Review: QSAR study of antioxidant activity of wine polyfenols Vesna Rastijaa, Marica Medi-arib

Review: QSAR study of antioxidant activity of wine polyfenolsVesna Rastijaa, Marica Medi-arib

Disusun oleh:Lailatul Isnaeni4311411021AbstrakQuantitative structure and activity relationship (QSAR) diperoleh untuk menggambarkan aktivitas antioksidan senyawa aktif utama polifenol dari wine secara farmakologi, menggunakan sifat-sifat molekular dan deskriptor-deskriptor diperoleh dari representasi molekul secara 2D dan 3D. Model-model terbaik untuk prediksi kemampuan penangkalan radikal kation ABTS diperoleh dengan analisis regresi polinomial menggunakan zero-order connectivity index dan molar refractivity. Secara statistik, model-model signifikan untuk efek penghambatan peroksidasi lemak oleh flavonoid diperoleh dengan regresi multiple dan polinomial menggunakan deskriptor lipofilisitas, index balaban, index tipe balaban dan 3D GATEWAY. Deskriptor 3D memproses sifat-sifat, memainkan peranan penting dalam aktivitas antioksidan polifenol.PendahuluanPolifenol merupakan metabolit sekunder tumbuhan, yang secara luas terdistribusi dalam tumbuhan dan makanan yang berasal dari tumbuhan asli. Wine mengandung susunan polifenol yang luas termasuk asam fenolik, trihidriksistilbene resveratrol (quercetin dan myricetin), flavan-3-ol, (catechin dan epicatechin), sebaik polimer-polimer lebih lanjut, didefinisikan sebagai procyanidin dan anthocyanin yang merupakan pigmen yang responsibel untuk warna merah pada wine. Senyawa-senyawa ini telah dilaporkan memiliki banyak aktivitas biologi termasuk vasodilatator, anti-inflamasi, antikanker, antiviral, dan antibakteri, serta responsif terhadap efek kesehatan terhadap konsumsi wine yang cukup. Keuntungan kesehatan dari Polifenol timbul dari efek antioksidan fitokimianya yang merupakan dasar dari kemampuan penangkalan radikal bebas yang berbeda untuk melindungi molekul biologis melawan oksidasi.Metode yang biasa digunakan untuk menentukan aktivitas antioksidan adalah penentuan kemampuan antioksidan untuk mrndonorkan hidrogen untuk menangkal 2,2-azinobis (asam 3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic) kation radikal (ABTS+) yang menunjukkan Trolox equivalent antioxidant capacity (TEAC).

Aktivitas antioksidan dari polifenol dapat diprediksi secara luas berdasarkan struktur kimianya. Aktivitas antioksidan dan antiradikal flavonoid terkait dengan kehadiran dua gugus hidroksi bertetangga pada cincin B, jumlah gugus hidroksil bebas, ikatan rangkap C2-C3 dalam cincin C atau hadirnya gugus 3-hidroksi. Untuk aktivitas antioksidan dari asam fenolik dan esternya, parameter penting adalah jumlah gugus hidroksi dalam molekul dan adanya halangan sterik.Beberapa Penelitian Struktur dan Aktivitas (SAR) dari flavonoid dan asam fenolik sebagai antioksidan telah dipubikasi, namun, kebanyakan dari mereka hanya mendeskripsikan dan menguji flavonoid dan asam fenolik secara terpisah. Terlebih, perhatian diberikan tentang hubungan antara struktur dan penghambatan peroksidasi lemak. Quantitative structure and activity relationship (QSAR) telah digunakan secara ekstensif untuk pengembangan model dengan tujuan untuk mengestimasi dan memprediksi aktivitas antioksidan flavonoid dan asam fenolik menggunakan descriptor yang diperoleh dari struktur kimia dan bermacam perameter fisikokimia terhitung dengan program-program adequate. Ada beberapa jumlah deskriptor tersedia dalam kimia, termasuk indeks topologi, deskriptor 3D, indeks kimia kuantum, dan parameter fisikokimia yang berhubungan dengan struktur molekuler dalam penelitian QSAR.

Dari itu semua, indeks topologi merupakan yang paling populer sejak mereka dapat mengkarakterisasi ukuran molekul secara efektif, percabangan dan variasi bentuk molekul. Hansch, et al merupakan yang pertama kali menggunakan parameter elektronik dan sterik bersamaan dengan parameter hidrofobik berdasarkan koefisien partisi n-octanol/air (log P) untuk mengembangkan model QSAR.MetodeGagasan utama dari penelitian ini adalah untuk mengembangkan hubungan kuantitatif struktur dan aktivitas antara deskriptor 2 dimensi (2D) indeks topologi, 3 dimensi (3D), parameter fisikokimia terhitung dan aktivitas antioksidan dari polifenol yang biasanya ada dalam wine.Data eksperimen yag digunakan dalam penelitian ini diambil dari literatur dan terdiri atas aktivitas antioksidan dari 10 polifenol wine yang ditentukan menggunakan tes ABTS dinyatakan dalam nilai TEAC (per mmolL-1) dan efek penghambatan peroksidassi lemak dari flavonoid dinyatakan sebagai konsentrasi penghambatan 50% peroksidasi lemak (IC50/mol L-1).Struktur dari seluruh polifenol yang digunakan dalam penelitina ini ditunjukkan pada gambar 1.

