Protein-Ligan

a. Perbentukan Konfigurasi

Hasil docking MOE (Molecular Operating Environment) kode PDB


commit to user

24

2X0W sebagai p53 termutasi pada Y220C dengan MIRA-1 sehingga diperoleh

kompleks p53-MIRA-1 pada daerah mutan Y220C (unpublished result).

Struktur tersimpan dalam MR1-220 arsip pdb (MR1-220.pdb). Perhitungan

sistem dengan kompleks utuh memberikan masalah konvergensi. Hal tersebut

kemudian dilakukan pemotongan ukuran kompleks dengan asam amino yang

berada disekitar MIRA-1 (dalam lekukan mutasi) yaitu sekitar 20 jumlah asam

amino. Itu pun dalam perhitungan memberikan masalah konvergensi.

Kemudian dilakukan pembentukan konfigurasi – konfigurasi dengan

penambahan asam amino – asam amino secara parsial yang atomnya

mempunyai jarak yang relatif dekat dengan atom di MIRA-1. Jarak antar

atomnya diperoleh dengan menggunakan CHIMERA. Pembentukan

konfigurasi dimulai dari MIRA-1 saja tanpa lingkungan (asam amino) dari

MR1-220 arsip pdb kemudian dilanjutkan asam amino pertama yaitu asam

amino sistein yang diambil dari MR1-220 arsip pdb sebagai konfigurasi ke-1

dan seterusnya. Asam amino yang diambil dari MR1-220 arsip pdb (MR1-

220.pdb) melalui pemutusan ikatan peptida, pada ujungnya terdapat ujung

gugus karbonil (C=O) atau ujung N-H. Ujung – ujung tersebut kemudian

ditambahkan oleh atom atau gugus yang sesuai dengan struktur standar asam

amino dengan gedit dan disimpan kembali sebagai arsip pdb. Tiap konfigurasi

disimpan dalam arsip pdb dan dapat divisualisasi dengan CHIMERA.

b. Persiapan Perhitungan

Arsip pdb masing – masing konfigurasi dikonversi menjadi arsip com

dengan VMD (Visual Molecular Dynamic) untuk dilakukan eksekusi

perhitungan. Arsip com tiap konfigurasi dibuka dengan gedit untuk mengubah

atom type menjadi atom tunggal dan disimpan kembali sebagai arsip com.

Kemudian arsip com tersebut yang digunakan dalam eksekusi perhitungan.

2. Perhitungan Analisis Populasi

a. Optimasi Geometri

MIRA-1 yang diambil dari MR1-220 arsip pdb dan sudah diubah menjadi

arsip com dihitung optimasi geometri dan analisis populasi dengan NBO.


commit to user

25

Optimasi geometri dilakukan dengan Gaussian 03 menggunakan level teori HF

(Hatree Fock) dan fungsi basis 6-31G*. Hasil optimasi geometri tersimpan

sebagai arsip log yang dapat divisualisasi melalui CHIMERA dengan

mengubahnya ke dalam arsip pdb melalui molden dan data NBO-nya dapat

ditunjukkan melalui gedit.

b. Single Point

MIRA-1 yang diambil dari MR1-220 arsip pdb (MR1-220.pdb) juga

dihitung single point NBO-nya dengan Gaussian 03. Single point dilakukan

dengan level teori dan fungsi basis yang sama dengan yang dilakukan pada

optimasi geometri. Hasilnya tersimpan dalam arsip log sebagai konfigurasi ke-

0. Kemudian dilanjutkan perhitungan single point NBO untuk konfigurasi

selanjutnya yaitu konfigurasi selanjutnya tergantung jumlah asam amino yang

diambil sebagai konfigurasi. Hasilnya juga tersimpan dalam arsip log yang

selanjutnya untuk pengumpulan dan analisis data distribusi kerapatan

elektronnya dari data NBO yang dapat ditunjukkan melalui gedit.

E. Teknik Pengumpulan dan Analisis Data

1. Pengumpulan Data

Data yang diambil adalah gambar MIRA-1 hasil optimasi geometri dan

single point serta gambar konfigurasi yang merupakan tambahan asam amino

secara parsial. Selain itu, data NBO yang diambil adalah nilai occupancy dan

muatan parsial.

2. Analisis Data

Interaksi antara sistein dengan MIRA-1 untuk menunjukkan kebolehjadian

pembentukan adduct tiol dengan melihat pengaruh lingkungan dalam lekukan

mutasi disekitar MIRA-1 terhadap distribusi kerapatan elektronnya. Hal tersebut

dapat ditentukan dengan membandingkan nilai delta occupancy target reaksi di

MIRA-1 (ikatan rangkap C-C) dari satu konfigurasi ke konfigurasi yang lain. Itu

dapat menunjukkan pengaruh asam amino (lingkungan lekukan mutasi) terhadap

reaktivitas ikatan rangkap C-C. Pengaruh asam amino yang mempunyai gugus –

gugus yang berbeda – beda dengan jarak tertentu dari gugus atau atom MIRA-1


commit to user

26

dapat memberikan pengaruh pada distribusi kerapatan elektron di MIRA-1 yang

berpengaruh pada reaktivitas ikatan rangkap C-C. Kebolehjadian pembentukan

adduct yang dipengaruhi lekukan mutasi dapat juga ditunjukkan melalui

kemampuannya dalam mempengaruhi polarisasi ikatan rangkap C-C dengan

mempunyai perbedaan nilai muatan parsial yang berbeda antara keduanya. Data

tersebut dapat juga menunjukkan pengaruh geometri bagian alifatik terhadap

reaktivitas ikatan rangkap C-C MIRA-1 tanpa adanya pengaruh lingkungan

disekitarnya.


commit to user

27

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Kompleks Protein-Ligan

Mutasi onkogenik Y220C adalah salah satu perubahan genetik yang sering

terdapat pada kanker manusia. Mutasi dapat menurunkan stabilitas protein dan

menginduksi pembentukan celah di permukaan site mutasi. Mutasi kanker Y220C

menginduksi pembentukan cavity (lekukan mutasi) pada permukaan protein yang

dapat menampung molekul penstabil.

Struktur mutan Y220C diperoleh dari p53 mutan Y220C yang

ditambahkan dengan 5,6-dimetoksi-2metilbenzotiazol dengan kode pdb 2X0W.

Itu diperoleh dari perkembangan desain obat rasional dengan menstabilkan p53 :

menyelidiki permukaan mutan onkogen Y220C. Struktur 5,6-dimetoksi-

2metilbenzotiazol berada didekat Y220C kemudian dihilangkan dan digantikan

dengan MIRA-1. MIRA-1 masuk ke lekukan mutasi Y220C dengan bantuan

docking MOE (Molecular Operating Environment) (unpublished result).

Struktur 5,6-dimetoksi-2metilbenzotiazol ketika dalam lekukan mutasi

Y220C terstabilkan karena posisi dari atom N tiazol dapat membentuk ikatan

hidrogen dengan gugus hidroksi dari threonin (150). Gugus metoksi dari struktur

5,6-dimetoksi-2metilbenzotiazol mengapit ikatan rangkap C-C berada jarak yang

cukup dekat dengan sistein. Maka model interaksi struktur tersebut dapat

dilakukan pada MIRA-1. MIRA-1 dengan 5,6-dimetoksi-2metilbenzotiazol sama

– sama mepunyai gugus penarik elektron yang mengapit ikatan rangkap C-C yang

dapat mempengaruhi polarisasinya sehingga dapat menunjukkan kebolehjadian

pembentukan adduct.

