## Interaksi Beberapa Senyawa Kalkon Berbasis Parasetamol terhadap Protein Enzim yang Berperan dalam Mekanisme Antibakteri
Anasda Amal Fathullah 1 , Wisnu Cahyo Prabowo 2 , Rolan Rusli 1,2,*
1 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan Kefarmasian “Farmaka Tropis”, Fakultas Farmasi, Universitas Mulawarman, Samarinda, Indonesia
2 Kelompok Bidang Ilmu Kimia Farmasi, Fakultas Farmasi, Universitas Mulawarman, Samarinda, Indonesia *E-mail: rolan@farmasi.unmul.ac.id

## Abstrak
Kalkon  merupakan  metabolit  sekunder  dari  golongan  flavonoid  yang  banyak  ditemukan  di  alam terutama  pada  tumbuh-tumbuhan.  Kalkon  memiliki  berbagai  aktivitas  seperti  sitotoksik,  antivirus, anestesi,  antimikroba,    antiinflamasi,  dan  lain  sebagainya.  Tujuan  penelitian  ini  adalah  untuk mengetahui  aktivitas  antibakteri  senyawa  turunan  kalkon  berbasis  parasetamol  dengan  menggunakan metode  docking  terhadap  protein  bakteri Escherichia  coli dan Bacillus  subtilis .  Hasil  penelitian menunjukkan bahwa senyawa 3-(4-Metoksifenil)-N-(4-Klorofenil) Akrilamida, 3-(4-Hidroksifenil)-N- (4-Klorofenil) Akrilamida, dan 3-(4-Hidroksi-3-Metoksifenil)-N-(4-Klorofenil) Akrilamida menunjukkan  aktivitas  yang  baik  dengan  rata-rata  skor rmsd-refine <2.  Turunan  kalkon  tersebut berikatan kompleks dengan asam amino bakteri seperti Ile 173, Asn 267, Lys A449, Thr 265, dan Arg A389.
Kata Kunci: Bacillus subtilis , Docking, Escherichia coli , Turunan Kalkon

## Abstract
Kalkon is a secondary metabolite of the flavonoid group that is found in nature, especially in plants. Kalkon has various activities such as cytotoxic, antiviral, anesthetic, antimicrobial, antiinflammatory, and  so  forth.  The  aim  of  this  research  is  to  know  the  antibacterial  activity  of  kacco-based  derived paracetamol compound by using docking method against bacterial protein Escherichia coli and Bacillus subtilis. The results showed that the compound 3- (4-Metoxyphenyl) -N- (4-Chlorophenyl) Acrylamide, 3- (4-Hydroxyphenyl) -N- (4-Chlorophenyl) Acrylamide, and 3- (4-Hydroxy-3-Methoxyphenyl ) -N- (4- Chlorophenyl)  Acrylamide  showed  good  activity  with  an  average  rmsd-refine  score  <2.  The  kalkon derivative binds complex with amino acid bacteria such as Ile 173, Asn 267, Lys A449, Thr 265, and Arg A389.
Keywords: Bacillus subtilis , Calcon derivated, Docking, Escherichia coli

