Kajian In Silico Dan Karakterisasi Fisiko-Kimia Kompleks Aspirin-Albumin Putih Telur-Caffeine Sebagai Peluruh Radikal Bebas

Jayanti, Gatra Ervi and Prof. Sutiman Bambang Sumitro,, SU., D.Sc and Akhmad Sabarudin,, S.Si., M.Sc., Dr.Sc and Dr. Sri Widyarti,, M.Si (2018) Kajian In Silico Dan Karakterisasi Fisiko-Kimia Kompleks Aspirin-Albumin Putih Telur-Caffeine Sebagai Peluruh Radikal Bebas. Doktor thesis, Universitas Brawijaya.

Abstract

Tubuh sebagai sistem redoks yang secara alami menghasilkan oksidan atau radikal bebas hasil dari metabolisme. Radikal bebas adalah atom atau kelompok atom yang berisi elektron tidak berpasangan, sangat reaktif dan memulai reaksi berantai. Tubuh secara alami bisa menangkal radikal bebas misalnya dengan SOD dan katalase. Tetapi bila radikal bebas tersebut memiliki jumlah yang lebih maka akan menimbulkan kondisi patologis. Radikal bebas yang berlebih memerlukan antioksidan dari luar tubuh. Antioksidan yang tidak berubah menjadi radikal ketika menerima atau kehilangan elektron. Pada penelitian ini digunakan aspirin, albumin putih telur dan caffeine sebagai scavenger kompleks. Albumin, adalah peluruh radikal bebas alamiah diperoleh dari putih telur ayam yang mudah di peroleh, murah dan halal. Albumin putih telur, merupakan scavenger radikal bebas yang mampu membentuk kompleks dengan aspirin, caffeine, dan vitamin. Selama ini antioksidan yang digunakan untuk menangkal radikal bebas, pada umumnya dikenal sebagai senyawa tunggal (seperti vitamin C dan E), sedangkan dalam tubuh merupakan aliran elektron yang mengalir secara terus-menerus. Bila antioksidan menyumbangkan elektron kepada atom yang kehilangan elektron, maka antioksidan tersebut akan menjadi radikal baru, oleh karena itu senyawa kompleks dibutuhkan sebagai scavenger. Tujuan dari penelitian ini untuk mendiskripsikan perubahan struktur ovalbumin setelah mengikat aspirin dan caffeine, melihat perubahan struktur kompleks dengan perlakuan suhu, mengetahui kemampuan senyawa kompleks sebagai scavenger dibandingkan dengan bentuk tunggalnya, gugus fungsi apa saja yang terdapat pada senyawa tunggal dan kompleks, dan untuk mengetahui nilai viskositas albumin ketika ditambahkan masing-masing senyawa. Penelitian dilakukan menggunakan software komputer (in silico), struktur aspirin, caffeine dari Pubchem dan ovalbumin diperoleh dari National for Biotechnology Information (NCBI), docking molekul dengan program Pyrex. Visualisasi hasil docking menggunakan program Pymol dan keberhasilan docking dapat dilihat dengan program LigPlot. Ovalbumin Hydrophobicity menggunakan program Chimera, Interaksi aspirin dan caffeine terhadap ovalbumin menggunakan program Ligandscout dan program Yasara untuk analisis Root-Mean-Square-Deviation. Dalam penelitian laboratorium, aktivitas radikal aspirin, caffeine, albumin putih telur, aspirinalbumin putih telur, caffeine-albumin putih telur, dan aspirin-albumin putih-caffeine (kompleks) dipelajari dengan menggunakan ESR dengan menggunakan DPPH sebagai radikal bebas. Hasil analisa in silico menunjukkan bahwa setelah mengikat ovalbumin, aspirin berotasi pada gugus karboksil dan ester dan menghasilkan perubahan sudut ikatan. Perubahan ini tidak terlihat secara jelas pada caffeine. Aspirin dan caffeine mengandung cincin siklik, tetapi aspirin mempunyai kelompok fungsional (rantai alifatik) yang lebih fleksibel daripada caffeine. Perubahan sudut ikatan yang terjadi pada aspirin disebabkan oleh penyusunan ulang atom. Analisis RMSD menunjukkan bahwa aspirin, serta caffeine, mengubah konformasi dinamis ovalbumin. RMSD kompleks hampir bertepatan dengan garis ovalbumin, dan tidak menunjukkan perubahan ikatan kimia yang signifikan terhadap struktur ovalbumin. Hasil tersebut menunjukkan bahwa sifat ovalbumin tidak berubah, ini sebagai transporter aspirin dan caffeine. Serta dapat diterapkan sebagai antioksidan scavenger yang efektif. Kompleks aspirin-ovalbumin-caffeine dengan perlakuan suhu -70 °C menunjukkan intermolecular force. Selama proses freeze-drying, kompleks telah kehilangan air menjadi padat dan berpengaruh pada ikatan kimia. Medan magnet menjadi lebih kuat selama pembekuan kompleks. Pada kompleks, gerak atom stabil tetapi tidak fungsional, sehingga menghasilkan penguatan ikatan magnetik. Sementara ikatan hidrofobik kompleks melemah. Semua atom mulai saling menempel, dengan demikian, stabilitas struktur kompleks meningkat (tidak terdenaturasi) yang dapat mengubah fungsinya untuk menjadi scavenger yang kuat. Kompleks menghasilkan puncak resonansi magnetik DPPH paling rendah dibandingkan bentuk tunggalnya (aspirin, albumin putih telur dan juga caffeine). Semua analisis FTIR dalam penelitian ini menunjukkan adanya kelompok aromatik, yang berguna sebagai molekul scavenger. Nilai viskositas kompleks berada di antara nilai albuminaspirin dan albumin-caffeine, yaitu 6,87 cP yang hampir mirip dengan viskositas duodenum mucin.