Hasil docking ligan (MIRA-1) tehadap mutan Y220C yaitu ligan berada di

dalam lekukan mutasi. Konformasi yang diperoleh adalah posisi ikatan rangkap

C-C MIRA-1 yang terkonjugasi gugus karbonil berada pada jarak relatif dekat

dengan atom S asam amino sistein yang dapat ditunjukkan Gambar 9. Posisi

tersebut dapat memberikan interaksi spesifik antara ligan (MIRA-1) dan protein


commit to user

28

(mutan p53) sehingga dapat mengaktifkan fungsi p53 menyerupai wild-type-nya

melalui kebolehjadian pembentukan adduct tiol. Ikatan rangkap C-C alkena yang

mempunyai orbital ikatan π yang cederung kurang stabil dan memudahkan

interaksi dengan sistein sehingga terdapat kebolehjadian pembentukan adduct tiol.

Gambar 9. Kompleks p53 termutasi Y220C dengan MIRA-1 hasil docking dan

warna hitam menunjukkan MIRA-1.

Kompleks protein-ligan mempunyai ukuran yang relatif besar (gambar 9)

dengan protein mempunyai 3037 jumlah atom. Jika seluruh jumlah atom tersebut

merupakan atom hidrogen dan setiap atom menggunakan sebuah orbital 1s.

Dengan demikian jumlah total dari fungsi basis adalah 1+1+1+.....+1 hingga

berjumlah 3037. Dengan demikian orbital molekul dari sejumlah atom tersebut

dalam basis minimal diperoleh sebagai kombinasi linier dari 3037 fungsi basis ini.

Ukuran perhitungan komputasi sebanding dengan jumlah basis pangkat empat.

Semakin besar fungsi basis yang digunakan untuk meningkatkan ketelitian

perhitungan mempengaruhi ukuran pekerjaan komputasi (waktu komputasi dan

ukuran memori) yang besar. Itu jika dalam sistem hanya terdapat atom hidrogen,

sedangkan kompleks p53-MIRA-1 juga terdapat atom C, N dan O yang

mempunyai jumlah orbital lebih dari satu. Oleh karena itu, jumlah total fungsi

basis yang ada dikompleks menjadi lebih dari 3037 yang akan meningkatkan


commit to user

29

ukuran pekerjaan komputasi. Selain itu, ukuran yang besar dari kompleks maka

semakin banyak antar atom yang tak berikatan dari sisi asam amino yang berbeda

sehingga diasumsikan struktur menjadi tidak homogen. Itu menyebabkan

perhitungan muncul masalah konvergensi. Oleh karena itu, kompleks p53-MIRA-

1 tidak dilakukan perhitungan utuh yang kemudian memperkecil ukuran kompleks

pada daerah mutan Y220C yang ditunjukkan Gambar 10.

Gambar 10. Kompleks p53-MIRA-1 pada daerah mutan Y220C dan warna hitam

menunjukkan MIRA-1.

Limitasi dari software dan hardware yang tidak diketahui maka dilakukan

percobaan memperkecil ukuran kompleks. Ukuran kompleks yang diperkecil

ternyata memberikan masalah yang relatif sama dengan perhitungan dengan

ukuran kompleks yang utuh. Ukuran kompleks (Gambar 10) yang sudah

diperkecil jumlah atomnya menjadi 314 masih memberatkan ukuran kerja

komputasi dan kesulitan dalam mengatur masalah konvergensi.

Hal tersebut menyebabkan lingkungan dalam lekukan mutasi yang

dimasukkan dalam perhitungan pada bagian yang berinteraksi langsung saja

dengan MIRA-1. Satu atom saja dari suatu asam amino mempunyai jarak yang

dekat dengan salah satu atom dari MIRA-1 maka asam amino tersebut

dimasukkan sebagai konfigurasi yang akan dihitung kemudian. Jarak dari atom

asam amino ke atom MIRA-1 ditunjukkan pada Tabel 2.


commit to user

30

Tabel 2. Jarak antara atom dari asam amino ke atom MIRA-1

Asam - asam amino yang sederet dengan asam amino sistein (target reaksi)

yang mempunyai jarak relatif dekat terdapat atom C dan N asam amino dekat

dengan atom O1 MIRA-1 masing – masing berjarak 4,028 Å dan 3,845 Å serta

atom C asam amino berjarak 3,288 Å ke C7 MIRA-1 (Tabel 2). Maka asam

amino selain sistein pada sisi ini yang diambil adalah asam amino 127 hingga 129

yaitu berturut – turut asam glutamat dan dua asam amino prolin. Asam amino 134

dan 136 mempunyai jarak yang juga dekat dengan MIRA-1, tetapi kedua asam

amino berikatan peptida dengan asam amino sebelumnya yang jaraknya relatif

jauh. Oleh karena itu, kedua asam amino tersebut tidak dimasukkan pada asam

amino pilihan dalam pembentukan konfigurasi.

Asam amino – asam amino yang terletak pada sisi lain dari asam amino

target mempunyai lebih banyak asam amino yang mempunyai jarak yang relatif

dekat dengan MIRA-1 (Tabel 2). Atom C yang berjarak relatif dekat dengan O4

MIRA-1 yaitu sebesar 4,678 Å pada asam amino 54 dan 2,204 Å pada asam

amino 53. Asam amino yang diambil dari permukaan lekukan mutasi dimulai

dengan 54. Asam amino 55 atom C-nya mempunyai jarak yang relatif dekat

dengan O4 MIRA-1 sebesar 3,854 Å. Namun, karena sifatnya yang sama – sama

non polar dengan asam amino 53 yaitu valin dan jarak yang dimilki valin lebih

Sisi Asam amino Target

Asam

amino

Atom Jarak

(Å) Asam

amino

MIRA-

1

GLU127 CA O1 4,028

PRO128 N O1 3,845

PRO129 CB C7 3,288

GLU130 CD C8 8,726

VAL131 CE C8 10,345

GLY132 CF C8 10,157

SER133 CG C7 7,047

ASP134 CH C7 4,948

CYS135 CI O3 5,547

THR136 CJ O3 3,941

THR137 CK O3 8,164

Sisi Lain Asam amino Target

Asam

amino

Atom Jarak

(Å) Asam

amino

MIRA-

1

GLN50 CL O3 6,514

LEU51 CM O3 3,771

TRP52 CN O3 4,884

VAL53 CP O4 2,204

ASP54 CQ O4 4,678

SER55 CR O4 3,854

THR56 CS C7 6,970

PRO57 CT C7 4,492

PRO58 CV O3 6,917


commit to user

31

dekat dengan O4 MIRA-1 sehingga asam amino yang diambil dimulai dengan

nomor 54 hingga asam amino yang mengarah ke dalam lekukan mutasi yaitu asam

amino 51. Asam amino 50 atom C-nya mempunyai jarak yang relatif jauh dengan

O3 MIRA-1 sebesar 6,514 Å sehingga dibatasi hingga asam amino 51 yang

diambil sebagai konfigurasi nantinya. Jumlah asam amino yang diambil pada sisi

ini adalah 4 asam amino. Jadi total keseluruhan asam amino yang diambil sebagai

pembentuk konfigurasi dalam perhitungan sebanyak 8 asam amino yaitu sistein,

asam glutamat, 2 prolin, asam aspartat, valin, triptofan dan leusin. Dengan

menggunakan pola pemilihan tersebut dapat dilihat dalam bentuk surface seperti

Gambar 11.

Gambar 11. Surface bagian asam amino – asam amino dari lekukan mutasi yang

berada di sekitar MIRA-1 dan warna hitam menunjukkan MIRA-1.

Hal tersebut menyebabkan tidak semua asam amino dalam surface tersebut

dihitung, tetapi hanya asam amino – asam amino pada surface warna merah.