## 1. Pendahuluan
Kalkon  merupakan  metabolit  sekunder  dari golongan  flavonoid  yang  banyak  ditemukan  di alam  terutama  pada  tumbuh-tumbuhan.  Kalkon dikenal sebagai perantara sintesis berbagai macam senyawa  heterosiklik.  Berdasarkan  beberapa penelitian  yang  telah  dilakukan,  kalkon  telah dilaporkan  memiliki  berbagai  macam  aktivitas biologis antara lain sebagai antimikroba, antimalaria,  antiinflamasi,  analgesik,  antiplatelet, antivirus, antileismania, antioksidan, penghambatan pelepasan mediator kimia, penghambat leukotrien B4, penghambatan tirosinase,  dan  penghambatan  aktivitas aldose reduktase [1].
Berdasarkan  laporan  penelitian  penyakit  yang disebabkan  oleh  bakteri  masih  memiliki  tingkat prevalensi tinggi bagi  sebagian besar masyarakat di  Indonesia.  Pada  kenyataannya  obat-obatan antibakteri  sekarang  banyak  yang  menimbulkan resistensi  pada  sebagian  orang,  sebagian  kasus timbul  reaksi  hipersensitivitas  dan  efek  samping obat  lainnya  yang  tidak  diinginkan.  Semakin banyak  suatu  antibiotik  digunakan  semakin banyak timbul resistensi kuman, dan meningkatnya efek samping yang merugikan [2].
Penelitian inhibisi antibakteri terus meningkat. Salah  satunya  adalah  penelitian  tentang  turunan kalkon.  Gambaran  unik  pada  antibakteri  adalah selektivitas  dalam  penghambatannya  baik  pada bakteri gram positif maupun gram negatif. Hal ini
dapat menjadi target rancangan obat rasional dan efektif  untuk  obat-obatan  antibakteri.  Saat  ini, pendekatan  molekul  doking  telah  banyak digunakan  dalam  rancangan  obat  modern  untuk membantu  memahami  interaksi  obat  dengan reseptor. Telah banyak ditunjukkan dalam literatur bahwa  teknik  komputasi  dapat  mendukung  dan membantu  desain  turunan  senyawa  untuk mendapatkan inhibitor yangclebih ampuh melalui mekanisme interaksi obat-reseptor [3].
Molekular docking adalah  alat  utama  dalam biologi  molekular  struktural  dengan  bantuan komputer  untuk  desain  suatu  obat.  Tujuan  dari docking protein dan ligan yaitu untuk memprediksi  model  yang  mengikat  ligan  pada daerah yang dominan yang dikenal dengan protein pada  struktur  tiga-dimensi.  Dalam  penelitian  ini digunakan docking secara  cepat  dan  fleksibel untuk mempelajari dan memprediksi orientasi dan afinitas  ikatan  dari  turunan  kalkon  berbasis parasetanol dengan menggunakan MOE Molecular  Docking  Computing .  Penelitian  ini dilakukan untuk memahami bentuk-bentuk interaksi dari 3 senyawa turunan  kalkon berbasis parasetamol  terhadap Bacillus  subtilis dan Escherichia coli [3].

## 2. Metode Penelitian

## 2.1. Struktur Molekul dan Optimasi
Optimasi  geometri  struktur  dilakukan  dengan program HyperChem 8.0 for Windows Molecular Modeling  System .  Pembuatan  struktur  meliputi pembuatan kerangka dasar, dan penambahan atom hidrogen. Optimasi dilakukan dengan menyesuaikan  sudut-sudut  ikatannya.  Struktur dioptimasi  dengan  metode ab-initio hingga diperoleh  struktur  stabil.  Struktur  protein  pada Bacillus subtilis (PDB kode 2J9P) dan Escherichia coli (PDB kode 3BEC) diperoleh dari Bank Data Protein.

