## Original Artikel
Received September 2020 / Revised September 2020 / Accepted October 2020

## Spizaetus: Jurnal Biologi dan Pendidikan Biologi
p-ISSN: 2722-869X e-ISSN: 2716-151X
Studi  In  silico  Potensi  aktivitas  10-shogaol  dalam  Jahe  (Zingiber officinale) terhadap gen ACE
In silico Study: Potential activity of 10-shogaol in Zingiber officinale through ACE Gene
Mansur S 1 ,   Yohanes Bare 1 , Maria Helvina 2 , Aprianus Pani Pili 1 , Gabriella Chandrakirana Krisnamurti 3
1 Program Studi Pendidikan Biologi, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Nusa Nipa, Maumere, 86113,Indonesia
2 Program Studi Pendidikan Guru Sekolah Dasar, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Nusa Nipa, Maumere, 86113,Indonesia
3 Biotechnology Program, School of Bioresources and Technology, King Mongkut’s University of Technology Thonburi, 10150 Bang Khun Thian, Bangkok, Thailand
Email: yuliantifitriani07@gmail.com
Abstrak. Peningkatan tekanan darah tinggi (hipertensi) mengakibatkan terpicunya berbagai macam penyakit kronis serta komplikasinya. Salah satu activator dalam kondisi tekanan darah tinggi adalah aktivitas Angiotensin converting enzyme (ACE). ACE berperan dalam mengatur sistem renin-angiotensin. Penurunan hipertensi perlu untuk menekan aktivitas ACE. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menganalisis potensi 10-shogaol terhadap ACE. Metode yang digunakan  adalah  studi in  silico .  Protein  model  ACE  (ID:  3bkk)  didapatkan  dari database Protein  data  Bank  (PDB)  sedangkan  10-shogaol  (CID:  6442612)  didapat  dari  database PubChem. Docking menggunakan Hex 8.0.0 sedangkan visualisasi dan analisis menggunakan Discovery Studio. Hasil Penelitian menunjukan bahwa senyawa 10-shogaol memiliki potensi sebagai inhibitor gen ACE dibuktikan 2 residu asam amino yang berikatan dengan ligan. Ikatan tersebut berupa ikatan hidropobik yang meningkatkan kekuatan tersebut dengan besar energi -291.3cal/mol.
Kata Kunci: 10-Shogaol; Ace; In silico; Inhibitor; Jahe

## 1.  Pendahuluan
Peningkatan  tekanan  darah tinggi (hipertensi) mengakibatkan terpicunya  berbagai  macam  penyakit kronis,  diantaranya    penyakit  jantung, stroke, penyakit jantung coroner serta, komplikasinya meliputi penyakit pembuluh darah perifer, gagal jantung, gangguan pada ginjal, perdarahan yang etrjadi pada retinal, serta
mengakibatkan  penglihatan  gangguan [1],  [2].  Data  menunjukan  bahwa tekanan darah tinggi sebagai salah satu penyakit  berbahaya,  karena  lebih  dari 7,5juta  kematian  atau  12,8%  dari  total semua  kematian  tahunan  di  seluruh dunia  [2].  Kondisi  hipertensi  tidak terlepas dengan kondisi inflamasi, pada saat yang bersamaan terjadi perbedaan
jumlah komposisi protein yang berfungsi  hal  ini  meningkatkan  tingkat hipertensi pada manusia [3]. Salah satu mediator  dalam  proses  tekanan  darah tinggi  adalah  aktivitas  Angiotensin converting  enzyme  (ACE).  ACE berperan dalam mengatur sistem renin- angiotensin, yaitu mengubah angiotensin-I (ATI) menjadi
angiotensin-II  (ATII).  Gen  ini  juga memiliki efek hidrolisis dan menonaktifkan protein vasodilator [4].
Dalam  menurunkan  prevelensi hipertensi,  perlu  dilakukan  system terapi  terhadap  gen  yang  memiliki
aktivitas  dengan  cara  menghambat kinerjanya. Penghambatan ini dilakukan dengan  mencoba  mengkaji  bioaktif sumber  daya  alam  yang  digunakan sebagai  inhibitor  ACE.  Rimpang  jahe memiliki  komponen  polifenol  terbesar, salah satunya adalah 10-shogaol [5], [6]. Senyawa komponen polifenol diprediksi memiki sifat farmakologi akan tetapi  belum  ada  informasi  rinci mengenai  efek  dan  bagaimana  cara kerja  senyawa  10-shogaol  terhadap gen  ACE.  Tujuan  dari  penelitian  ini adalah  untuk  menganasisi  potensi  10- shogaol  terhadap  ACE.  Metode  yang digunakan adalah studi in silico .