Surface warna putih terdiri dari asam amino yang mayoritas mempunyai jarak

dengan MIRA-1 relatif jauh. Lingkungan dalam lekukan mutasi berupa asam

amino terpilih mempunyai jarak atomnya yang kurang dari 5 Å dari jarak atom

pada MIRA-1.


commit to user

32

Interaksi spesifik antara MIRA-1 dengan asam amino – asam amino yang

merupakan lingkungan dari lekukan mutasi terjadi ketika mempunyai jarak yang

relatif dekat sehingga dapat memberikan pengaruh yang lebih besar terhadap

distribusi kerapatan elektronnya. Interaksi – interaksi dari asam amino yang

dipilih sudah cukup sehingga tidak perlu jarak yang terlalu jauh dan tidak semua

asam amino digunakan dalam perhitungan. Oleh karena itu, dapat diasumsikan

interaksi yang terdapat dari asam amino – asam amino tersebut telah dapat

mewakili sistem protein atau lekukan mutasi.

B. Perhitungan Analisis Populasi

Interaksi spesifik antara sistein dan ikatan rangkap C-C MIRA-1 yang

terkonjugasi gugus karbonil dapat menjelaskan kebolehjadian pembentukan

adduct tiol. Adduct merupakan ikatan kovalen yang terbentuk antara suatu

biomolekul dan non biomolekul. Pembentukan adduct mampu mengembalikan

konformasi p53 mendekati konformasi wild-type-nya. Interaksi spesifik dapat

ditunjukkan dengan perhitungan analisis populasi. Perhitungan itu melibatkan

struktur elektronik yang dapat dipelajari dengan menggunakan metode mekanika

kuantum.

Perhitungan analisis populasi pada penelitian ini menggunakan NBO.

Perhitungan menggunakan level teori HF untuk memperoleh hasil perhitungan

yang relatif akurat. Fungsi basis yang digunakan adalah 6-31G* yang dapat

memberikan hasil perhitungan yang melibatkan pengaruh polarisasi ikatan dari

senyawa organik. Perhitungan optimasi geometri dan single point NBO dapat

memberikan informasi distribusi kerapatan elektron yang dapat ditunjukkan

melalui data occupancy dan muatan parsial.

Optimasi geometri dilakukan untuk memperoleh konfigurasi MIRA-1

yang stabil berdasarkan energinya. Hasil optimasi diperoleh sistem yang

terstabilkan pada konformasi tertentu dan mempunyai energi yang relatif rendah.

Struktur MIRA-1 teroptimasi ditunjukkan Gambar 12.


commit to user

33

C4

C1C2

C3

N1

C5O2

C6

4O

C7

C8

H56H

8H

H97H

4H

2H

O3

1O

2H

1H

Gambar 12. Struktur MIRA-1 teroptimasi.

Struktur MIRA-1 terdiri dari bagian siklis dan bagian alifatik. Bagian

siklis terdapat dua gugus karbonil yang mengapit ikatan rangkap C-C dan atom

N1. Gugus karbonil dapat mempengaruhi tarikan elektron dari ikatan rangkap C-

C. Ikatan π pada ikatan rangkap C-C cenderung kurang stabil dibandingkan ikatan

σ sehingga adanya pengaruh tarikan elektron menyebabkan kerapatan elektron

pada ikatan π berkurang. Kerapatan elektron ikatan π pada ikatan rangkap C-C

semakin rendah sebagai pengaruh dari dua gugus karbonil. Atom N1 juga dapat

memberikan efek induksi yang akan mempengaruhi kerapatan elektron ikatan

rangkap C-C semakin rendah.

Bagian alifatik MIRA-1 tersusun dari struktur metil propionat yang terikat

pada atom N1. Atom C5 yang terikat pada N1 dan ikatan yang terjadi sebagai

penghubung antara bagian siklis dan alifatik. Atom C5 yang mengikat atom O2

dan N1 yang lebih elektronegatif daripadanya, dapat memberikan tarikan elektron

yang besar pada C5 sehingga kerapatan elektronnya menjadi rendah yang dapat

ditunjukkan melalui data muatan parsial. Bagian alifatik juga terdapat gugus

karbonil yang dapat memberikan tarikan elektron besar sehingga mempengaruhi

distribusi kerapatan elektron di MIRA-1. Distribusi kerapatan elektron pada

MIRA-1 teroptimasi dapat ditunjukkan melalui hasil perhitungan NBO yang

ditunjukkan pada Tabel 3.


commit to user

34

Tabel 3. Nilai muatan parsial masing – masing atom penyusun MIRA-1.

Atom Muatan

Parsial

Atom Muatan

Parsial

O1 -0,63562

2H 0,21897

C3 0,83278

O2 -0,65264

C2 -0,25871

C6 0,99309

H4 0,2568

O4 -0,66460

C1 -0,25872

C7 -0,55547

2H 0,2568

H5 0,23661

C4 0,83279

H6 0,23659

O3 -0,63565

C8 -0,62838

N1 -0,64005

H7 0,23143

C5 0,16566

H8 0,21791

1H 0,21898

H9 0,23143

Tabel 3 menunjukkan nilai muatan parsial tiap atom penyusun MIRA-1,

semakin negatif nilai muatan parsialnya menunjukkan semakin kaya elektron atau

kemungkinan ditemukan elektron (kerapatan elektron) semakin besar. Kerapatan

elektron ikatan rangkap C-C alkena cukup besar yang ditunjukkan dengan muatan

parsial yang cukup negatif sebesar -0,41041. Nilai yang cukup negatif

menunjukkan kemungkinan ditemukan elektron pada ikatan rangkap C-C besar.

Nilai tersebut dapat menurun kenegatifannya dengan adanya tarikan elektron yang

lebih kuat disekitarnya seperti pada ikatan rangkap C-C MIRA-1. Ikatan rangkap

C-C pada MIRA-1 yang disimbolkan C1 dan C2 mendapatkan tarikan elektron

yang cukup besar dari dua gugus karbonil yang mengapitnya sehingga kerapatan

elektron ikatan rangkap C-C-nya menurun menjadi sebesar -0,25872 pada C1

dan -0,25871 pada C2 yang ditunjukkan pada Tabel 3. Perbedaan muatan parsial

antar atom C1 dan C2 yang relatif sangat rendah maka diasumsikan polarisasi

ikatan rangkap C-C simetris. Ikatan rangkap C-C alkena ataupun pada MIRA-1

teroptimasi sama – sama mempunyai nilai polarisasi simetris karena mempunyai

tarikan atau dorongan elektron yang sama besar pada kedua sisinya.

Ikatan rangkap C-C alkena pada kedua atom C-nya sama – sama mengikat

dua atom H yang mempunyai nilai keelektronegatifan sebesar 2,1 yang lebih

rendah dibandingkan atom C sebesar 2,5. Itu menyebabkan tarikan elektron atom


commit to user

35

C lebih besar dibandingkan atom H, maka atom H cenderung menyumbangkan

elektronnya ke atom C. Hal tersebut yang dapat berakibat atom C atau ikatan

rangkap C-C karbon menjadi bernilai sangat negatif muatan parsialnya dengan

mendapatkan sumbangan elektron dari atom H. Seperti halnya ikatan rangkap C-C

karbon alkena, pada MIRA-1 kedua atom C ikatan rangkap C-C-nya juga sama –

sama mendapat donor dari satu atom H. Namun, pada kedua atom C-nya

mendapatkan tarikan elektron dari gugus karbonil. Hal tersebut berpengaruh pada

nilai muatan parsial yang makin berkurang kenegatifannya. Tarikan elektron dan

donor elektron yang sama besar menyebabkan polarisasinya simetris. Gugus

karbonil yang mempunyai atom O dengan nilai keelektronegatifan 3,5 yang lebih

besar dibandingkan atom C (2,5) sehingga gugus karbonil dapat menarik elektron

dari atom karbon ikatan rangkap C-C dan mempengaruh kerapatan elektronnya

menjadi lebih rendah. Struktur lingkar 5 simetris yang juga mempengaruhi tarikan

elektron dari gugus karbonil sama besar ditunjukkan nilai muatan parsial dari

atom O karbonil (O1 dan O3) yang relatif sama berturut – turut yaitu -0,63562 dan

-0,63565 yang ditunjukkan pada Tabel 3.

