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 bertujuan meniru peristiwa interaksi suatu molekul ligan dengan protein yang menjadi targetnya pada uji in-vitro (Motiejunas & Wade, 2006).
Di dalam penambatan molekul, molekul ligan ditambatkan pada situs aktif atau situs tambat dari suatu protein yang sedang diam (statik), dengan menyertakan molekul ko-faktor dan atau H2O di dalamnya atau tidak. Dari sini, diperoleh data mengenai posisi dan orientasi ligan-ligan itu di dalam situs aktif atau situs tambat tersebut. Dari data ini, dapat disimpulkan gugus-gugus fungsional ligan yang penting untuk interaksinya, sehingga tidak boleh
dihilangkan, dan gugus-gugus fungsionalnya yang dapat ditingkatkan kekuatan interaksinya. Informasi ini menjadi petunjuk untuk modifikasi ligan tersebut. Dengan adanya petunjuk tersebut, modifikasi ligan dan uji in-vitro turunan-turunannya dapat berlangsung secara efisien(Putra, 2014) Dalam bidang pemodelan molekul, docking adqalah metode untuk memprediksi orientasi yang lebih diutamakan dari suatu molekul ketika terikat satu sama lain untuk membentuk kompleks yang stabil. Informasi tentang orientasi ini dapat digunakan untuk memprediksi kekuatan hubungan atau afinitas ikatan antara dua molekul yang
digunakan misalnya fungsi penilaian. Hubungan antara molekul biologis yang relevan seperti protein, asam nukleat, karbohidrat, dan lipid memainkan peran sentral dalam transduksi sinyal. Selanjutnya, orientasi relative dari dua pasangan yang berinteraksi dapat
mempengaruhi jenis sinyal yang dihasilkan. Oleh karena itu docking berguna untuk memprediksi baik kekuatan dan jenis sinyal yang dihasilkan. Docking sering digunakan untuk memprediksi orientasi ikatan kandidat obat bermolekul kecil terhadap target proteinnya untuk memprediksi afinitas dan aktivitas molekul kecil. Maka docking memainkan peran penting dalam desain obat secara rasional(Mukesh & Rakesh, 2011) Interaksi ligan dengan protein di atas terjadi hanya apabila terdapat kecocokan (fit) bentuk dan volume di antara molekul ligan dan situs aktif atau situs tambat protein tersebut (Motiejunas & Wade, 2006).
Selain itu, gugus-gugus fungsional pada molekul ligan itu harus berada pada posisi yang memadai dari asam-asam amino yang menjadi pasangannya pada situs aktif atau situs tambat tersebut (Schneider & Baringhaus, 2008) Jadi, kecocokan di antara molekul ligan dan situs aktif atau situs tambat proteinnya adalah demikian spesifik, bagaikan kecocokan lubang kunci dengan anak kuncinya (lock-and-key) (Motiejunas & Wade, 2006). Untuk menuju
kecocokan ini, situs aktif atau situs tambat mendesak (menginduksi) pengubahan konformasi ligan (Foloppe & Chen, 2009; Motiejunas & Wade, 2006). Bersama dengan pengubahan konformasi tersebut, dibebaskanlah sejumlah energi yang dinamakan energi Gibbs
penambatan (∆Gbind) (Schneider & Baringhaus, 2008). Pada penambatan molekul, energi terendah yang dibebaskan oleh ligan dianggap sebagai ∆Gbind tersebut. Pada saat kecocokan di atas tercapai, maka konformasi yang dianut oleh molekul ligan dinamakan konformasi bioaktif (Schneider & Baringhaus, 2008).
Sedangkan, rangkaian posisi gugus fungsional yang penting dari ligan pada konformasi bioaktif itu dinamakan farmakofor (Alvarez & Shoichet, 2005). Kelebihan 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. Ada beberapa program komputer yang dapat digunakan untuk molecular docking. Ada yang berbasis linux seperti Autodock Vina, dan ada yang berbasis windows seperti Autodock.