## 2. Metode

## Persiapan Ligan dan Protein
Protein  model  ACE  (ID:  3bkk) didapatkan  dari database Protein  data
Bank (PDB). Sebelum docking dilakukan  ACE  harus  disterilisasi terlebih  dahulu  dengan  menggunakan BioVia  Discovery  Studio.  Setelah  ACE dibersihkan  dari  molekul  air  dan. Kemudian  10-shogaol  (CID:  6442612) didapat  dari  database  PubChem.  10- shogaol  didapatkan  dengan  cara mengkonstruksi  ulang  bentuk  tiga dimensi menggunakan Canonical SMILES  yang  tersedia  di  database PubChem.  Konstruksi  ini  dilakukan bertujuan  agar  10-shogaol  yang
digunakan masih dalam keadaan netral dan belum bernteraksi dengan molekul apapun [7].
Docking ACE dan 10-shogaol
Docking ACE  dan  10-shogaol  yang terkandung dalam dalam jahe dianalisis dengan  menggunakan  Hex  8.0.0. Perhitungan  energi  dilakukan  dengan masing-masing server tersebut. Visualisasi  3D  hasil docking tersebut dilihat  dengan  menggunakan  program Discovery  Studio  dan  PyMol  untuk menganalisis  residu  asam  amino, energi  yang  berikatan,  gaya  van  der waals,  dan  ikatan  hydrogen  yang terbentuk [8], [9].

## 3.  Hasil dan Pembahasan
Pada  interaksi  10-shogaol  dan ACE  tidak  ditemukan  ikatan  hidrogen yang terbentuk, akan tetapi ditemukan
ikatan tipe Pi-Sigma pada residu asam amino  TRP357,  hydrophobic  tape  Pi- Alkyl pada residu asam amino TYR360.
Gambar  1. Kompleks  10-Shogaol-ACE,  a.  daerah  ikatan  10-Shogaol-ACE,  b.  Ramachandran  plot kompleks  10-Shogaol-ACE,  c.  3D  sisi  aktif  10-Shogaol-ACE,  d.  2D  sisi  aktif  10-Shogaol- ACE.
Sebagai pendukung dari ikatan tersebut ditemukan residu asam amino  yang  yang  masuk  dalam golongan  gaya  Van  der  Waals  yaitu PHE391,  ALA356,  SER355,  LYS368, VAL351,  ASN66,  SER517,  ARG124, TYR62,  ASP358,  PHE512,  ASN70, GLU143,  SER516,  LEU139,  VAL5128. Terdapat dua residu asam amino yang
ditemukan  berinteraksi  dengan  10- shogaol  yaitu  residu  asam  amino TRP357 dan TYR360, ikatan keduanya menghasilakan energi ikatan sebesar - 291.3cal/mol.  Ikatan  dengan  jumlah yang  paling    kecil  akan  memberikan ikatan  yang  maksimal  pada  ligan  dan protein  [10].
Gambar 2. Fisikokimia kompleks 10-Shogaol-ACE, a. hidrofobisitas dan plot hydrofobisitas 10-Shogaol- ACE, b. hydrogen bond dan plot ikatan hydrogen 10-Shogaol-ACE, c. muatan sisi aktif 10- Shogaol-ACE, d. ionisasi dan e. solvent accessible surface.
Level  hidrofobisitas  10-shogaol dan  ACE  menunjukan  tingkat  yang sangat  rendah  karena  sebagian  besar permukaan  ligan  telihat  berwarna  biru muda menuju ke biru tua (gambar 2a), sedangkan residu asam amino menunjukan  sebagai  donor  dan acceptor  terhadap  protein  model  ACE (gambar  2b).  Interaksi  yang  terbentuk memperlihatkan keadaan netral dengan
nilai  0  karena  sebagian  besar permukaan  tertutupi  oleh  warna  abu- abu  yang  mengindikasikan  nilai  0 (gambar  2c,  2d).  Nilai solvent accessible surface (SAS) pada permukaan  10-shogaol  menunjukan nilai  yang  sangat  tinggi  hal  tersebut dikarenakan  oleh  hampir  sebagian besar  permukaan  yang  tertutupi  oleh warna biru (gambar 2e).