Gugus ester pada bagian alifatik MIRA-1 mempunyai gugus karbonil

(C6=O4) mempunyai kecenderungan terdapat tarikan elektron yang mengarah

padanya. Atom O2 yang terikat antara atom C5 dan C6 sehingga atom O2

mendapatkan donor elektron dari kedua atom C tersebut. Atom C6 mempunyai

muatan parsial yang paling positif (Tabel 3) karena mendapatkan tarikan elektron

dari dua atom O (O2 dan O4) yang mempunyai elektronegatif tinggi terutama

atom O4 yang berikatan rangkap cenderung lebih polar maka tarikan elektron

yang diberikan ke C6 lebih besar dibandingkan O2. Tarikan elektron dari atom O4

gugus karbonil dapat memberikan efek induksi pada atom N yang

menghubungkan antara bagian siklis dan alifatik MIRA-1. Atom N yang lebih

elektronegatif dibandingkan atom C penyusun kerangka bagian siklis dapat

memberikan tarikan elektronya dan mempengaruhi distribusi kerapatan elektron

bagian siklis.

Interaksi spesifik antara MIRA-1 dengan lingkungan disekitarnya yaitu

asam – asam amino yang mempunyai jarak relatif dekat dengan MIRA-1 (Gambar


commit to user

36

11) sehingga dapat memberikan pengaruh besar terhadap distribusi kerapatan

elektron MIRA-1 terutama pada ikatan rangkap C-C. Pembentukan konfigurasi

dari asam amino terpilih dilakukan melalui penambahan asam amino – asam

amino tersebut secara parsial. Hal tersebut dimaksudkan untuk melihat pengaruh

tiap asam amino atau lingkungan disekitar MIRA-1 terhadap kerapatan elektron

ikatan rangkap C-C MIRA-1 yang berpengaruh pada reaktivitasnya sehingga

dapat memberikan informasi tentang kebolehjadian pembentukan adduct tiol.

Informasi distribusi kerapatan elektron ikatan rangkap C-C MIRA-1

sebagai pengaruh lingkungan disekitarnya diperoleh melalui single point NBO.

Single point dilakukan agar target reaksi dari kompleks yang diperoleh tidak

berubah posisinya. Perhitungan dimulai dari konfigurasi ke-0 yang hanya terdiri

dari MIRA-1 (ligan). MIRA-1 yang diambil dari kompleks hasil docking yang

terdapat dalam lekukan mutasi ditunjukkan Gambar 13.

C5

N1

C3

C2

C1

C4

O3

1O

O2

C6

4O

C75H

C8

6H

2H

1H

H8

H9

H7

2H

4H

Gambar 13. Struktur MIRA-1 dari kompleks Y220C-MIRA-1 hasil docking.

Gambar 13 menunjukkan bagian alifatik pada rantai karbon etil (-C2H5) tertekuk.

Bagian alifatik yang fleksibel dapat mempengaruhi kerapatan elektron berbeda

antara kedua atom C ikatan rangkap C-C. Kerapatan elektronnya ditunjukkan

dengan nilai muatan parsial C1 sebesar -0, 25043 dan C2 sebesar -0,25163 yang

menunjukkan terdapat perbedaan sebesar 0,00120.

Struktur MIRA-1 yang tidak dipengaruhi oleh lingkungan lekukan mutasi

disekitar MIRA-1 untuk mempunyai struktur yang asimetris dan berpengaruh

pada tingkat polarisasi ikatan rangkap C-C, bergantung pada bagian alifatiknya.

Bagian siklis yang berupa struktur lingkar 5 dan simetris tidak dapat


commit to user

37

mempengaruhi secara langsung polarisasi dari ikatan rangkap C-C (C1=C2).

Bagian alifatik yang fleksibel suatu saat berada pada posisi tertentu yang dapat

mempengaruhi kerapatan elektron dari ikatan rangkap C-C karbon menjadi

asimetris.

Konfigurasi ke-0 yang terdiri dari MIRA-1 merupakan struktur yang selalu

ada di semua konfigurasi – konfigurasi. Konfigurasi dibentuk dari lingkungan

lekukan mutasi disekitar MIRA-1 yaitu asam amino – asam amino yang

ditambahkan secara parsial ditunjukkan Gambar 14.

Gambar 14. Konfigurasi – konfigurasi dengan penambahan asam amino secara

parsial dan nilai ∆occupancy C1=C2 dari masing – masing

tambahan asam amino. Warna putih, kuning, merah dan biru berturut

– turut menunjukkan atom H (Hidrogen), S (Sulfur), O (Oksigen)

dan N (Nitrogen). Hanya atom H polar yang ditampilkan untuk

mendukung kejelasan gambar.

Gambar 14 menunjukkan konfigurasi ke-1 hingga ke-8 dengan

penambahan asam amino satu per satu melalui ikatan peptidanya. Terdapat nilai

∆occupancy yang dituliskan berurutan kebawah menunjukkan nilai kerapatn

elektron ikatan rangkap C-C masing – masing konfiugrasi dari konfigurasi ke-

hingga ke-8.


commit to user

38

Nilai ∆occupancy merupakan nilai selisih antara nilai occupancy dari suatu

konfigurasi dengan nilai occupancy dari konfigurasi ke-0 (MIRA-1). ∆occupancy

bernilai positif berarti nilai occupancy konfigurasi yang terdapat pengaruh asam

amino lebih tinggi dibandingan konfigurasi nol. Hal tersebut menunjukan bahwa

pengaruh lingkungan disekitar MIRA-1 yaitu asam amino meningkatkan

kerapatan elektron dari ikatan rangkap C-C yang berarti reaktivitasnya turun. Nilai

∆occupancy negatif berarti reaktivitas ikatan rangkap C-C dengan adanya

lingkungan disekitar MIRA-1 meningkat karena kerapatan elektronnya lebih

rendah sehingga kebolehjadian pembentukan adduct lebih tinggi. Setiap asam

amino – asam amino yang ditambahkan memberikan nilai ∆occupancy yang

berbeda – beda. Hal tersebut menunjukkan setiap asam amino mempunyai

kontribusi yang berbeda – beda terhadap ikatan rangkap C-C.

Konfigurasi ke-1 dengan tambahan asam amino sistein terdapat atom S

mempunyai jarak rata - rata dengan ikatan rangkap C-C sebesar 3,765 Å. Jarak

yang cukup dekat untuk dapat memberikan induksi. Induksi yang diberikan pada

ikatan rangkap C-C dapat meningkatkan kekuatan tarikan elektronnya terhadap

gugus disekitarnya sehingga menjadikan kerapatan elektronnya meningkat. Itu

ditunjukkan dengan nilai ∆occupancy-nya bernilai positif sebesar 0,00021.

Peningkatan kerapatan elektron menunjukkan reaktivitas ikatan rangkap C-C

menjadi rendah terhadap serangan nukleofil (gugus tiol) yang diindikasi melalui

reaksi addisi. Oleh karena itu, jika dalam sistem hanya terdapat sistein dan MIRA-

1 maka kebolehjadian terbentuknya adduct tiol cukup rendah.

Konfigurasi ke-2 dengan tambahan asam amino asam glutamat,

strukturnya mempunyai atom O gugus karbonil pada ikatan peptidanya mengarah

ke dalam lekukan mutasi yaitu ke atom O1 gugus karbonil MIRA-1 (C3=O1)

dengan jarak 4,108 Å. Jarak yang cukup dekat dan interaksi polar antar atom O

menimbulkan induksi yang dapat meningkatkan tarikan elektron O1. Itu

berpengaruh pada makin besar elektron dari ikatan rangkap C-C yang tertarik ke

arah O1 sehingga kerapatan elektron ikatan rangkap C-C menjadi lebih rendah.

