APLIKASI MOLECULAR DOCKING MENGGUNAKAN SOFTWARE “AUTODOCK” TUTORIAL MOLECULAR DOCKING DENGAN APLIKASI AUTODOCK VINA
Tujuan
Menentukan interaksi yang terjadi antara kompleks ligand-protein hasil dockings
Dasar Teori
Penambatan molekul (molecular docking) adalah metode komputasi yang yang bertujuan meniru peristiwa interaksi suatu molekul ligan dengan protein yang menjadi targetnya pada uji in-vitro (Motiejunas ( Motiejunas & Wade, !!")# $i dalam penambatan molekul, molekul molekul ligan ditambatkan pada situs akti% atau situs tambat dari suatu protein yang sedang diam (statik), dengan menyertakan molekul ko-%aktor dan atau ' di dalamnya atau tidak# $ari sini, diperoleh data mengenai posisi dan orientasi ligan-ligan itu di dalam situs akti% atau situs tambat tersebut# $ari data ini, dapat disimpulkan gugus-gugus %ungsional ligan yang penting untuk interaksinya, sehingga tidak boleh dihilangkan, dan gugus-gugus %ungsionalnya yang dapat ditingkatkan kekuatan interaksinya# n%ormasi ini menjadi petunjuk untuk modi%ikasi ligan tersebut# $engan adanya petunjuk tersebut, modi%ikasi ligan dan uji in-vitro turunan-turunannya dapat dapat berlangsung secara e%isien(Putra, !*) $alam bidang pemodelan molekul, docking ad+alah metode untuk memprediksi orientasi yang lebih diutamakan dari suatu molekul ketika terikat satu sama lain untuk membentuk kompleks yang stabil# n%ormasi tentang orientasi ini dapat digunakan untuk memprediksi kekuatan hubungan atau a%initas ikatan antara dua molekul yang digunakan misalnya %ungsi penilaian# ubungan antara molekul biologis yang relevan seperti protein, asam nukleat, karbohidrat, dan lipid memainkan peran peran sentral dalam transduksi sinyal# elanjutnya, orientasi relative dari dua pasangan yang berinteraksi dapat mempengaruhi jenis sinyal yang dihasilkan# 'leh karena itu docking berguna untuk memprediksi baik kekuatan dan jenis sinyal yang dihasilkan# $ocking sering digunakan untuk memprediksi orientasi ikatan kandidat obat bermolekul kecil terhadap target proteinnya untuk memprediksi a%initas dan aktivitas molekul kecil# Maka docking memainkan peran penting dalam desain obat secara rasional(Mukesh & akesh, !) !) nteraksi ligan dengan protein di atas terjadi hanya apabila terdapat kecocokan (%it) bentuk dan volume di antara molekul ligan dan situs akti% atau situs tambat protein tersebut (Motiejunas & Wade, !!")# elain itu, gugus-gugus %ungsional pada molekul ligan itu harus berada pada posisi yang memadai dari asam-asam amino yang menjadi pasangannya pada situs akti% atau situs tambat tersebut (chneider & .aringhaus, !!/) 0adi, kecocokan di antara molekul ligan dan situs akti% atau situs tambat proteinnya adalah demikian spesi%ik, spesi%ik, bagaikan kecocokan lubang lubang kunci dengan anak kuncinya (lock-and-key) (Motiejunas & Wade, Wade, !!")# 1ntuk menuju
kecocokan ini, situs akti% atau situs tambat mendesak (menginduksi) pengubahan kon%ormasi ligan (2oloppe & 3hen, !!45 Motiejunas & Wade, !!")# .ersama dengan pengubahan kon%ormasi tersebut, dibebaskanlah sejumlah energi yang dinamakan energi 6ibbs penambatan (76bind) (chneider & .aringhaus, !!/)# Pada penambatan molekul, energi terendah yang dibebaskan oleh ligan dianggap sebagai 76bind tersebut# Pada saat kecocokan di atas tercapai, maka kon%ormasi yang dianut oleh molekul ligan dinamakan kon%ormasi bioakti% (chneider & .aringhaus, !!/)# edangkan, rangkaian posisi gugus %ungsional yang penting dari ligan pada kon%ormasi bioakti% itu dinamakan %armako%or (8lvare9 & hoichet, !!:)# ;elebihan metode pemodelan molekul (molecular docking) adalah dapat digunakan untuk memprediksi aktivitas suatu senyawa sebelum dilakukan sintesis sehingga mengurangi penggunaan pelarut dan bahan bahan kimia yang dapat mencemari lingkungan# 8da beberapa program komputer yang dapat digunakan untuk molecular docking# 8da yang berbasis linu< seperti 8utodock =ina, dan ada yang berbasis windows seperti 8utodock# 8uto $ock vina adalah piranti lunak yang dikembangkan untuk penambatan dan penapisan virtual# =ina dikembangkan oleh molecular graphics lab# Menggunakan 8uto $ock vina, kecepatan proses penambatan dapat mencapai dua kali lipat dibandingkan 8utodock # vina secara otomatis mengkalkulasi pemetaan grid# edangkan 8utodock adalah peralatan penambatan terautomatisasi # 8utodock di desain untuk memprediksi molekul kecil berikatan dengan reseptor #
Aa! "a#an
# ;omputer > laptop # o%tware vina Cara Kerja $% Pen&un'u#an Rese(!or Tar&e! eseptor uji yang dibutuhkan untuk melakukan Molecular Docking dapat diunduh secara gratis pada website khusus yang menampung basis data protein-protein www#rcsb#org# .erikut tahapan cara mengunduh reseptor uji?