## 2.2. Protein
Struktur Bacillus subtilis (PDB kode 2J9P) dan Escherichia  coli (PDB  kode  3BEC)  kompleks yang beresolusi-tinggi (2,50 Ao). Simulasi ikatan dilakukan dengan substrat peptidoglycan mimetic peptide tanpa  molekul  air  untuk  menjelaskan peran hambatan terhadap bakteri.
2.3. Validasi Metode Docking
Program MOE Molecular Docking Computing divalidasi  untuk  mendapatkan  metode  yang reliable . Struktur protein didapatkan dari Protein Data  Bank (situs www.rcsb.org/pdb/ ).  Analisa data  perbandingan scoring dinyatakan  dengan RMSD  ( Rate  Mean  Square  Deviation ).  Metode docking dikatakan baik jika nilai RMSD-nya lebih kecil  sama  dengan  dua  (<2).  Jika  nilai  RMSD yang  diperoleh  lebih  besar  dari  2  (>2),  metode yang digunakan tidak reliabel.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Perancangan struktur senyawa kalkon berbasis parasetamol  dilakukan  dengan  menggunakan program hyperchem 8.0 ® .  Struktur  dibuat  dan dioptimasi,  optimasi  struktur  yang  digunakan menggunakan  metode ab-initio .  Metode  ini digunakan  karena  memiliki  tingkat  ke  akuratan yang  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan  metode lainnya.  Metode ab-initio bergantung  dari kemampuan  komputer  yang  digunakan,  karena metode ini menggunakan waktu yang cukup lama untuk melakukan optimasi struktur, media simpan dan  memori  komputer.  Setelah  memilih  metode yang  digunakan  pemilihan  basis  juga  merupakan bagian  yang  penting  dari  keberhasilan  doking. Setelah  basis  sudah  diset  proses  optimasi  akan berlangsung. Lamanya waktu optimasi tergantung dari struktur yang dirancang. Struktur senyawa hasil optimasi dapat dilihat pada Gambar 1.
1 2 3 4 5 6 Cl 7 N 8 9 O 10 11 12 13 14 15 16 17 18 O 19 O 20 21 H 22 H 23 H 24 H 25 H 26 H 27 H 28 H 29 H 30 H 31 H 32 H 33 H 34 H 35 A 1 2 3 4 5 6 Cl 7 N 8 9 O 10 11 12 13 14 15 16 17 18 O 19 H 20 H 21 H 22 H 23 H 24 H 25 H 26 H 27 H 28 H 29 H 30 H 31 B 1 2 3 4 5 6 Cl 7 N 8 9 O 10 11 12 13 14 15 16 17 18 O 19 20 H 21 H 22 H 23 H 24 H 25 H 26 H 27 H 28 H 29 H 30 H 31 H 32 H 33 H 34 C
Gambar  1  Struktur  senyawa  hasil  optimasi  (A)
Senyawa 3-(4-Hidroksi-3-Metoksifenil)-N-(4- Klorofenil) Akrilamida, (B) Senyawa 3-(4- Hidroksifenil)-N-(4-Klorofenil)  Akrilamid,  dan  (C) Senyawa 3-(4-Metoksifenil)-N-(4-Klorofenil) Akrilamida
Hasil  optimasi  struktur  menunjukkan  nilai panjang  ikatan,  nilai  sudut  ikatan  dan  nilai  sudut dihendral  senyawa  turunan  kalkon  berbasis parasetamol.  Sudut  ikatan  adalah  sudut  yang dibentuk  antara  sepasang  atom  yang  terikat dengan satu atom lain. Panjang ikatan yaitu jarak antara  dua  buah  inti  atom  yang  saling  terikat. Sudut  dihedral  yaitu  sudut  antara  suatu  atom dengan bidang yang dibentuk oleh tiga atom lain. Berdasarkan  hasil  optimasi  struktur  senyawa  1 yang  memiliki  nilai  ikatan  C 1 -C 18 memiliki  nilai persen kedekatan dengan teori sebesar 97,7-120,2 %, untuk nilai sudut ikatan C-C-C memiliki nilai sebesar  98,2-105,5%  dan  nilai  sudut  dihedral sebesar  99,9-100%.  Pada  senyawa  2  memiliki nilai  ikatan  C 1 -C 18 memiliki  nilai  persen kedekatan  dengan  teori  sebesar  97,6-112,8  %, untuk  nilai  sudut  ikatan  C-C-C  memiliki  nilai sebesar  98,2-120,2%  dan  nilai  sudut  dihedral sebesar  99,9-100%.  Pada  senyawa  3  memiliki ikatan  C 1 -C 18 memiliki  nilai  persen  kedekatan dengan  teori  sebesar  97,6-112,9%,  untuk  nilai sudut  ikatan  C-C-C  memiliki  nilai  sebesar  98,1- 105,6%  dan  nilai  sudut  dihedral  sebesar  99,9- 100% [4].
Tabel  1.  Parameter  doking  ligan  sisi  aktif  bakteri Bacillus subtilis
Senyawa S(kcal/mol) Rmsd_refine 1 -11,1036 0,9333 2 -10,0520 0,7816 3 -7,9017 1,2612
Tabel  2.  Interaksi  ligan  (obat)  dan  reseptor Bacillus subtilis Senyawa Lys 449 Arg 389 Ser 399 Thr 294 1 - - - - 2 - + - - 3 + - - - Keterangan : (+) = Terjadi interaksi (-)  = Tidak ada interaksi
Berdasarkan  Tabel  1  menunjukkan  bahwa senyawa  turunan  kalkon  berbasis  parasetamol yang  tersubstitusi  OH,  dan  OCH 3 memiliki aktivitas  yang  cukup  baik  terhadap  bakteri Bacillus  subtilis .  Nilai rmsd_refine merupakan nilai  acuan  senyawa  uji  dengan  senyawa pembanding. Senyawa pembanding yang dimaksud  adalah  senyawa  yang  sudah  ada  di dalam  protein  dari  bakteri  tersebut  dan  senyawa pembanding tersebut adalah penisilin. Sedangkan nilai  S  merupakan  energi  bebas  ikatan  protein.
Berdasarkan hasil doking parameter ligan sisi aktif bakteri bacillus subtilis diperoleh nilai rmsd_refine senyawa rata-rata kurang dari 2 (<2). Senyawa  uji  dengan  tersubstitusi  kloro  memiliki nilai  yang  paling  dekat  dengan  senyawa  acuan yaitu  0,7399  kcal/mol  dan  memiliki  nilai  energi bebas ikatan protein sebesar -7.9909. Nilai negatif yang  didapatkan  dari  energi  ikatan  bebas  protein adalah  menunjukan  bahwa  reaksi  yang  terjadi secara spontan, jika hasil yang didapatkan bernilai positif maka reaksi tidak spontan atau tidak dapat terjadi.  Berdasarkan  penelitian  yang  dilakukan oleh Susmi [5] nilai Root Mean Square Deviation (RMSD)  yang  umunya  digunakan  sebagai  nilai standar  penambatan  molekul  adalah  sebesar  <2. Semakin  mendekati  nol  maka  nilai  kedekatan senyawa  uji  semakin  dekat  dengan  pembanding. Pada  bakteri  bacillus  subtilis  senyawa  kalkon berinteraksi dengan protein Arg 389 dan Lys 411 (Tabel 2).
Pada  interaksi  senyawa  uji  dengan  protein enzim Arg 389 terjadi interaksi arene-cation yang melibatkan  cincin  aromatik  pada  senyawa  uji. Interaksi  lainnya  yang  terjadi  adalah  interaksi sidechain  acceptors antara  senyawa  turunan kalkon  yang  tersubstitusi  gugus  hidroksi  (OH) dengan Protein enzim Lys 411. Fungsi arginin dan lysin  pada  bakteri  adalah  memfasilitasi  produksi enzim, hormon dan antibodi. Lisin juga membantu dalam  sintesis  kolagen  dan  jaringan  ikat. Peptidoglikan  merupakan  komponen  utama dinding  sel  bakteri  yang  bersifat  kaku  dan bertanggungjawab  untuk  menjaga  integritas  sel serta  menentukan  bentuknya.  Pembentukan struktur  pepidoglikan  dibantu  oleh  enzim transpeptidase yang berfungsi untuk menyambung antara  satu  unit  peptidoglikan  dengan  yang lainnya. Apabila arginin dan lisin dihambat maka produksi  enzim  transpeptidase  akan  terhambat sehingga  struktur  peptidoglikan  tidak  dapat dibentuk hal ini menyebabkan dinding sel bakteri menjadi  tidak  kokoh  dan  apabila  sel  bakteri tumbuh dengan dinding sel yang kurang sempurna maka bertambahnya plasma atau air yang terserap dengan jalan osmosis akan menyebabkan dinding sel  bakteri  menjadi  lisis.  Pada  senyawa  turunan kalkon  cincin  aromatis  bersifat  aktif  sehingga turunan kalkon dapat mengikat ke sisi aktif bakteri bacillus  subtillis ,  hal  ini  sesuai  dengan  interaksi yang  ada  pada  senyawa  turunan  kalkon  berbasis parasetamol  yang  menggunakan  cincin  aromatis untuk berinteraksi. Menurut Harjono [6] semakin besar energi ikatan bebas protein yang ditunjukkan  dengan  nilai  (S)  berarti  ikatan tersebut  semakin  stabil.  Semakin  stabil  ikatan
antara  ligan  dengan  reseptor  maka  dapat diprediksikan  bahwa  aktivitasnya  juga  semakin besar.
Tabel  3.  Parameter  doking  ligan  sisi  aktif  bakteri