Induksi memberikan nilai ∆occupancy sebesar -0,00150 yang menunjukkan


commit to user

39

penurunan nilai occupancy. Nilai tersebut menunjukkan peningkatan reaktivitas

ikatan rangkap C-C.

Konfigurasi ke-3 dan ke-4, keduanya mempunyai tambahan asam amino

prolin yang mempunyai jarak O ke O1 MIRA-1 masing – masing sebesar 5,919 Å

dan 7,658 Å. Jarak tersebut cukup jauh untuk asam amino nonpolar dapat

memberikan induksinya. Induksi yang dapat diberikan dari asam amino nonpolar

lebih lemah dibandingkan asam amino polar atau bahkan tidak dapat memberikan

induksi. Oleh karena itu, induksi yang muncul tetap dari atom O gugus karbonil

asam amino asam glutamat yang yang bersifat polar dan mempunyai jarak lebih

dekat dibandingkan kedua konfigurasi tersebut yaitu 4,108 Å. Induksi dari asam

amino pada kedua konfigurasi yang muncul tetap dari gugus karbonil asam amino

asam glutamat mempengaruhi kerapatan elektronnya. Asam amino nonpolar

gugus penyusunnya pendorong elektron yang ketika berikatan peptida dengan

gugus karbonil dapat meningkatkan kepolaran gugus karbonil. Konfigurasi ke-3

asam amino prolin berikatan peptida gugus karbonil asam glutamat sehingga

dapat meningkatkan kepolaran gugus karbonil. Hal tersebut mempengaruhi

semakin besarnya tarikan elektron atom O karbonil asam glutamat yang dapat

ditunjukkan dengan nilai kerapatan elektronnya semakin negatif berturut – turut

tanpa atau dengan adanya gugus amino yang mengikatnya dari konfigurasi ke-2,

ke-3 dan ke-4 yaitu -0,74354, -0,79603 dan -0,80385. Peningkatan kepolaran atau

tarikan elektron atom O gugus karbonil dapat meningkatkan induksi ke atom O1

bagian maleimida MIRA-1 sehingga makin berkurang pula kerapatan elektron

ikatan rangkap C-C. Pengaruh asam amino prolin memberikan nilai ∆occupancy

yang cukup rendah berturut – turut pada konfigurasi ke-3 dan ke-4 sebesar -

0,00427 dan -0,00434.

Konfigurasi ke-4 mempunyai penurunan yang rendah sebesar 0,00007 dari

konfigurasi ke-3 dibandingkan penurunan konfigurasi ke-3 dari konfigurasi ke-2

(0,00277). Asam amino prolin yang ditambahkan pada konfigurasi ke-4 berikatan

peptida dengan asam amino prolin juga (asam amino tambahan konfigurasi ke-3)

yang sifatnya nonpolar. Asam amino nonpolar cenderung mempunyai kekuatan

induksi yang lebih rendah daripada asam amino polar. Oleh karena itu, asam


commit to user

40

amino prolin (konfigurasi ke-4) yang mendapatkan induksi dari tetangganya

berupa asam amino yang sifatnya sama, induksi yang diperolehnya rendah

sehingga kekuatan donor elektron asam amino prolin konfigurasi ke-4 lebih

rendah dibandingkan asam amino prolin pada konfigurasi ke-3 yang mendapatkan

induksi dari asam amino tetangganya yang bersifat polar. Hal tersebut dapat

mempengaruhi kekuatan donor elektron gugus karbonil asam glutamat rendah dan

mempengaruhi kepolarannya sehingga tidak setinggi tambahan asam amino prolin

konfigurasi ke-3. Hal tersebut mempengaruhi penurunan nilai kerapatan elektron

ikatan rangkap C-C menjadi tidak besar dibandingkan konfigurasi ke-3.

Konfigurasi ke-6 dengan tambahan asam amino valin terdapat atom O

gugus karbonil ikatan peptidanya yang mengarah ke dalam lekukan mutasi. Atom

O mempunyai jarak 3,465 Å dengan atom O4 gugus karbonil bagian alifatik

MIRA-1. Jarak yang cukup dekat dan interaksi polar antar atom O dapat

memberikan induksi yang cukup besar. Induksi dari asam amino dapat

meningkatkan tarikan elektron pada gugus karbonil bagian alifatik. MIRA-1 pada

bagian siklis terdapat atom N1 sebagai tempat terikatnya bagian alifatik. Atom N

mempunyai keelektronegatifan 3,0 yang lebih elektronegatif dibandingkan atom C

(2,5) yang mendominasi kerangka struktur siklisnya sehingga induksi yang

berasal dari bagian alifatik ke bagian siklis melalui atom N1. Induksi dari gugus

karbonil bagian alifatik yang disimbolkan dengan C6=O4 dapat meningkatkan

tarikan elektron N1 ke bagian siklis yang berpengaruh pada kerapatan elektron

ikatan rangkap C-C. Maka kerapatan elektronnya semakin rendah dengan adanya

tambahan tarikan elektron yang besar dari atom N1 selain dari dua gugus karbonil

yang mengapitnya dengan atom O (3,5) yang juga lebih elektronegatif

dibandingkan atom C (2,5).

Bagian alifatik terikat pada atom N bagian siklis mempengaruhi induksi

dari gugus karbonil bagian alifatik dapat mempengaruhi distribusi kerapatan

elektron di bagian siklis melalui atom N. Semakin besar induksi dari luar ke gugus

karbonil bagian alifatik maka semakin besar pula induksi yang dapat diberikan ke

bagian siklis sehingga semakin besar elektron yang tertarik dari ikatan rangkap C-

C dan menjadikan kerapatan elektronnya makin rendah. Asam amino tambahan


commit to user

41

valin yang menginduksi gugus karbonil bagian alifatik MIRA-1 dapat

mempengaruhi tarikan elektron yang tinggi pada ikatan rangkap C-C. Hal tersebut

memberikan nilai ∆occupancy-nya yang lebih negatif yaitu sebesar -0,00382

dibandingkan konfigurasi ke-5. Nilai tersebut menunjukkan bagian alifatik dapat

memberikan pengaruh terhadap reaktivitas ikatan rangkap C-C MIRA-1.

Kerapatan elektron rendah mempengaruhi kemudahan serangan dari gugus tiol

dan memperbesar kebolehjadian pembentukan adduct tiol.

Konfigurasi ke-7 dengan asam amino tambahan triptofan, atom O gugus

karbonil peptidanya mempunyai jarak dengan atom O4 MIRA-1 sebesar 5,367 Å.

Jarak tersebut untuk asam amino yang bersifat nonpolar cukup jauh untuk

memberikan induksi. Induksi yang ada sangat lemah bahkan tidak ada. Asam

amino tambahan pada konfigurasi ini mempunyai rantai samping siklis yang

hampir sama dengan asam amino prolin (konfigurasi ke-3 dan ke-4).

Kecenderungan induksi yang muncul tetap pada atom O asam amino valin yang

mempunyai jarak lebih dekat. Namun, valin yang merupakan asam amino

nonpolar dan memdapat induksi dari asam amino yang sifatnya juga nonpolar

tidak cukup membantu meningkatkan induksi ke MIRA-1. Triptofan yang

nonpolar kontribusinya rendah dalam meningkatkan kepolaran gugus karbonil

dari valin yang memberikan induksi ke gugus karbonil MIRA-1 dan selanjutnya

mempengaruhi reaktivitas ikatan rangkap C-C. Hal tersebut menjadikan nilai

∆occupancy cenderung mengalami sedikit kenaikan. Asam amino tambahan

triptofan tetap memberikan nilai ∆occupancy yang menunjukkan reaktivitas yang

tinggi dari ikatan rangkap C-C. Nilai ∆occupancy-nya yaitu sebesar -0,00358.