0alankan aplikasi browser (seperti Google Chrome, Mozila Firefox, UC Browser, dan sebagainya )
;unjungi link www#rcsb#org # ;etik kode reseptor atau nama reseptor yang diinginkan pada tombol earch# ebagai contoh ketik kode $)SG , akan didapatkan sebuah reseptor berupa bentuk kristal dari virus = dilengkapi ligand asli (nati!e ligand ) berupa senyawa obat In'ina*ir
;lik tombol download files untuk mengunduh reseptor tersebut dan pilih PD" For+a! untuk mendapatkan reseptor uji dengan %ormat P$.
,% Pre(arasi Rese(!or Tar&e! 'an Li&an' Uji etelah mendapatkan eseptor target dengan %ormat P$., dapat dilakukan preparasi protein dengan menggunakan aplikasi D "isualizer .uka aplikasi D "isualizer , klik Fie - O(en
Pilih reseptor $)SG klik O(en % @ekan tombol CTRL.)/ hapus semua ligand yang ada pada reseptor tersebut, pastikan juga bebas dari molekul air, hemoglobin dan sebagainya#
impan reseptor yang sudah dipreparasi dengan cara klik Fie - Sa*e As% impan dengan %ormat P$., dan tekan tombol Sa*e
1ntuk preparasi ligand asli sebagai ligand uji, O(en lagi file 6 dengan menggunakan aplikasi D "isualizer# lalu @ekan CTRL.), dan kemudian hapus residu protein# isakan bagian ligand , kemudian impan dan beri nama i&an'%('0
1%
Kon*ersi Fie Rese(!or 'an Li&an' 'aa+ "en!u2 PD"3T
1ntuk menjalankan %ungsi aplikasi $utodock "ina, %ile reseptor target dan ligand uji harus dikonversi terlebih dahulu dengan menggunakan aplikasi MG%&ools atau nama lainnya yaitu $utodock &ools? 0alankan aplikasi $utodock &ools '#(#) yang sudah tersedia di desktop# ;lik tombol O(en/ kemudian pilih %ile reseptor yang sudah dipreparasi# ;emudian klik O(en% etelah itu tambahkan atom ydrogen pada reseptor uji, klik )4'ro&ens - A'' - Poar On4 OK
;emudian simpan reseptor uji dalam bentuk P$.A@, klik Gri' - Ma5ro+oe5ue - C#oose Ki2 na+a rese(!orn4a 6$)SG7 - See5! Moe5ue - "eri na+a 8ie “$#s&%('09!” - Sa*e
;emudian atur grid (bagian residu yang mana saja yang ingin dijadikan sasaran ligand untuk berinteraksi), klik Gri' - Gri' "o:%% - A!ur u2uran 0o: se(er!i (a'a &a+0ar - Ki2 Fie Cose Sa*in& Curren!