## Escherichia coli
Senyawa S(kcal/mol) Rmsd_refine 1 -8,7600 0,9060 2 -5,9769 1,0820 3 -9,1756 0,7861 Tabel 4. Interaksi ligan (obat) dan reseptor Escherichia coli Senyawa Thr 265 Tyr 297 Asn 267 Arg 174 1 - - - - 2 + - - - 3 - - - - Keterangan : (+) = Terjadi interaksi (-)  = Tidak ada interaksi
Hasil  parameter  doking  senyawa  turunan kalkon  berbasis  parasetamol  terhadap  bakteri escherichia coli juga menggunakan protokol yang sama dengan bacillus subtilis . Berdasarkan tabel 3 nilai  skroring  kedekatan  senyawa  uji  dengan senyawa  acuan  yang  ada  pada  protein  bakteri memiliki  nilai  rata-rata  kurang  dari  2  (<2). Senyawa  uji  yang  tersubstitusi  metoksi  memiliki nilai  yang  paling  dekat  dengan  senyawa  acuan yang  ada  pada  protein  bakteri  yaitu  0,7861. Senyawa acuan yang ada pada bakteri Escherichia adalah Cepalosphorin.
Golongan  gram  negatif  memiliki  lapisan peptidoglikan  yang  tipis  (5-10  nm)  dengan komposisi utama lipoprotein dan lipopolisakarida. Membran luarnya merupakan struktur bilayer . Pada  bakteri escherichia  coli terjadi  interaksi antara senyawa turunan kalkon berbasis parasetamol  terhadap  protein  enzim  Thr  265 (Tabel  4).  Interaksi  yang  terjadi  adalah  interaksi backbond  acceptor yang  melibatkan  atom hidrogen  yang  ada  pada  gugus  Hidroksi berinteraksi dengan protein enzim Treonin. Fungsi asam  amino  treonin  adalah  meningkatkan  sistem kekebalan  dan  membantu  dalam  produksi antibodi.  Apabila  treonin  dihambat  maka  akan menyebabkan  ketahanan  dari  bakteri  mudah ditembus dan menyebabkan terganggunya sintesis peptidoglikan  lapisan  dinding  sel  bakteri, sehingga  bakteri  akan  musnah.  Pengujian  secara in-vitro  terhadap  senyawa  turunan  kalkon  hasil yang didapatkan baik pada bakteri escherichia coli dan bacillus  subtilis lebih  kecil  dibandingkan dengan  kloramfenikol  dan  didapatkan  bahwa
senyawa  turunan  kalkon  berinteraksi  dengan protein Lys 411, Thr 412 dan Ser 52 [7].