Asam amino tambahan leusin pada konfigurasi ke-8 terdapat atom O dari

gugus karbonil ikatan peptidanya mengarah ke atom O3 gugus karbonil bagian

siklis MIRA-1 dengan jarak 3,299 Å. Jarak yang cukup dekat dan interaksi polar

antar atom O dapat memberikan induksi. Induksi dari leusin dapat meningkatkan

tarikan eletron dari atom O3 gugus karbonil MIRA-1 sehingga kerapatan elektron

ikatan rangkap C-C tetap lebih rendah dibandingkan konfigurasi ke-0 sebesar -

0,00347 yang berarti reaktivitas ikatan rangkap C-C tetap tinggi. Gugus tiol yang

mempunyai nukleofilitas lemah maka serangannya cenderung lebih mudah pada


commit to user

42

ikatan rangkap C-C yang mempunyai reaktivitas tinggi. Selain itu, adanya tarikan

elektron yang besar pada salah satu sisi ikatan rangkap C-C dapat memberikan

tingkat polarisasi yang tinggi sehingga dapat mempermudah serangan nukleofil.

Seperti halnya konfigurasi ke-2 yang asam amino tambahannya mempunyai atom

O gugus karbonil ikatan peptidanya mengarah ke dalam lekukan mutasi dan

mempunyai jarak yang cukup dekat untuk memberikan induksi pada atom O1

gugus karbonil bagian maleimida MIRA-1 sehingga memberikan tarikan elektron

yang lebih besar pada salah satu sisi ikatan rangkap C-C. Hal tersebut dapat

menurunkan kerapatan elektron dan memberikan polarisasi pada ikatan rangkap

C-C. Tarikan elektron yang lebih besar ke arah atom O1 sehingga arah polarisasi

ikatan rangkap C-C yaitu ke C2 yang ditunjukkan Gambar 15. Hal tersebut

ditunjukkan dengan nilai muatan parsial C2 (-0,26916) lebih negatif dibandingkan

C1 (-0,25278). Nilai tersebut menunjukkan C1 mempunyai kecenderungan

sebagai parsial positif (δ+).

Gambar 15. Konfigurasi ke-2 dengan adanya tarikan elektron yang lebih besar

dari salah satu sisi ikatan rangkap C-C. Warna putih, kuning, merah

dan biru berturut – turut menunjukkan atom H (Hidrogen), S

(Sulfur), O (Oksigen) dan N (Nitrogen). Hanya atom H polar yang

ditampilkan untuk mendukung kejelasan gambar.

Lekukan mutasi yang diwakili konfigurasi ke-8 ikatan rangkap C-C

MIRA-1-nya mempunyai kerapatan elektron yang rendah. Ikatan rangkap C-C

karbon MIRA-1 dapat terpolarisasi sebagai pengaruh dari lekukan mutasi yang

diwakili konfigurasi ke-8 yang ditunjukkan pada Gambar 16.


commit to user

43

Gambar 16. Polarisasi ikatan rangkap C-C dipengaruhi lekukan mutasi

(konfigurasi ke-8). Warna putih, kuning, merah dan biru berturut

– turut menunjukkan atom H (Hidrogen), S (Sulfur), O (Oksigen)

dan N (Nitrogen). Hanya atom H polar yang ditampilkan untuk

mendukung kejelasan gambar.

Nilai muatan parsial pada C1 sebesar -0,24707 dan pada C2 sebesar -0,26243.

Asam amino tambahan leusin dengan atom O gugus karbonil ikatan peptidanya

dekat dengan atom O3 MIRA-1 karena asam amino sifatnya nonpolar cenderung

efek induksi yang diberikan lemah. Induksi tetap lebih kuat dari asam amino polar

yang atom O gugus karbonil ikatan peptidanya dekat dengan atom O1 MIRA-1

sehingga tarikan elektron O1 lebih besar daripada atom O3 sehingga

mempengaruhi arah polarisasi ikatan rangkap C-C MIRA-1. Serangan nukelofil

lebih mengarah pada atom karbon yang bermuatan parsial positif dan lebih dekat

jaraknya dengan nukleofil yaitu C1. Lekukan mutasi yang diwakili konfigurasi ke-

8 (Gambar 14) ikatan rangkap C-C MIRA-1-nya mempunyai kerapatan elektron

yang rendah dan perbedaan polarisasi antara C1 dan C2 cukup besar. Polarisasi

dapat terjadi pada lekukan mutasi sehingga berpengaruh pada kebolehjadian

pembentukan adduct tiol. Lekukan mutasi lebih dapat meningkatkan polaritas

ikatan rangkap C-C MIRA-1 sehingga mempunyai tingkat polarisasi tinggi. Hal

tersebut ditunjukkan dengan perbedaan nilai muatan parsial antar kedua atom C

ikatan rangkap C-C besar. Pengaruh asam amino lebih dominan dibandingkan


commit to user

44

pengaruh bagian alifatik secara langsung terhadap polaritas ikatan rangkap C-C

MIRA-1.

Asam amino – asam amino dapat memberikan tarikan ataupun dorongan

elektron pada MIRA-1 sehingga mempengaruhi reaktivitas ikatan rangkap C-C-

nya. Asam amino – asam amino yang ditambahkan selain asam amino sistein

yang terdapat pada konfigurasi ke-1 memberikan nilai kerapatan elektron yang

negatif. Itu menunjukkan reaktivitas dari ikatan rangkap C-C dapat meningkat

dengan adanya asam amino – asam amino yang terdapat dalam lekukan mutasi.

Asam amino yang bersifat nonpolar cenderung memberikan nilai ∆occupancy

yang lebih rendah dibandingkan asam amino polar.

Bagian alifatik yang mendapat induksi dari atom yang sifatnya polar dari

asam amino memberikan pengaruh yang cukup signifikan pada reaktivitas ikatan

rangkap C-C. Induksi yang ada mempengaruhi tarikan elektron dari atom MIRA-1

yang terinduksi sehingga mempengaruhi kerapatan elektron ikatan rangkap C-C

dapat bernilai rendah. Hal tersebut juga mempengaruhi tingkat polarisasi ikatan

rangkap C-C yang besar. Pengaruh induksi pada gugus karbonil bagian alifatik

memberikan polarisasi ditunjukkan dengan nilai muatan parsial yang berbeda

antar atom C ikatan rangkap C-C. Nilai muatan parsial C1 sebesar -0,23876 dan

C2 sebesar -0,27113 (Gambar 17).

Gambar 17. Konfigurasi ke-6 dengan induksi dari valin memberikan tingkat

polarisasi tinggi pada ikatan rangkap C-C. Warna putih, kuning,

merah dan biru berturut – turut menunjukkan atom H (Hidrogen), S

(Sulfur), O (Oksigen) dan N (Nitrogen). Hanya atom H polar yang

ditampilkan untuk mendukung kejelasan gambar.


commit to user

45

Atom C2 mempunyai nilai muatan parsial lebih negatif yang berarti cenderung

sebagai muatan parsial negatif (δ-) dan C1 sebagai muatan parsial positif (δ+).

Serangan nukleofil mempunyai kecenderungan ke arah C1. Perbedaan nilai

muatan parsial antara C1 dan C2 dengan adanya pengaruh induksi asam amino

pada bagian alifatik menunjukkan bagian alifatik mempunyai konntribusi yang

besar pada polarisasi ikatan rangkap C-C.