Auto Dock vina adalah piranti lunak yang dikembangkan untuk penambatan dan penapisan virtual. Vina dikembangkan oleh molecular graphics lab. Menggunakan Auto Dock vina, kecepatan proses penambatan dapat mencapai dua kali lipat dibandingkan Autodock . vina secara otomatis mengkalkulasi pemetaan grid. Sedangkan
Autodock adalah peralatan penambatan terautomatisasi . Autodock di desain untuk memprediksi molekul kecil berikatan dengan reseptor .
Alat Bahan
1. Komputer / laptop 2. Software vina Cara Kerja
1. Pengunduhan Reseptor Target
Reseptor uji yang dibutuhkan untuk melakukan Molecular Docking dapat diunduh secara gratis pada website khusus yang menampung basis data protein-protein www.rcsb.org. Berikut tahapan cara mengunduh reseptor uji:
Jalankan aplikasi browser (seperti Google Chrome, Mozila Firefox, UC Browser, dan sebagainya)
Kunjungi link www.rcsb.org . Ketik kode reseptor atau nama reseptor yang diinginkan pada tombol Search. Sebagai contoh ketik kode 1HSG, akan didapatkan sebuah reseptor berupa bentuk
kristal dari virus HIV dilengkapi ligand asli (native ligand) berupa senyawa obat Indinavir
Klik tombol download files untuk mengunduh reseptor tersebut dan pilih PDB Format untuk mendapatkan reseptor uji dengan format PDB
2. Preparasi Reseptor Target dan Ligand Uji
Setelah mendapatkan Reseptor target dengan format PDB, dapat dilakukan preparasi protein dengan menggunakan aplikasi DS Visualizer
Buka aplikasi DS Visualizer, klik File > Open
Pilih reseptor 1HSG klik Open . Tekan tombol CTRL+H, hapus semua ligand yang ada pada reseptor tersebut, pastikan juga bebas dari molekul air, hemoglobin dan sebagainya.
Simpan reseptor yang sudah dipreparasi dengan cara klik File > Save As. Simpan dengan format PDB, dan tekan tombol Save
Untuk preparasi ligand asli sebagai ligand uji, Open lagi file 1HSG dengan menggunakan aplikasi DS Visualizer. lalu Tekan CTRL+H, dan kemudian hapus residu protein. Sisakan bagian
ligand , kemudian Simpan dan beri nama ligand.pdb
3. Konversi File Reseptor dan Ligand dalam Bentuk PDBQT
Untuk menjalankan fungsi aplikasi Autodock Vina, file reseptor target dan ligand uji harus dikonversi terlebih dahulu dengan menggunakan aplikasi MGLTools atau nama lainnya yaitu Autodock Tools:
Jalankan aplikasi Autodock Tools 1.5.6 yang sudah tersedia di desktop.
Klik tombol Open, kemudian pilih file reseptor yang sudah dipreparasi. Kemudian klik Open. Setelah itu tambahkan atom Hydrogen pada reseptor uji, klik Hydrogens > Add > Polar Only >
OK
Kemudian simpan reseptor uji dalam bentuk PDBQT, klik Grid > Macromolecule > Choose > Klik nama reseptornya (1HSG) > Select Molecule > Beri nama file “1hsg.pdbqt” > Save
Kemudian atur grid (bagian residu yang mana saja yang ingin dijadikan sasaran ligand untuk berinteraksi), klik Grid > Grid Box.. > Atur ukuran box seperti pada gambar > Klik File >
Close Saving Current
Setelah itu konversi file ligand ke dalam bentuk PDBQT, klik Ligand > Input > Open > Pilih file ligand yang sudah dipreparasi > Klik Open
Kemudian klik Ligand > Torsion Tree > Set Number of Torsion > pastikan nilainya maksimum > Dismiss.