## Tabel 1. Interaksi antara 10-Shogaol dengan Angiotensin converting enzyme I (ACE)
Interactions Energy (cal/mol) Name Distance Category Types Donor From Chemistry Acceptor To Chemistry ACE-10- Shogaol -291.3 :LIG1:H  - A:TRP357 2,40895 Hydropho- bic Pi-Sigma :LIG1:H C-H A:TRP357 Pi-Orbitals A:TYR360 - :LIG1:C 5,11662 Hydropho- bic Pi-Alkyl A:TYR360 Pi-Orbitals :LIG1:C Alkyl
Teknik  analisis in  silico yang dilakukan  telah  berhasil  menunjukkan efek positif, karena senyawa 10-shogaol berperan dalam menghambat pembentukan  hipertensi  dalam  proses penghambatan  aktivitas  enzim  ACE. Penghambatan ini merupakan aktivitas biologis  sebagai  bukti  penghambat ACE.  Dua  residu  asam  amino menunjukkan interaksi yang berinterasksi dengan 10-shogaol. Interaksi  10-shogaol  dan  ACE  tidak ditemukan  ikatan  hidrogen  yang terbentuk, akan tetapi ditemukan ikatan tipe Pi-Sigma pada residu asam amino TRP357,  hydrophobic  tape  Pi-Alkyl pada  residu  asam  amino  TYR360. Beragam  ikatan  yang  mebentuk interaksi antara ligan dan protein  akan mendukung sereta meinngkatkan energy ikatan yang terbentuk [11] – [15]. Kombinasi sisi aktif asam amino dengan  2  residu  asam  amino berpengaruh  pada  konversi  ACE.
Penghambat ACE yang diturunkan dari nutrisi  telah  dipelajari  secara  ekstensif dan  memiliki  efek  biologis  yang berbeda  [16].  Adanya  ikatan  gaya hidrofobik  serta  gaya  van  der  Waals berperan  positif  dalam  memperkuat ikatan  tersebut.  Selain  itu,  ikatan tersebut  juga  memberikan  kestabilan antara ligan dan protein. Energi binding ligan-protein 10-shogaol adalah sebesar  -291.3cal/mol.  Informasi  awal menunjukkan  bahwa  mengonsumsi makanan yang kaya senyawa flavonoid dapat  memediasi  penurunan  tekanan darah,  yang  memungkinkan  untuk mengeksplorasi nutrisi dengan kandungan flavonoid yang tinggi, yang dapat  digunakan  sebagai  penghambat ACE [17]. Konversi dan regulasi sistem renin-angiotensin terhambat karena sisi aktifnya  ditutupi  oleh  10-shogaol, namun efek selanjutnya adalah proses konversi angiotensin-I menjadi angiotensin-II juga terhambat.

## 4.  Simpulan
Berdasarkah  hasil  penelitian  dan diskusi disimpulkan bahwa senyawa 10- shogaol  memiliki  potensi  sebagai inhibitor  gen  ACE  dibuktikan  2  residu asam  amino  yang  berikatan  dengan
ligan.  Ikatan  tersebut  berupa  ikatan hidropobik yang meningkatkan kekuatan tersebut dengan besar energi -291.3cal/mol.

## Acknowledgements
Ucapan terima kasih kami ucapkan kepada Yayasan Pendidikan Tinggi Nusa Nipa dan Universitas  Nusa  Nipa  sebagai  pendana  pada  penelitian  melalui  program  Hibah Penelitian Yayasan Pendidikan Tinggi Nusa Nipa. Kepada saudari Dewi Ratih Tirto Sari yang membantu dalam penelitian ini.

