PRAKTIKUM KE-7 PENAMBATAN MOLEKUL (MOLECULAR DOCKING)
Pendahuluan Penambatan molekul (molecular docking) merupakan suatu metode komputasi yang digunakan untuk menggambarkan interaksi antara suatu molekul sebagai ligan dengan suatu reseptor atau protein. Molecular docking sebagai salah satu metodologi dalam structure-based virtual screening dimulai pada awal tahun 1980-an. Molecular docking digunakan untuk mengetahui bagaimana ligan berinteraksi dengan reseptornya sehingga dapat diprediksi aktifitasnya. Reseptor atau target dapat berupa rangkaian susunan asam amino protein seperti DNA, RNA atau enzim tertentu yang diperoleh dari hasil eksperimen seperti NMR, Kristalografi Sinar X atau hasil homologi modeling. Ligan biasanya berupa molekul kecil seperti senyawa hasil sintesis atau senyawa aktif bahan alam dan dapat pula berupa protein.
Pada proses docking, molekul-molekul yang terlibat dapat dianggap sebagai atom-atom, permukaan, atau grid yang mewakili molekul tersebut. Proses docking terdiri atas beberapa tahap yang kompleks. Proses ini diawali dengan penerapan docking algorithm yang memposisikan ligan pada sisi aktif dengan konformasi tertentu dan urutan pencarian konformasi tertentu, kemudian scoring function yang melengkapi docking algorithm akan mengevaluasi konformasi dengan melakukan perhitungan berdasarkan sifat fisikokima untuk memperoleh struktur molekul yang optimal. Gugus – gugus fungsional ligan akan berinteraksi dengan residu – residu asam amino protein reseptor sehingga membentuk ikatan intermolekular. Kekuatan ikatan inilah yang dihitung dan diperingkatkan (ranking) dengan scoring function. Scoring function berfungsi untuk menghitung afinitas kompleks ligan-protein reseptor yang terbentuk. Identifikasi ini didasarkan pada beberapa teori seperti teori energi bebas Gibbs (ΔGbind). Nilai energi bebas Gibbs yang kecil menunjukkan bahwa konformasi yang terbentuk adalah stabil, sedangkan nilai energi bebas Gibbs yang besar menunjukkan kurang stabilnya kompleks yang terbentuk. Semakin negatif nilai yang dihasilkan, maka semakin baik afinitas kompleks ligan-protein, sehingga diharapkan aktivitasnya pun semakin baik. Tujuan dari praktikum ini adalah untuk menentukan besarnya energi bebas (ΔG) dan interaksi yang terjadi antara kompleks ligand-protein hasil docking.
Prosedur A. Persiapan resptor 1. Unduh protein COX-2 dengan kode 3PGH di Protein Data Bank http://www.rcsb.org/ 2. Pisahkan protein dengan ligand standar (Flurbiprofen) yang ada di dalamnya menggunakan program SPDB Viewer. 3. Perbaiki struktur molekul protein dengan menambahkan atom hidrogen polar dan Kollman charges menggunakan program AutoDockTools. 4. Simpan molekul protein dengan format .pdbqt B. Persiapan ligand 1. Gambar molekul andrografolid menggunakan program ChemDraw. 2. Optimasi molekul andrografolid menggunakan program Chem3D. 3. Tambahkan parameter torsi dan Gasteiger charges menggunakan program AutoDockTools. 4. Simpan molekul ligand dengan format .pdbqt C. Proses docking 1. Tentukan koordinat dan luas area kantung aktif dari protein COX-2 (3PGH) menggunakan Grid Box pada program AutoDockTools. 2. Simpan parameter koordinat dan luas area kantung aktif dengan format .txt 3. Lakukan proses docking menggunakan program AutoDock Vina dengan menjalankannya pada command prompt (cmd). D. Analisis hasil docking 1. Tentukan konformasi yang terbaik dengan melihat energi bebas Gibbs (ΔG) yang dihasilkan! 2. Tentukan interaksi apa saja yang terjadi antara molekul ligand dengan protein menggunakan program AutoDockTools!
Pustaka Patrick, G. (2001). Instant Notes in Medicinal Chemistry. Philip E Bourne and Jenny Gu (2009). Structural Bioinformatics, Second edition. J. Alvarez, and B. Shoichet (2005). Virtual Screening in Drug Discovery.
*) Catatan: Setiap kelompok dapat menggunakan contoh reseptor dan ligand yang berbedabeda sesuai instruksi dari instruktur praktikum.
