Bioteknologi Farmasi

1. HKSA (HUBUNGAN KUANTITATIF
STRUKTUR DAN AKTIVITAS)
LIA PUSPITASARI, S.FARM.,M.SI.,APT.
DESAIN OBAT
S1 FARMASI
INSTITUT SAINS DAN TEKNOLOGI NASIONAL

2. PENGANTAR HKSA
Kajian HKSA berdasarkan parameter yang digunakan
digolongkan dalam 3 metode, yaitu:
metode
Hansch
metode
Fee-
Wilson,
metode
QSAR-3D

3. METODE HANSCH
• Metode Hansch dikembangkan oleh Hansch pada tahun 1964. Model Hanch
mengasumsikan aktivitas biologis sebagai fungsi dari parameter-parameter
hidrofobisitas (π), elektronik (σ), dan sterik (Es) yang terdapat pada molekul,
yang dapat dinyatakan secara matematis sebagai persamaan berikut:
Log A = aΣπ + bΣ σ + cΣ Es + d
• Notasi a,b,c dan d mmenyatakan tetapan persamaan regresi.
• Notasi π adalah tetapan hidrofobisitas subsituen menurut Hansch-Fujita,
• σ adalah tetapan hammet yang menyatakan sifat elektronik,
• dan Es adalah tetapan subtituen sterik menurut Taft.

4. METODE HANSCH
• Ketiga parameter tersebut diperoleh dari pendekatan ekstratermodinamika atau
model kaitan linear energi bebas (Linear Free Energy Relationship), yaitu suatu
model matematik yang dikembangkan dari hubungan reaktivitas kimia dengan
parameter subtituen yang dikemukakan oleh Hammet pada tahun 1938.
• Analisis Hansch kemudian dikembangkan dengan menggunakan parameter sifat
fisikokimia dari struktur molekul atau menggunakan beberapa parameter
teoritis. Parameter-parameter tersebut digunakan sebagai variabel bebas yang
memberikan aktivitas biologis. Istilah ”parameter” sebagai variabel bebas dalam
analisis QSAR sering disebut predikator atau deskriptor.

5. METODE FREE-WILSON
• Model Free-Wilson atau model de novo dikembangkan oleh Free dan Wilson.
Metode ini didasarkan pada perkiraan bahwa masing-masing substituen pada
struktur senyawa induk memberikan sumbangan yang tetap pada aktivitas
biologis. Sumbangan ini bersifat aditif dan tidak bersifat sumbangan subtituen
yang lain. Model Free-Wilson mengajukan model matematik (persamaan II.4)
yang memperkirakan bahwa aktivitas biologis sama dengan jumlah sumbangan
subtituen ditambah aktivitas biologi senyawa induk. (Free-Wilson, 1964).
• Log A = Σ S +μ
• S adalah sumbangan subtituen pada aktivitas keseluruhan senyawa turunan
senyawa induk dengan subtituen yang bersangkutan dan adalah aktivitas biologis
kerangka dasar atau senyawa induk.

6. METODE FREE-WILSON
• Penyelesaian model Free-Wilson menggunakan matriks dan analisis regresi
miltilinear. Pada matriks ini substituen mendapat nilai indikator 1 jika
terdapat dalam molekul dan mendapat nilai indikator 0 jika terdapat pada
molekul. Untuk senyawa rasemik, pengaruh suatu subtituen pada atom kiral
diberikan nilai indikator 0,5. selanjutnya untuk setiap struktur dikorelasikan
dengan harga aktivitas biologisnya dengan menggunakan analisis regresi
multilinear.

7. METODE FREE-WILSON
Keuntungan penggunaan model Free-Wilson :
• Dapat dikerjakan dengan cepat, sederhana, dan murah.
• Di samping pengetahuan tentang struktur molekul dan aktivitas biologis
yang sesuai, tidak diperlukan pengetahuan tantang tetapan subtituen seperti
σ, π, Es.
• Metode Free-Wilson lebih efektif diterapkan jika uji aktivitas biologis lebih
lambat daripada sintesis senyawa turunan dan jika tidak tersedia tetapan
substituen.

8. METODE FREE-WILSON
Kelemahan metode Free-Wilson yaitu:
• penggunaan model Free-Wilson akan menghasilkan model persamaan yang
hanya dapat memprediksikan turunan baru dalam jumlah terbatas.
• tidak dapat digunakan untuk memprediksi gugus lain yang berbeda dari jenis
gugus yang digunakan dalam analisis.
• pada kebanyakan kasus, jumlah parameter akan jauh lebih besar daripada
jumlah senyawa sehingga secara statistik akan tidak signifikan.

9. ANALISIS QSAR-3D
• Analisis QSAR tiga dimensi (3D) dikembangkan sebagai antisipasi permasalahan pada
analisis Hansch, yaitu senyawa-senyawa enantiomer yang memiliki kuantitas sifat
fisikakimia yang sama, tetapi memiliki aktivitas biologis yang berbeda. Ternyata
diketahui bahwa efek stereokimia memegang peranan penting pada harga aktivitas
biologis obat.
• Metode QSAR-3D menggunakan prosedur analisis perbandingan medan molecular atau
Comparative Molecular Field Analysis (CoMFA) yang dikemukakan oleh Cramer dkk,
(1988). CoMFA berusaha untuk menyusun suatu hubungan antara aktivitas biologis da
sifat sterik dan atau elektrostatik dari suatu seri senyawa.

10. ANALISIS QSAR-3D
• Prosedur CoMFA diawali dengan mendefenisikan aturan superposisi suatu seri senyawa-
senyawa, kemudian dilakukan perhitungan energi sterik dan energi interaksi elektrostatik
dengan atom-atom dari masing-masing senyawa pada setiap titik kisi (grid point) dalam
suatu ruang tiga dimensi. Hasil dari prosedur ini adalah suatu matriks dengan jumlah kolom
energi (energi interaksi medan) lebih banyak dari pada jumlah baris senyawa.
• Untuk memperoleh persamaan linier dari matriks tersebut menggunakan metode analisis
regresi yang disebut Partial Least Squares (PLS).
• Beberapa penelitian melaporkan penggunaan deskriptor topologis atau konektivitas
molekular dalam studi QSAR-3D.