Dilakukan investigasi hubungan linear, polinomial, dan multiple linear antara indeks topologi, indeks Wiener (W), indeks konektivitas (x), indeks balaban (J), indeks tipe balaban dari nomor atom-, massa-, van der waals-, elektronegativitas-, matriks jarak berat-polarisabilitas (Jz, Jm, Jv, Je, Jp), informasi indeks teoritik (I) dan indeks Schultz (MTI), sifat-sifat terpilih (berat molekul (M); koefisien pertisi n-octanol/water (log P); van der waals volume (Vw); Molecular Refractivity (MR); Polar surface area (PSA) dari polifenol dan nilai dari tes ABTS dan efek penghambatan peroksidasi lemak. Indeks topologi terhitung ditunjukkan pada tabel 1. Sifat fisikokimia untuk senyawa yang diteliti ditunjukkan tabel 2Karena beberapa senyawa-senyawa yang diteliti mengandung dua stereoisomer dengan aktivitas yang berbeda (catechin dan epi catechin), perlu digunakan deskriptor molekular terhitug dari representasi molekul 3D. 4 golongan deskriptor 3D digunakan untuk menghasilkan model QSAR: deskriptor geometri, GET AWAY (geometry, topology dan atom weight assembly), 3D MoRSE dan RDF (Radial distribution Function). Nilai deskriptor 3D dari 4 golongan deskriptor diberikan pada tabel 3.

Hasil dan PembahasanHubungan kuantitatif struktur dan aktivitas dari antioksidan potensial polifenol melawan radikal dalam pase larutanModel QSAR untuk prediksi aktivitas antioksidan dari polifenol ditentukan dengan menggunakan assay penghambatan radikal ABTS+ telah dikembangkan. Model yang ditentukan dengan analisis regresi linear dan multivariasi tidak memuaskan secara statistik. Model terbaik diperoleh dari analisis regresi polinomial dengan zero-order conectivity index (0X) dan Molar Refractivity (MR).Dari seluruh index topologi yang digunakan, zero-order conectivity index (0X) memilki hubungan yang baik dengan nilai TEAC dari analisis polifenol. Nilai TEAC dapat ditunjukkan melalui persamaan:TEAC = 13.66 ( 2.21) 3.092 ( 0.546)0X + 0.178 ( 0.032) (0X)2(1)n = 10; R2 = 0.833; S = 0.186; F = 17.47

Karena indeks konektivitas terkait secara dekat terkait dengan ukuran molekul, koefisien negatif dari 0X dalam model mengindikasikan bahwa ukuran molekul yang besar mengurangi kemampuan pengambatan kation radikal ABTS+. Valensi konektivitas mengindikasikan fitur struktur yang penting seperti ukuran, percabangan, ketidakjenuhan, siklisitas, dan kandungan heteroatom, yang mana secara khusus sesuai dengan untuk QSAR dari aktivitas biologi yang berbeda pada flavonoid.

Hasil regresi polinomial model signifikan secara statistik menggunakan Molar Refractivity (MR) sebagai deskriptor:TEAC = 16.45 ( 2.59) 0.574 ( 0.097)MR + 0.005 ( 0.001) MR2(2)n = 10; R2 = 0.845; S = 0.180; F = 19.05Untuk mengkonfirmasi hubungan antara Molar Refractivity dan aktivitas antioksidan polifenol, nilai TEAC dikorelasikan dengan nilai prediksi TEAC yang diperoleh dari persamaan (2). Perolehan dari parameter statistik: R2 = 0.845; S = 0.165; F = 43.54.

Grafik nilai TEAC experimental vs nilai TEAC prediksi

Hubungan kuantitatif struktur dan aktivitas untuk efek penghambatan flavonoidModel untuk prediksi dari efek penghambatan (IC50) dengan parameter statistika yang baik dihasilkan oleh regresi multipel dan polinomial. Nilai TEAC eksperimental dan prediksi menggunakan model yang diperoleh dan dihubungkan 95% confidence interval ditunjukkan pada tabel 5.