## Daftar Pustaka
[1] S. Singh, R. Shankar, and G. P. Singh, “Prevalence and Associated Risk Factors of Hypertension: A Cross-Sectional Study in Urban Varanasi,” Int. J. Hypertens. , vol. 2017, pp. 1 – 10, 2017, doi: 10.1155/2017/5491838.
[2]  World Helath Organization, Global status report on noncommunicable diseases 2010 . Italy: World Helath Organization, 2011.
[3] Y. Bare, A. Marhendra, T. Sasase, and F. Fatchiyah, “Differential Expression of IL - 10 Gene and Protein in Target Tissues of Rattus Norvegicus Strain Wistar Model Type 2 Diabetes Mellitus (T2DM),” Acta Inform. Medica , vol. 26, no. 2, pp. 87 – 92, 2018, doi: 10.5455/aim.2018.26.87-92.
[4]  W. Ouwerkerk et al. , “Determinants and clinical outcome of uptitration of ACE - inhibitors and beta-blockers in patients with heart failure: a prospective European study,” Eur.  Heart  J. ,  vol.  38,  no.  24,  pp.  1883 – 1890,  Jun.  2017,  doi: 10.1093/eurheartj/ehx026.
[5]  Q.-Q.  Mao et  al. ,  “Bioactive  Compounds  and  Bioactivities  of  Ginger  (Zingiber officinale  Roscoe),” Foods ,  vol.  8,  no.  6,  p.  185,  May  2019,  doi: 10.3390/foods8060185.
[6]  A. Ghasemzadeh, H. Jaafar, A. Baghdadi, and A. Tayebi- Meigooni, “Formation of 6-, 8- and 10-Shogaol in Ginger through Application of Different Drying Methods: Altered Antioxidant and Antimicrobial Activity,” Molecules , vol. 23, no. 7, p. 1646, Jul. 2018, doi: 10.3390/molecules23071646.
[7]  H.  N.  Meidinna and  Fatchiyah,  “The  Potential  Role  of  Rosmarinic  Acid  and Sinensetin as α - Amylase Inhibitor: In Silico Study,” J. Pure Appl. Chem. Res. , vol. 8, no. 1, pp. 73 – 79, Apr. 2019, doi: 10.21776/ub.jpacr.2019.008.001.460.
[8]  Y. Bare, M. S, S. H. J. Putra, M. R. W. G. L, and D. R. T. Sari, “In -silico Approach for The Prediction of Chlorogenic Acid as PPAR- γ Activator,” Biota , vol. 13, no. 1, Jun. 2020, doi: 10.20414/jb.v13i1.197.
[9] D. Sari, J. Cairns, A. Safitri, and F. Fatchiyah, “Virtual Prediction of the Delphinidin - 3-O-glucoside  and  Peonidin-3-O-glucoside  as  Anti-inflammatory  of  TNF-  and #945;  Signaling,” Acta  Inform.  Medica ,  vol.  27,  no.  3,  p.  152,  2019,  doi: 10.5455/aim.2019.27.152-157.
[10] S. S. N. D. Tiring, Y. Bare, A. Maulidi, M. S, and F. A. D. Nugraha, “Studi In Silico: Prediksi Potensi 6- shogaol dalam Zingiber officinale sebagai Inhibitor JNK,” Al- Kim. , vol. 7, no. 2, pp. 147 – 153, 2019, doi: 10.24252/al-kimia.v7i2.10638.
[11] Y.  Bare,  A.  D.  Kuki,  A.  H.  Rophi,  and  G.  Candrakirana,  “Prediksi  Asam  Kuinat Sebagai  Anti-Inflamasi  Terhadap  COX-2  Secara  Virtual  Virtual  Prediction  of Quinic Acid As Anti-Inflammation of COX- 2,” Biota J. Ilmu-Ilmu Hayati , vol. 4, no. 3, pp. 124 – 129, 2019, doi: https://doi.org/10.24002/biota.v4i3.2516.
[12] Y. Bare, D. R. T. Sari, Y. T. Rachmad, G. C. Krisnamurti, and A. Elizabeth, “In Silico Insight the Prediction of Chlorogenic Acid in Coffee through Cyclooxygenase-2 (COX2) Interaction,” Biog. J. Ilm. Biol. , vol. 7, no. 2, pp. 100 – 105, Dec. 2019, doi: 10.24252/bio.v7i2.9847.
[13] K. H. Choi, L. Kremer, G. S. Besra, and C. O. Rock, “Identification and substrate specificity  of  β -Ketoacyl  (Acyl  carrier  protein)  synthase  III  (mtFabH)  from mycobacterium t uberculosis,” J. Biol. Chem. , vol. 275, no. 36, pp. 28201 – 28207,
2000, doi: 10.1074/jbc.M003241200.
[14] B. Jia, Y. M. Ma, B. Liu, P. Chen, Y. Hu, and R. Zhang, “Synthesis, Antimicrobial Activity, Structure-Activity Relationship, and Molecular Docking Studies of Indole Diketopiperazine Alkaloids,” Front. Chem. , vol. 7, no. November, pp. 1 – 13, 2019, doi: 10.3389/fchem.2019.00837.
[15] D. R. T. Sari and Y. Bare, “Physicochemical properties and biological activity of bioactive compound in Pepper nigrum: In sil ico study,” vol. 1, no. 2, p. 6, 2020.
[16] K.  Erdmann,  B.  W.  Y.  Cheung,  and  H.  Schröder,  “The  possible  roles  of  food - derived bioactive peptides in reducing the risk of cardiovascular disease,” J. Nutr. Biochem. , vol. 19, no. 10, pp. 643 – 654, Oct. 2008, doi: 10.1016/j.jnutbio.2007.11.010.
[17]  L.  Actis- Goretta,  J.  I.  Ottaviani,  and  C.  G.  Fraga,  “Inhibition  of  Angiotensin Converting Enzyme Activity by Flavanol- Rich Foods,” J. Agric. Food Chem. , vol. 54, no. 1, pp. 229 – 234, Jan. 2006, doi: 10.1021/jf052263o.