Lekukan mutasi yang teridiri dari asam amino – asam amino baik polar

maupun nonpolar dengan rantai samping yang berbeda dan ikatan peptida. Gugus

karbonil ikatan peptida yang berikatan dengan gugus amino dapat meningkatkan

polaritas gugus karbonil sehingga meningkatkan tarikan elektron atom O gugus

karbonil. Polaritas semakin besar maka induksi yang diberikan ke MIRA-1 juga

semakin besar. Gugus dari ikatan peptida asam amino yang mengarah ke dalam

lekukan mutasi yang memberikan pengaruh besar pada polarisasi ikatan rangkap

C-C. Terlebih untuk gugus penarik elektron yang memberikan induksi pada salah

satu sisi gugus penarik elektron MIRA-1 dapat memberikan pengaruh pada

polarisasi ikatan rangkap C-C yang lebih besar. Polarisasi yang terjadi dapat

menunjukkan adanya muatan parsial positif dan negatif karbon dari ikatan

rangkap C-C yang diapit oleh gugus karbonil. Oleh karena itu dengan adanya

muatan parsial positif terdapat kebolehjadian serangan dari gugus tiol sehingga

terdapat kebolehjadian pembentukan adduct tiol. Akibat pengaruh tarikan elektron

yang makin besar dari lingkungan yang ada disekitar ikatan rangkap C-C

menjadikan atom C yang bermuatan parsial positif makin rendah dengan adanya

pengaruh lekukan mutasi yaitu sebesar -0, 24707 lebih rendah dibandingkan tanpa

pengaruh lekukan muatsi yaitu sebesar -0, 25043.

Energi donor dari lone pair elektron atom S (sebagai nukleofil) dari

konfigurasi ke-1 hingga ke-8 mempunyai nilai berkisar 0,79 - 0,80 kkal/mol. Arah

serangan nukleofil lebih ke arah atom C1 yang mempunyai jarak lebih dekat

sebesar 3,708 Å dibandingkan C2 yang jaraknya sebesar 3,821 Å. Selain itu,

kasus ini C1 cenderung bermuatan parsial positif. Menurut Lee and Kollman

(1999), serangan nukleofilik sistein (atom S) pada karbon β yang terkonjugasi


commit to user

46

gugus karbonil seperti pada sistem MIRA-1 terjadi pada jarak sekitar 1,9 Å dan

energi donor nukelofil kurang dari 5 kkal/mol. Hal tersebut menunjukkan bahwa

masih diperlukan energi donor yang lebih tinggi untuk atom S dalam sistein yang

dipelajari sehingga dapat memberikan serangan ke atom C1 pada jarak 3,708 Å

dan membentuk adduct. Masih diperlukan lingkungan lain yang dapat

meningkatkan energi donornya tentunya harus lebih besar dari 5 kkal/mol.

Turunan maleimida selain MIRA-1 terdapat MIRA-2, MIRA-3, MIRA-A,

MIRA-B dan MIRA-C. Turunan maleimida MIRA-A, MIRA-B dan MIRA-C

ditunjukkan pada Gambar 18.

N

O

O

CH2

HO

N

O

O

C

O

N

O

O

C

O

Cl

MIRA-C

Gambar 18. Struktur MIRA-A, MIRA-B dan MIRA-C.

MIRA-A, MIRA-B dan MIRA-C merupakan turunan maleimida yang

tidak mempunyai ikatan rangkap C-C pada bagian siklisnya menandakan turunan

tersebut tidak reaktif. Ikatan rangkap C-C tersebut dibutuhkan untuk membentuk

ikatan tiol yang merupaka salah satu cara untuk mengembalikan konformasi p53

termutasi menyerupai wild-type p53. Sehingga ketiga turunan maleimida tersebut

tidak dapat membentuk adduct dengan gugus tiol dari asam amino sistein. Selain

ketiga turunan maleimida tersebut terdapat pula MIRA-1, MIRA-2 dan MIRA-3

ditunjukkan pada Gambar 19.

MIRA-A MIRA-

B MIRA-A


commit to user

47

CH2

H3C

OO

H2C

N

O

O

N

O

O

CH2

OH

CH3

O

O

CH2N

O

O

MIRA-1 MIRA-2 MIRA-3

Gambar 19. Struktur MIRA-1, MIRA-2 dan MIRA-3.

MIRA-1, MIRA-2 dan MIRA-3 merupakan turunan maleimida yang

reaktif karena ketiganya mempunyai ikatan rangkap C-C pada bagian siklis yang

digunakan untuk kebolehjadian pembentukan ikatan tiol. Ketiga turunan

maleimida tersebut berbeda pada bagian alifatiknya. MIRA-1 dan MIRA-3

dibandingkan dengan MIRA-2 mempunyai perbedaan pada atom O gugus

karbonil yang terdapat pada alifatik. Gugus karbonil tersebut memberikan

kemudahan induksi dari asam amino. Induksi yang dapat meningkatkan tarikan

elektron dari atom O gugus karbonil bagian alfatik sehingga dapat memberikan

pengaruh terhadap reaktivitas ikatan rangkap C-C MIRA-1 tinggi. MIRA-1 dan

MIRA-3 berdasarkan strukturnya berbeda pada rantai karbon yang terletak pada

ujung bagian alifatik. Rantai karbon –C2H5 (etil) pada MIRA-1 dan –CH3 (metil)

pada MIRA-3 merupakan gugus pendonor elektron yang dapat memberikan

kemudahan bagi karbon karbonil bagian alifatik mendonorkan elektronnya dengan

semakin panjangnya rantai karbon yang terikat pada karbon karbonil dapat

memberikan donor elektron ke atom karbon karbonil. Donor elektron yang

semakin mudah dari atom karbon karbonil mempengaruhi semakin besar tarikan

elektron dua atom O yang terikat padanya. Itu akan mempengaruhi distribusi

elektron bagian alifatik yang berdampak pada tarikan elektron ikatan rangkap C-C

oleh atom N. Hal tersebut dapat menunjukkan bahwa tarikan atom O gugus

karbonil bagian alifatik yang semakin besar dengan induksi rantai karbon yang

terikat pada karbon karbonil semakin panjang mempengaruhi tarikan elektron

pada bagian siklis menjadi semakin besar juga. Hal tersebut memberikan nilai

kerapatan elektron ikatan rangkap C-C MIRA-1 yaitu sebesar 1,89096 lebih


commit to user

48

rendah dibandingkan MIRA-3 yang bernilai 1,90512. Hal tersebut menunjukkan

ketiga turunan maleimida mempunyai reaktivitas yang berbeda.


commit to user

49

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

1. Kerapatan elektron ikatan rangkap C-C MIRA-1 dapat menjadi asimetris

dengan adanya pengaruh induksi dari gugus – gugus asam amino dan rantai

samping MIRA-1.

2. Ikatan rangkap MIRA-1 dapat terpolarisasi sebagai pengaruh dari lekukan

mutasi. Atom O karbonil dari ikatan peptida yang dekat dengan atom O

karbonil bagian maleimida dapat menginduksi atom O tersebut untuk

memberikan tarikan elektron yang lebih besar sehingga ikatan rangkap C-C

kerapatan elektronnya semakin rendah dan dapat terpolarisasi. Polarisasi

memberikan kemudahan serangan gugus tiol yang mengindikasi kebolehjadian

yang tinggi pada pembentukan adduct tiol.

3. Bagian alifatik MIRA-1 mempunyai gugus karbonil yang memudahkan untuk

mendapat induksi dari asam amino yang menjadikan kerapatan elektron ikatan

rangkap C-C menjadi rendah dan mempunyai tingkat polarisasi tinggi. Bagian

alifatik bersifat fleksibel dapat bergerak pada posisi tertentu dan menyebabkan

ikatan rangkap C-C mempunyai kerapatan elektron yang berbeda antar atom

C-nya.

B. Saran

Perlunya dilakukan studi interaksi dengan memperbanyak variasi

konformasi kompleks p53 termutasi Y220C dengan MIRA-1.


commit to user

50

DAFTAR PUSTAKA

Alberts, B, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff. 2002. Molecular Biology of the Cell,

4th Edition. Garland Science, New York.

Basse, N, J. L. Kaar, G. Settani, A.C. Joerger, T.J. Rutherford, and A.R. Fersht.

2010. Toward the Rational Design of p53-Stabilizing Drugs: Probing the

Surface of the Oncogenic Y220C Mutant. Chem and Biol, 17: pp. 46-56.

