LAPORAN AKHIR PENELITIAN HIBAH KOMPETENSI BATCH I …repository.ugm.ac.id/digitasi/download.php?file=2101_Mudasir.pdf(f:./-f) berharga positif, yang berarti bahwa proses interaksi

LAPORAN AKHIR PENELITIANHIBAH KOMPETENSI BATCH I TAHUN 2010

JUDUL:KARAKTERISASIINTERAKSI BEBERAPA

ZAT WARNA (DYES) KATIONIKDENGAN DNA

Tim r~neliti:1. Prof. Drs. Mudasir, M.Eng., Ph.D. (Ketua Peneliti)2. Dr. Nurul Hidayat AfJrilita, M.Si(Anggota)

DILAKSANAKANATAS BIAYA:Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan Nasional,

sesuai dengan Surat Perjanjian Pelaksanaan Penelitian Hibah KompetensiNomor: 235/SP2H/PPIDP2M1II1/2010,tanggal 01 Maret 2010

LEMBAGAPENELITIANDANPENGABDIANKEPADAMASYARAKATUNIVERSITASGADJAH MADA

Novemb;:'r 2010

RINGKASAN EKSEKUTIF

KARAKTERISASIINTERAKSI BEBERAPA

ZA T PEWARNA (DYES) KA TIONIK DENGAN DNA

Mudasir dan Nurul Hidayat AprilitaJurusan Kimia, FMIPA UGM, Yogyakarta

1. Pendahuluan

Telahbanyakdilaporkanbahwazat-zatwarna(dyes) yang memiliki moitas heterosiklik

planar sering digunakan untuk penyelidikan struktur DNA (DNA structural probe) guna

pemodelan interaksi-interaksi antara obat-DNA dan protein-DNA. Zat-zat warna ini telah

dilaporkan dapat berinteraksi dengan DNA maupun RNA melalui proses interkalasi, yakni

senyawa zat warna tersebut masuk ke dalam pasangan basa DNA sehingga memberikan

efek stabilisasi pada struktur DNA dobel heliks. Lebih dari itu, juga telah banyak

dilaporkan bahwa beberapa zat warna menunjukkan sifat-sifat antitumor dan antivirus

yang signifikan. Aktivitas yang poten dari zat warna ini merupakan konsekuensi dari

afinitasnya yang tinggi terhadap DNA duplex. Oleh karena peran biologisnya yang sangat

penting ini, dewasa ini riset mengenai interaksi zat warna dengan DNA sangat diminati

dan menjadi trend penelitian pada bidang interlace antara Kimia-Biologi, Kimia-Farmasi

serta Kimia-Kedokteran (medisin). Namun demikian penelitian-penelitian tersebut,

sepanjang pengetahuan peneliti, masih terfokus pada penentuan jenis interaksi dan

struktur kompleks zat warna-DNA hasil interaksi, sedangkan parameter interaksi yang

merupakan faktor pemicu terjadinya interaksi belum banyak dikaji. Oleh karena itu dalam

penelitian ini akan dikaji secara seksama kelakuan spektroskopik interaksi antara zat

warna kationik methyl green (MG) dengan DNA yang meliputi sifat dan jenis interaksi,

parameter termodinamika interaksi serta karakteristik perubahan temperatur denaturasi.

Pemilihan zat warna kationik sebagai model disebabkan zat ini memiliki struktur planar

dan mengadung substituen aromatis heterosiklis planar serta bermuatan positif sehingga

lebih mudah berinteraksi dengan DNA yang bermuatan negatif. Interaksi dapat melalui

ikatan elektrostatik maupun interkalasi. Disamping itu, telah diketahui bahwa interaksi zat

warna tersebut dengan DNA dobel heliks dapat menaikkan intensitas dan masa hidup

fluoresensi senyawa sehingga sangat berguna pada aplikasinya dalam terapi fotodinamik

(PDT: photodynamic therapy) kanker. Interaksi ini juga mempengaruhi proses-proses

biologi yang penting seperti sintesis DNA serta transkripsi dan translasi genetik.

Penentuan parameter termodinamika interaksi dilakukan dengan mengukur konstanta

I<.esetimbanganinteral<.sipada berbagai temperatur menggunakan metode titrasi

5

spektrofotometri dan selanjutnya dari data yang diperoleh dibuat kurva van't Hoff untuk

menentukan perubahan entalpi dan entropi interaksi. Perubahan energi bebas interaksi

akan ditentukan dengan persamaan standard Gibbs, sedangkan untuk memilahkan

parameter termodinamika ke dalam kontribusi elektrostatik dan non-elektrostatik akan

ditentukan pengaruh konsentrasi garam terhadap konstanta kesetimbangan interaksi dan

selanjutnya data yang diperoleh akan diolah menggunakan teori polielektrolit. Disamping

itu, juga akan ditentukanperubahantitik leleh (temperaturdenaturasi)DNA,Tm dengan

cara mengamatiTm DNAtanpa dan denganadanyazat warna MG untuk melihatsejauh

mana interaksi zat warna tersebut mempengaruhi struktur dobel heliks DNA. Penelitian

potensial publikasi internasional ini merupakan penelitian terobosan sehingga hasil dari

penelitian ini layak untuk dipublikasi pada jurnal internasional bergengsi.