Klik Ligand > Output > Save As PDBQT > Beri nama “ligand.pdbqt” > Save
4. Molecular Docking dengan Autodock Vina
Sebelum menjalankan fungsi docking, pastikan file reseptor.pdbqt dan ligand.pdbqt berada pada folder yang sama, yaitu pada Drive C: > Vina. Kemudian buat file text baru (Klik kanan pada windows explorer > New >Text Document), beri nama conf.txt. Pada file conf.txt tersebut,
isikan form seperti pada gambar berikut kemudian jangan lupa untuk disimpan pada folder yang sama
Buka Command Prompt Windows dengan cara klik Start > Ketik RUN atau bisa juga dengan menekan tombol Bendera Windows + R, kemudian klik CMD > Enter
Setelah itu pada Command Prompt ketik kode yang sudah tersedia. Tunggu sampai prosesnya selesai. Setelah selesai, untuk memudahkan visualisasi, pecah file output.pdbqt menjadi file terpisah pada masing-masing konformasinya. Caranya ketik kode pada gambar di Command
Prompt > Enter . Pada folder vina akan muncul beberapa file konformasi hasil docking, sehingga lebih mudah untuk dianalisis dan divisualisasi
5. Visualisasi Hasil Docking
Hasil dari molecular docking dapat divisualisasikan untuk analisis lebih lanjut dengan menggunakan aplikasi DS Visualizer. Sebelum visualisasi file hasil docking dengan format PDBQT dikonversikan menjadi file PDB dengan menggunakan aplikasi Open Babel, tujuannya agar file hasil docking dapat terbaca oleh aplikasi DS Visualizer.
Buka aplikasi Open Babel
Pilih konformasi yang akan divisualisasi
Pada bagian input, pilih format file yang akan dikonversi (PDBQT), kemudian masukkan file yang akan dikonversi (misalkan out_ligand_4.pdbqt). Pada bagian Output, atur format menjadi
PDB . lalu Klik Tombol Convert .
Setelahdidapatkan file PDB, buka file 1hsg.pdb dengan aplikasi DS Visualizer. kemudian Klik File > Insert From > File… > hasil docking (misal out_ligand_4.pdb) > Open. Lalu
Tekan tombol Ctrl+H > Klik ligand hasil docking > Klik Define Ligand > Setelah itu klik Ligand Interaction
Untuk dapat diidentifikasi lebih mudah, ganti background menjadi putih dengan cara klik kanan pada bagian background > Color > Background > Atur warna menjadi putih
Untuk mencantumkan nama residu tempat ligand hasil docking berikatan, klik kanan pada background > klik Labels > Add.. > pada Object pilih Amino Acid > Ukuran Font 12 >
Warna Hitam > OK Data Pengamatan
Pembahasan
pada praktikum ini kami mulai menginstal aplikasi AutoDock Vina. Aplikasi ini berbeda dengan aplikasi Autodock. Auto Dock vina adalah piranti lunak yang dikembangkan untuk penambatan dan penapisan virtual. Vina dikembangkan oleh molecular graphics lab. Menggunakan Auto Dock vina, kecepatan proses penambatan dapat mencapai dua kali lipat dibandingkanAutodock. sedangkan AutoDock adalah peralatan penambatan
terautomatisasi . Autodock di desain untuk memprediksi molekul kecil berikatan dengan reseptor
Untuk melakukan kegiatan Molecular Docking dengan Autodock Vina, diperlukan beberapa aplikasi seperti berikut:
1. Autodock Vina Digunakan untuk melakukan proses Molecular Docking
2. DS Visualizer Untuk preparasi reseptor target dan ligand yang akan diuji, dapat juga digunakan untuk visualisasi hasil Molecular Docking
3. AutodockTools Digunakan untuk mengolah reseptor target dan ligand uji agar dapat dieksekusi oleh aplikasi Autodock Vina, aplikasi ini juga dapat digunakan untuk menyiapkan parameter-parameter docking