Boeckler, F. M, A.C. Joerger, G. Jaggi, T.J. Rutherford, D.B. Veprintsev, and

A.R. Fersht. 2008. Targeted Rescue of a Destabilized Mutant of p53 by an

in Silico Screened Drug. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105: pp. 10360–

10365.

Bullock, A. N, J. Henckel, and A.R. Fersht. 2000. Quantitative Analysis of Asam

aminoal Folding and DNA Binding in Mutant p53 Core Domain:

Definition of Mutant States for Rescue in Cancer Therapy. Oncogene 19:

pp.1245-1256.

Bykov, V. J. N, N. Issaeva, G. Selivanova, and K. G. Wiman. 2002a. Mutant p53-

Dependent Growth Suppression Distinguishes PRIMA-1 From Known

Anticancer Drugs: A Statistical Analysis of Information In The National

Cancer Institute Database. Carcinogenesis. 23(12): pp.2011–2018.

Bykov, V. J. N, N. Issaeva, A. Shilov, M. Hultcrantz, E. Pugaekeva, P.

Chumakov, J. Bergman, K.G. Wiman, G. Selinanova. 2002b. Restoration

of the Tumor Suppresor Function to Mutant p53 by A Low-Molecular

Weight Compound. Nature Medicine. 8(3): pp.282 – 288.

Bykov, V. J. N, N. Issaeva, N. Zache, A. Shilov, M. Hultcrantz, J. Bergman, G.

Selinanova, and K.G. Wiman. 2005. Reactivation of Mutant p53 and


commit to user

51

Induction of Apoptosis in Human Tumor Cells by Maleimide Analogs. J

Biol Chem, 280(34): pp. 30384 – 30391.

Copeland, Robert. A. 2000. Enzymes : A Practical Introduction to Structure,

Mechanism, and Data Analysis. Second Edition. New York:John Wiley &

Sons,Inc.

Das, D, P. Kirsten, M.B. Eric, S. Paul, C.C. David, H. Milan, and R.B. Bernard.

2002. Optimization of Quantum Mechanichal Molecular Mechanical

Partitioning Schemes : Gaussian Delocalization of Molecular Mechanical

Charges and The Double Link Atom Method. J Chem Phys, 117:10535-

10547.

Dolenc, J, and J. Koller. 2006. An Improved Semiempirical MO PM3 Method for

Hydrogen-Bonded Systems. Acta Chim. Slov.53: 229–237.

Dorsett, H, and A. White. 2000. Overview of Molecular Modelling and Ab initio

Molecular Orbital Methods Suitable for Use with Energetic Materials.

DSTO Aeronautical and Maritime Research Laboratory, Australia.

Effendy. 2005. Teori VSEPR Kepolaran dan Gaya Antarmolekul. Edisi ke-2.

Bayumedia, Malang.

Frisch, A, J.F. Michael, and W.T. Gary. 2003. Gaussian 03 User’s Reference.

Wallingford. Gaussian, Inc.

Glendening, D. Eric, R.L. Clark, and W. Frank. 2011. Natural Bond Orbital

Methods. Comput Mol Sci 00: 1-42.

Humphrey, W, A. Dalke, and K. Schulten. 1996. VMD -Visual Molecular

Dynamics. J. Molecular Graphics 14: pp. 33-38.

Joerger, A. C, H. C. Ang, and A. R. Fersht. 2006. Structural Basis for

Understanding Oncogenic p53 Mutations and Designing Rescue Drugs.

Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103: pp. 15056–15061.


commit to user

52

Joerger, A.C, and A.R. Fersht. 2007. Structure-function-rescue: the diverse nature

of common p53 cancer mutants. Oncogene 26: pp.2226–2242.

Lambert, J. M. R, P. Gorzov, D. B. Veprintsev, M. Soderqvist, D. Segback, J.

Bergman, A.R. Fersht, P. Hainaut, K.G. Wiman, and V.J.N. Bykov. 2009.

PRIMA-1 Reactivates Mutant p53 by Covalent Binding to the Core

Domain. Cancer Cell. 15: 376–388.

Laue, T. and A. Plagens. 2005. Named Organic Reactions. Second Edition. John

Willey & Sons Ltd., England.

Leach, A. R. 2001. Molecular Modelling: Principles and Applications. Second

Edition. Prentice-Hall, USA.

Lee, T, and P.A. Kollman. 1999. Quantum Mechanical Calculations of

Nucleophilic Attack in the Pseudouridine Synthesis Reaction. J. Am.

Chem. Soc. 121: 9928-9931.

Liu, H, M. Elstner, E. Kaxiras, T. Frauenheim, J. Hermans, and W. Young. 2001.

QuantumMechanics Simulation of Protein Dynamics on Long Timescale.

Protein Struc Funct Genet. 44: 484–489.

Manikrao, A.M, N.S. Mahajan, and R.D. Jawrkar. 2011. Docking Studies of few

C-3 Substituted Azapteridines as Hepatitis C Virus RNA-Dependent RNA

Polymerase inhibitors. J. Comput. Method. Mol. Design. 1(4): 35-45.

March, J. 1968. Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanism, and

Structure. International Student Edition. Japan: McGraw-Hill, Inc.

Monajjemi, M, B. Honaparvar, B. Khalili, A.R. Iikhani, and F. Mollaamin. 2010.

Thermo-Chemical Investigation and NBO Analysis of Some Anxileotic as

Nano-Drugs. J Pharmacy and Pharmacology, 4(8): 521-529.


commit to user

53

Pettersen, E. F, T. D. Goddard, C.C. Huang, and G. S. Couch. 2004. UCSF

Chimera – A Visualization System for Exploratory Research and Analysis.

J. Comput. Chem., 25(13): pp.1605-1612.

Pudjaatmaka, A. H. 1999. Kimia Organik. Jilid 2. Edisi Ketiga. Erlangga, Jakarta,

Terjemahan: Organic Chemistry. Fessenden, R. J. & J. S. Fessenden. 1986.

Wadsworth, Inc., USA.

Rauk, A. 2001. Orbital Interaction Theory of Organic Chemistry. Second Edition.

John Wiley & Sons,Inc., New York.

Schaftenaar, G, and J. H. Noordik. 2000. Molden: A Pre- and Post-Processing

Program for Molecular and Electronic Structures. J. Comput.-Aided Mol.

Design, 14: pp. 123-134.

Thiel, W. 2009. QM/MM Methodology: Fundamentals, Scope, and Limitations

dalam J. Grotendorst, N. Attig, S. Blugel, D. Marx. Multiscale Simulation

Methods in Molecular Sciences. Institute for Advanced Simulation,

Forschungszentrum Julich.

Wiman, K. G. 2010. Pharmacological Reactivation of Mutant P53: From Protein

Structure to the Cancer Patient. Oncogene. 29: 4245–4252.

Young, D. C. 2001. Computational Chemistry: A Practical Guide for Applying

Techniques to Real-World Problems. John Wiley & Sons, Inc., New York.


commit to user

54

LAMPIRAN

Lampiran 1. Perhitungan nilai ∆occupancy ikatan rangkap C-C MIRA-1

Nilai occupancy ikatan rangkap C-C

MIRA-1 Nilai

∆occupancy

ikatan rangkap

C-C MIRA-1 konfigurasi ke-

konfigurasi ke-0

(MIRA-1)

1 1,89117

1,89096

0,00021

2 1,88946 -0,00150

3 1,88669 -0,00427

4 1,88662 -0,00434

5 1,88817 -0,00279

6 1,88714 -0,00382

7 1,88738 -0,00358

8 1,88749 -0,00347

Documents

STUDI INTERAKSI ANTARA SISTEIN (220) PADA p53 DAN …/Studi... · point NBO pada level teori HF ... Gambar 7. Model untuk ilustrasi jarak antar atom ... dan warna hitam menunjukkan