English Abstract

A body, as a redox system continually, produces oxidants or free radicals. Free radicals are atoms or groups of atoms containing unpaired electrons and already highly reactive radicals and initiate chain reactions. Almost all pathological conditions are initiated from the production of excessive free radicals. So it becomes important to find the ways to scavenge free radicals using antioxidants, which does not turn into a radical when receiving or losing electrons (scavenger). In this study, aspirin, egg white albumin and caffeine are used as a complex scavenger. Albumin is a natural free radical scavenger, obtained from chicken egg which is easy to be obtained, cheap and halal. Albumin egg whites have a very important role, it is a free radical scavenger and able to form complexes with aspirin, caffeine, and vitamins. Commonly antioxidants are used to scavenge free radicals, usually known as single compounds (such as vitamins C and E), while in the body it is a electrons hopping that flow continuously. When antioxidants donate electrons, it becomes a new radical, therefore complex compounds are needed as scavengers. The objective of this research was to investigate changes in ovalbumin structure when added aspirin and caffeine, and when complex treated with various temperature, to determine the ability of complex compounds as a scavenger compared with single antioxidants, to determine any functional group found in single and complex compounds and to determine the viscosity of albumin when each compound is added. The research was conducted using computer software (in silico), aspirin, and caffeine structure from PubChem and ovalbumin from National for Biotechnology Information (NCBI), and then performed molecular docking with Pyrex program. Visualization of docking results using Pymol program and docking success can be seen with LigPlot program. Ovalbumin Hydrophobicity uses the Chimera program, aspirin and caffeine interaction to ovalbumin uses Ligandscout program, and the Yasara program for Root-Mean-Square-Deviation analysis. In this work, the variability of tridimensional structures of aspirin was shown after binding to ovalbumin. Aspirin model was rotated, and it resulted in the change of its angle. This variability, however, could not be seen clearly on caffeine. Both aspirin and caffeine contained the cyclic ring, but aspirin had another functional group (aliphatic chain), which was more flexible than caffeine. The angular changes that occurred in aspirin were caused by the atom rearrangements. RMSD analysis showed that aspirin, as well as caffeine, altered the dynamic conformation of ovalbumin. Complex of RMSD (purple line) was almost coincident with ovalbumin line (blue line), and showed no significant chemical bond change to ovalbumin structure. This result meant that the nature of ovalbumin remained unchanged. This was the reason why ovalbumin did not affect in pharmacokinetics; ovalbumin also acted as a transporter of aspirin and caffeine. It could be applied as an effective antioxidant scavenger. The complex of aspirin-ovalbumin-caffeine was treated at -70 °C showed intermolecular force. During freeze-drying process, the complex had lost water to become a solid and affected to the chemical bond. Magnetic field became stronger during the complex freezing. The motion of atoms in the complex was stable but not functional, which resulted in the strengthening of a magnetic bond. while hydrophobic bond in the complex weakened. All atoms started sticking to each other. Accordingly, the stability of complex structure increased (no denaturation) which could transform its function to be a stronger scavenger. In this study, the radical scavenging activities of aspirin, caffeine, egg white albumin, aspirin-egg white albumin, caffeine-egg white albumin, and aspirin-egg white albumincaffeine (complex) were studied by using ESR by using DPPH as the free radical. The DPPH peak decreased more drastically when the complex compound (aspirin-egg white albumin-caffeine) was added, rather than the addition of aspirin, egg white albumin, and caffeine. When a combination of the aspirin-egg white albumin or the caffeine-egg white albumin was added, the peak of the DPPH radical decreased lower than the single addition of aspirin and caffeine. All FTIR analyses in this study showed the existence of aromatic groups, which were useful for the scavenger molecules. The viscosity of the complex (aspirin-egg white albumin-caffeine) was 6.87 cP, which was almost similar to the viscosity of duodenal mucin.

Item Type: Thesis (Doktor)
Identification Number: DIS/541.224/JAY/k/2018/061809186
Subjects: 500 Natural sciences and mathematics > 541 Physical chemistry > 541.2 Theoritical chemistry > 541.224 Chemical bonds, valence, radicals
Divisions: S2/S3 > Doktor Biologi, Fakultas MIPA
Depositing User: soegeng sugeng
Date Deposited: 11 Oct 2022 06:57
Last Modified: 11 Oct 2022 06:57
URI: http://repository.ub.ac.id/id/eprint/195552
[thumbnail of Gatra Ervi Jayanti.pdf] Text
Gatra Ervi Jayanti.pdf

Download (8MB)

Actions (login required)

View Item View Item