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan  data  hasil  parameter  doking  sisi aktif  ligan  bakteri escherichia  coli dan bacillus subtilis ,  menunjukkan  BAHWA  senyawa  kalkon berbasis  parasetamol memiliki aktivitas yang baik terhadap  bakteri Escherichia  coli dan Bacillus subtilis dengan nilai kedekatan terhadap senyawa acuan  <2  dan  berinteraksi  dengan  protein  enzim Lys 411, Thr 265 dan Arg 389.

## Daftar Pustaka
[1] Prasad, Y. R., Rao, A. L., Rambabu, R., 2008. Synthesis  and  Antimicrobial  Activity  of Some  Chalcone  Derivatives. E-Journal  of Chemistry . 5 (3): 461-466.
[2] Hart,  T  &  Shears,  P.  Atlas  Berwarna Mikrobiologi  Kedokteran.  Jakarta:  Penerbit Hipokrates, 1996: 71-226
[3] Wattimena, J. R., Sugiarso, N. C., Widianto, M. B., Sukandar, E. Y., Soemardji, A. A., dan Setiadi,  A.  R.  Farmakodinamik  dan  Terapi Antibiotik. Yogyakarta: Gadjah Mada University Press, 1991: 3-50
[4] Mc  Murry,  J.,  2016. Organic  Chemistry, Ninth  Edition .  Cengage  Learning.  Boston. USA.
[5] Susmi, dkk, 2017. Studi Docking Molekular Senyawa  Asam  Sinamat  dan  Derivatnya Sebagai  Inhibitor  Protein  1J4X  Pada  Sel Kanker Serviks. Jurnal Kimia Mulawarman . Vol 14(12)
[6] Harjono,  S.,  2013.  Quantitative  Structure-
Cytotoxic Activity Relationship 1-
(Benzoyloxy)urea and Its Derivates. Current Drug Discovery Technology . Vol.13(2): 101- 108
[7] Rosita,  Ayik.  2012.  Molekular  Docking dengan  Metode  Molegro  Vitual  Docker Turunan  Kalkon  Antimikroba. Jurnal  Unej.
Vol 9 (1): 39-47
.