2. Metode Penelitian

Penentuan parameter termodinamika interaksi dilakukan dengan mengukur konstanta

kesetimbangan interaksi pada berbagai temperatur menggunakan metode titrasi

spektrofotometri dan selanjutnya dari data yang diperoleh dibuat kurva van't Hoff untuk

menentukan perubahan entalpi dan entropi interaksi. Perubahan energi bebas interaksi

ditentukan dengan persamaan standard Gibbs, sedangkan untuk memilahkan parameter

termodinamika ke dalam kontribusi elektrostatik dan non-elektrostatik telah ditentukan

pengaruh konsentrasi garam terhadap konstanta kesetimbangan interaksi dan selanjutnya

data yang diperoleh telah diolah menggunakan teori polielektrolit. Disamping itu. juga

ditentukan perbedaan temperatur denaturasi DNA dengan dan tanpa adanya zat warna

MG pada berbagai rasio [MG]/[ct-DNA] untuk melihat sejauh mana interaksi zat warna

tersebut menstabilkan struktur dobel heliks DNA.

3. Hasil Penelitian

· Hasil penelitian menunjukkan bahwa interaksi antara MB dengan ct-DNA cukup

kuat sebagaimana ditunjukkan oleh efek hipkromisitas dan hiperkromisitas.

pergeseran merah (red shift) dan konstanta kesetimbangan interaksi (Kb) yang

relatif besar.

· Semua parameter interaksi MG dengan ct-DNA yang meliputi harga Kb,

pergeseran merah, efek hipokromisitaslhiperkromisitas mengalami naik dengan

naiknya temperatur dan konsentrasi garam dalam larutan. Dari kurva van't Hoff,

terlihat bahwa interaksi zat warna kationik MG dengan ct-DNA bersifat endotermis

6

(f:./-f) berharga positif, yang berarti bahwa proses interaksi lebih didorong oleh

faktor entropi.

· Hasil eksperimen pengaruh konsentrasi garam pada interaksi MG dengan DNA

menunjukkan bahwa harga Kb turun dengan naiknya konsentrasi garam dalam

larutan. Hal ini berarti bahwa faktor elektrostatik juga ikut berperan dalam proses

interaksi. Muatan yang dilepas (Z) ketika molekul MG mengikat ct-DNA sesuai

teori polielektrolit masing-masing sebesar +0.63 dan +0,84 pada R=0.15 _00dan

R=0,04-0,10, yang menunjukkan bahwa pada rasio [MG]/[ct-DNA] (R) rendah (low

loaded DNA) faktor elektrostatik lebih mendominasi proses interaksi.

Dari hasil penelitian juga terlihat bahwa harga Kb pada konsentrasi garam rendah

dalam larutan (10 mM) didominasi oleh factor elektrostatik (>90%). Nilai tersebut

turun secara bertahapdengannaiknyakonsentrasigaram (== 75% pada 100 mM

NaCI). Namun demikian, terungkap bahwa faktor yang menstabilkan interaksi zat

warna MG dengan ct-DA baik pada konsentrasi garam tinggi maupun rendah lebih

banyak ditentukan oleh faktor non-elektrostatik sebagaimana ditunjukkan oleh

perubahan harga energi bebas non-elektrostatik(f:.G10) yang terletak dalam

rentang 80% - 89% untuk konsentrasi garam rendah dan konsentrasi garam tinggi.

· Hasil Eksperimen denaturasi thermal (0 Tm) menyarankan telah terjadinya

stabilisasi yang kuat terhadap dobel heliks DNA sebagaimana ditunjukkan oleh

perubahan suhu denaturasi sebesar 12°C dengan adanya MG dalam larutan.

Perubahan harga termal denaturasi yang signifikan ini menunjukkan bahwa

kemungkinan besar MG berinteraksi dengan ct-DNA melalui proses interkalasi dan

tarikan elektrostatik

4. Publikasi dan Rencana Publikasi

Hasil penelitian sebagian telah ditulis dalam journal International Spectrochimica

Acta: Molecular and Biomolecular Spectroscopy (October 2010) dan dalam bentuk

manuscript yang akan dipublikasikan dalam journal ilmiah international "Biophysical

ChemistrY' (Elsevier) dengan judul tulisan: " Salt Dependence, Thermodynamic

Parameters and Thermal Denaturation of the ct-DNA Binding of Methyl Green". Hasil

juga telah dipublikasikan pada berbagai pertemuan IImiah international seperti ICBIC-11,

Nagoya, Jepang (July 2009) dan Eurasia-2010 (The Dead Sea, Jordan, November 2010).

Kata kunci: methyl Green, DNA, interaksi non-kovalen, parameter termodinamika,Denaturasi Thermal

7