etelah itu konversi %ile ligand ke dalam bentuk P$.A@, klik Li&an' - In(u! - O(en - Pii# 8ie i&an' 4an& su'a# 'i(re(arasi - Ki2 O(en ;emudian klik Li&an' - Torsion Tree - Se! Nu+0er o8 Torsion - (as!i2an niain4a +a2si+u+ - Dis+iss%
Ki2 Li&an' - Ou!(u! - Sa*e As PD"3T - "eri na+a “i&an'%('09!” - Sa*e
;%
Moe5uar Do52in& 'en&an Au!o'o52 Vina
ebelum menjalankan %ungsi docking, pastikan %ile rese(!or%('09! dan i&an'%('09! berada pada %older yang sama, yaitu pada Dri*e C< - Vina% ;emudian buat %ile !e:! baru (;lik kanan pada windows e
.uka Co++an' Pro+(! Win'o=s dengan cara klik S!ar! - Ke!i2 RUN atau bisa juga dengan menekan tombol "en'era Win'o=s . R/ kemudian klik CMD - En!er
etelah itu pada Co++an' Pro+(! ketik kode yang sudah tersedia# @unggu sampai prosesnya selesai# etelah selesai, untuk memudahkan visualisasi, pecah %ile ou!(u!%('09! menjadi %ile terpisah pada masing-masing kon%ormasinya# 3aranya ketik kode pada gambar di Co++an' Pro+(! - En!er % Pada %older *ina akan muncul beberapa %ile kon%ormasi hasil docking, sehingga lebih mudah untuk dianalisis dan divisualisasi
>% Visuaisasi )asi Do52in&
asil dari molecular docking dapat divisualisasikan untuk analisis lebih lanjut dengan menggunakan aplikasi D "isualizer # ebelum visualisasi %ile hasil docking dengan %ormat P$.A@ dikonversikan menjadi %ile P$. dengan menggunakan aplikasi *+en Babel , tujuannya agar %ile hasil docking dapat terbaca oleh aplikasi D "isualizer # .uka aplikasi *+en Babel
Pilih kon%ormasi yang akan divisualisasi
Pada bagian input, pilih %ormat %ile yang akan dikonversi (P$.A@), kemudian masukkan %ile yang akan dikonversi (misalkan outDligandD*#pdb+t)# Pada bagian 'utput, atur %ormat menjadi P$. # lalu ;lik @ombol Con*er! %
etelahdidapatkan %ile P$., buka %ile $#s&%('0 dengan aplikasi D "isualizer# kemudian ;lik Fie - Inser! Fro+ - Fie? - #asi 'o52in& 6+isa ou!@i&an'@;%('07 - O(en% Lau ;lik menu Re5e(!orLi&an' In!era5!ion%
@ekan tombol C!r.) - Ki2 i&an' #asi 'o52in& - ;lik De8ine Li&an' - etelah itu klik Li&an' In!era5!ion
1ntuk dapat diidenti%ikasi lebih mudah, ganti background menjadi putih dengan cara 2i2 2anan (a'a 0a&ian 0a52&roun' B Coor B "a52&roun' - A!ur =arna +enja'i (u!i#
1ntuk mencantumkan nama residu tempat ligand hasil docking berikatan, 2i2 2anan (a'a 0a52&roun' B 2i2 La0es B A''%% - (a'a O0je5! (ii# A+ino A5i' - U2uran Fon! $, Warna )i!a+ - OK Da!a Pen&a+a!an
Pe+0a#asan
pada praktikum ini kami mulai menginstal aplikasi 8uto$ock =ina# 8plikasi ini berbeda dengan aplikasi 8utodock# 8uto $ock vina adalah piranti lunak yang dikembangkan untuk penambatan dan penapisan virtual# =ina dikembangkan oleh molecular graphics lab# Menggunakan 8uto $ock vina, kecepatan proses penambatan dapat mencapai dua kali lipat dibandingkan8utodock# sedangkan 8uto$ock adalah peralatan penambatan terautomatisasi # 8utodock di desain untuk memprediksi molekul kecil berikatan dengan reseptor 1ntuk melakukan kegiatan Molecular $ocking dengan 8utodock =ina, diperlukan beberapa aplikasi seperti berikut? # Au!o'o52 Vina $igunakan untuk melakukan proses Molecular $ocking
# DS VisuaiBer 1ntuk preparasi reseptor target dan ligand yang akan diuji, dapat juga digunakan untuk visualisasi hasil Molecular $ocking
E# Au!o'o52Toos $igunakan untuk mengolah reseptor target dan ligand uji agar dapat dieksekusi oleh aplikasi 8utodock =ina, aplikasi ini juga dapat digunakan untuk menyiapkan parameter-parameter docking
*#
8plikasi yang digunakan untuk menjalankan aplikasi-aplikasi yang pada P4!#on umumnya dibuat dengan menggunakan bahasa pemrograman Python, salah sa tunya adalah M6F@ools
:# O(en "a0e 8plikasikan yang digunakan untuk mengkonversi hasil docking dari %ormat P$.A@ menjadi P$. sehingga dapat divisualisas i dengan menggunakan aplikasi $ =isuali9er
Pada praktikum kali ini kita menggunakan kode reseptor 6 # langkah pertama kita melakukan preparasi yaitu dengan mengunduh kode reseptor 6 pada alamat web www#rcsb#org # 6 adalah suatu kode reseptor berupa bentuk kristal dari virus = dilengkapi ligand asli (native ligand) berupa senyawa obat indinavir# 6 di download dengan %ormat P$., agar dapat dibaca ketika di preparasi menggunakan $ visuali9er# setelah itu kita buka aplikasi $ visuali9er yang sudah di instal kemudian klik %ile lalu klik open, disini kita memasukkan hasil kode 6
;emudian kita hilangkan air dan liganya untuk mendapatkan proteinnya# $engan cara tekan 3@F G namun agar tidak kliru menghilangkan molekulnya dapat menggunakan scripts B selection B select water molecular B tekan delete# $an untuk menghilangkan liganya dapat diklik scripts B selectionB select ligand molecularB delete# etelah kita dapatkan protein lalu hasilnya di save ke %older yang sama dalam bentuk pdb# ;emudian open lagi reseptor yang kita 6 dengan cara yang sama seperti yang sudah disampaikan namun yang dihilangkan pada tahap ini adalah water dan proteinya#
etelah di peroleh ligandnya kemudian disimpan pada %older yang sama dengan protein dengan %ormat pdb# ;emudian kita membuka aplikasi autodock tool untuk merubah protein dan ligan ke dalam bentuk P$.A@ hal ini bertujuan agar protein-lgan dapat dibaca oleh 8otodoct =ina#
Untuk merubah bentuk polar maka harus ditambah dengan hidrogen. Penambahan hidrogen sangat mempengaruhi ikatanya dengan ligan. Agar dapat berikatan dengan ligan maka harus dijadikan dalam bentuk polar. Setelah itu pilih grid yang bawah kemudian di pilih maromolecule kemudian klik choose lalu akan mucul tampilan seperti dibawah ini
Klik protein kemudian pilih select molecule kemudian di save dengan format pdbqt. angkah selajutnya yaitu klik ligand kemudian pilih input lalu klik open !