Menurut 3 program komputer yang berbeda untuk perhitungan koefisien partisi (CLOGP, ALOGPS, dan MLOGP), hasil terbaik adalah menggunakan program MLOGP. Hubungan antara efek penghambatan peroksidasi lemak dari flafonoid dan lipofiisitas dideskripsikan dengan persamaan:

IC50 = 28.69 (7.06) + 53.26 (7.80)MLOGP + 30.62 (8.95)MLOGP2(3)n = 8; R2 = 0.904; S = 11.00; F = 23.55

Pada penelitian ini menggunakan substansi set yang lebih kecil, tetai memilki koefisien korelasi yang lebih besar (R=0.951; R2=0,904) dan hanya mengandung satu deskriptor. Tanda positif dari MLOGP dalam persamaan (3) menunjukkan aktivitas antioksidan pada senyawa yang diteliti meningkat dengan naiknya lopofilisitas.Pada penelitian QSAR terbaru dari efek penghambatan antioksidan fenolik pada peroksidasi lipid mengindikasikan koefisien partisi senyawa fenolik mungkin menetapkan aktivitas dalam fase fenolik. Model QSAR diperoleh melalui analisis regresi multiple dengan 7 deskriptor pada satu set dari 15 senyawa. Erlejmen et al menyarankan bahwa interaksi flavonoid dengan gugus polar dari fosfolipid adalah factor utama yang menymbangkan aktivitas antioksidannya dalam membran liposomal dan meningkatkan lipofilisitas senyawa mencerminkan aktivitas antioksidan yang baik. Regresi polinomial dengan CLOGP sebagai variabel, memberikan model dengan koefisien korelasi lebih kecil (R=0,910).

Aktivitas penghambatan dari senyawa yang diteliti juga diketahui memiliki korelasi polinomial yang baik dengan volume van der waals, yang ditunjukkan oleh persamaan:

IC50 = 1.112 x 104 (2.381 x 103) 8.789 x 103x (1.920 x 103)Vw + 1.738 x 103 (3.87 x 102)Vw2(4)n = 8; R2 = 0.858; S = 13.40; F = 15.09Penelitian Hubungan struktur dan aktivitas (SAR) menunjukkan bahea 3-C gugus hidroksil menentukan efek penghambatan dari flavonoid pada fase lipofil sebaik ikatan rangkap 2,3- terkonjugasi dengan gugus 4-oxo dan 3-hidroksil. Fitur struktur dari flavonoid penting untuk menstabilkan radikal fenoksil dengan delokalisasi elektron oleh cincin aromatis.

Volume van der Waals digunakan secara luas sebagai parameter untuk deskripsi ukuran dan kontribusi sterik untuk perilaku biologis senyawa aktif. Molar refractivity dapat digunakan menggantikan volume van der waals pada model yang sama. Disamping koefisien partisi (log P) senyawa fenolik, beberapa parameter fisokokimia seperti entalpi pembentukan radikal fenoksil (H) dan energi hidrasi (EHYDR) mngkin menentukan aktivitas antioksidan pada fase lipofil. Penelitian saat ini mengindikasikan parameter ini cukup memuaskan untuk memprediksi aktivitas antioksidan flavonoid.Untuk prediksi IC50 regresi multiple juga diaplikasikan. Model yang signifikan secara statistik diperoleh dengan menggunakan CLOGP dan indeks balanban (J):

IC50 = 80.1 (103.6) 207.4 (46.4)J + 30.84 (4.54)CLOGP(4)n = 8; R2 = 0.945; S = 8.290; F = 43.33.

Model terbaik yang terasuk dalam deskriptor 3D H7 (p) dalam kombinasi dengan indeks tipe balaban dari matriks jarak berat massa (Jm) dipilih dengan regresi subset terbaik:

IC50 = 320.3 (247.9) + 7.46 (1.92)Jm + 19.63 (2.59)H7 (p)(4)n = 8; R2 = 0.95; S = 7.87; F = 47.66KesimpulanModel QSAR yang sederhana dan signifikan telah diperoleh dengan regresi polinomial untuk memprdiksi aktivitas antioksidan polifenol wine. zero-order conectivity index (0X) dan Molar Refractivity (MR) ditemukan sebagai parameter yang berguna untuk pemodelan aktivitas penangkalan radikal bebas polifenol dari gugus yang berbeda.Hasil pemodelan efek penghambatan peroksidasi lemak dari flavonoid mengindikasikan bahwa lipofisitas dan volume van der waals merupakan deskriptor molekuler yang signifikan untuk memprediksi aktivitas antioksidan flavonoid dalam fase lipofil.Aktivitas antioksidan polifenol sebagai pendonor hidrogen bebas untuk menangkal radikal bebas sangat erat hubunganna dengan struktur kimia, khususnya dengan jumlah dan susunan gugus hidroksi bebas pada kerangka flavonoid atau pada cincin fenol asam fenolik.Yang mempengaruhi aktivitas antioksidan antaralain: ukuran, massa molekul, sifat-sifat sterik.Walaupum deskriptor 3D dapat membedakan stereoisomer tetapi beberapa model deskriptor topologi 2D memiliki kualtas lebih baik.

TERIMA KASIH