buka ligand.pdb yang telah disimpan. Kemudian klik torsion tree kemudian pilih set number of tonsions . Kemudian pilih number of active tonsions nya maksimal. Setelah itu klik ligand > output> save as PDBQT. Setelas slesai disimpan kita kembali ke autodock tools
kemudian klik set map types kemudian pilih choose ligand > ligand> select ligand .
Kemudian di grid > pilih grid box usahakan pada spacing angstrom! " # dan di dapatkan nilai x$y$% seperti gambar diatas. Kemudian masukkan pada conf¬epad
pilih "le kemudian save. Kemudian klik star # $un # cmd # oke . setelah itu Ketik kode yang sudah tesedia seperti gambar di bawah
Setelah itu ditunggu sampai %&& ' dan akan muncul angka seperti dibawah ini. A"nitas merupakan kemampuan suatu senyawa atau obat untuk berinteraksi dengan satu tipe tertentu dari reseptor.
(ari sini kita pilih angka yang kurang dari ) amstrongkarena merupakan nilai yang digunakan untuk menentukan apakah prediksi mous ikatan tersebut berhasil dan penting untuk validasi program docking. *ang dipilih yaitu nomer + untuk di convert dalam bentuk P(, lalu disimpan dengan nama hasil docking . Proses nya dapat dilihat di bawah ini -
Kemudian buka kembali (S isuali/er masukan protein dan ligand hasil docking setelah selesai klik hasil docking kemudian klik ligand interaktions maka akan muncul senyawa seperti dibawah ini
(ari sini pilih show types untuk mengetahui terjadinya ikatan apa saja ! untuk lebih memperjelas tulisanya kita dapat mengganti latar nya dengan warna putih. Kemudian di beri label! dengan font arial ,lack ! font si/e - %)
Setelah itu klik 01 ,ond dan senyawa mulai berinteraksi
Kesimpulan
8uto $ock vina adalah piranti lunak yang dikembangkan untuk penambatan dan penapisan virtual# kecepatan proses penambatan dapat mencapai dua kali lipat dibandingkan8utodock# 1ntuk melakukan kegiatan Molecular $ocking dengan 8utodock =ina, diperlukan beberapa aplikasi seperti berikut? # Au!o'o52 Vina # DS VisuaiBer E# Au!o'o52Toos P4!#on *# O(en "a0e 6 adalah suatu kode reseptor berupa bentuk kristal dari virus = dilengkapi ligand asli (native ligand) berupa senyawa obat indinavir# asil yang didapat dari hasil docking yaitu HI ",!J KI "#:! LI E,JJ: # dan ligand hasil docking yang dipilih yaitu ,:*J
$a%tar Pustaka http?>>krissandy-gate9#blogspot#co#id>!>!">interaksi-obat-dengan-reseptor#html http?>>lubisardian#web#unej#ac#id>!:>!:>!>aplikasi-autodock>
Kami juga melakukan percobaan (ocking terhadap 2urcumin dan 234% berikut data yang di dapat%. 5embuat struktur curcumin didalam cem draw dengan formad cd6 ). 5erubah curcumin dalam bentuk cd6 menjadi sdf menggunakan open buble ! setelah dimasukkan klik convert 7. Setetelah di convert kemudian membuka aplikasi (S visuali/er dan open ligand #save as#ligand.pdb
,uka protein lalu hilangkan ligan dan airnya! setelah itu save denfan format pdb dalam folder yang sama dengan ligand