4. Python Aplikasi yang digunakan untuk menjalankan aplikasi-aplikasi yang pada umumnya dibuat dengan menggunakan bahasa pemrograman Python, salah satunya adalah MGLTools
5. Open Babel Aplikasikan yang digunakan untuk mengkonversi hasil docking dari format PDBQT menjadi PDB sehingga dapat divisualisasi dengan menggunakan aplikasi DS Visualizer
Pada praktikum kali ini kita menggunakan kode reseptor 1HSG . langkah pertama kita melakukan preparasi yaitu dengan mengunduh kode reseptor 1HSG pada alamat web www.rcsb.org . 1HSG adalah suatu kode reseptor berupa bentuk kristal dari virus HIV dilengkapi ligand asli (native ligand) berupa senyawa obat indinavir. 1HSG di download dengan format PDB, agar dapat dibaca ketika di preparasi menggunakan DS visualizer. setelah itu kita buka aplikasi DS visualizer yang sudah di instal kemudian klik file lalu klik open, disini kita memasukkan hasil kode 1HSG
Kemudian kita hilangkan air dan liganya untuk mendapatkan proteinnya. Dengan cara tekan CTRL + H namun agar tidak kliru menghilangkan molekulnya dapat menggunakan scripts > selection > select water molecular > tekan delete. Dan untuk menghilangkan liganya dapat diklik scripts > selection> select ligand molecular> delete. Setelah kita dapatkan protein lalu hasilnya di save ke folder yang sama dalam bentuk pdb. Kemudian open lagi reseptor yang kita 1 HSG dengan cara yang sama seperti yang sudah disampaikan namun yang dihilangkan pada tahap ini adalah water dan proteinya.
Setelah di peroleh ligandnya kemudian disimpan pada folder yang sama dengan protein dengan format pdb. Kemudian kita membuka aplikasi autodock tool untuk merubah protein dan ligan ke dalam bentuk PDBQT hal ini bertujuan agar protein-lgan dapat dibaca oleh Aotodoct Vina.
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. Langkah 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) = 1 dan di dapatkan nilai x,y,z seperti gambar diatas. Kemudian
masukkan pada conf-notepad
pilih file kemudian save. Kemudian klik star > Run > cmd > oke . setelah itu
Ketik kode yang sudah tesedia seperti gambar di bawah
Setelah itu ditunggu sampai 100 % dan akan muncul angka seperti dibawah ini. Afinitas merupakan kemampuan suatu senyawa atau obat untuk berinteraksi dengan satu tipe tertentu dari reseptor.
Dari sini kita pilih angka yang kurang dari 2 amstrongkarena merupakan nilai yang digunakan untuk menentukan apakah prediksi mous ikatan tersebut
berhasil dan penting untuk validasi program docking. Yang dipilih yaitu nomer 5 untuk di convert dalam bentuk PDB lalu disimpan dengan nama hasil docking . Proses nya dapat dilihat di bawah ini :
Kemudian buka kembali DS Visualizer masukan protein dan ligand hasil docking setelah selesai klik hasil docking kemudian klik ligand interaktions maka akan muncul senyawa seperti dibawah ini
Dari 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 Black , font size : 12
Kesimpulan
Auto Dock vina adalah piranti lunak yang dikembangkan untuk penambatan dan penapisan virtual. kecepatan proses penambatan dapat mencapai dua kali lipat dibandingkanAutodock. Untuk melakukan kegiatan Molecular Docking dengan Autodock Vina, diperlukan beberapa aplikasi seperti berikut:
1. Autodock Vina 2. DS Visualizer
3. AutodockTools Python 4. Open Babel
1HSG adalah suatu kode reseptor berupa bentuk kristal dari virus HIV dilengkapi ligand asli (native ligand) berupa senyawa obat indinavir. Hasil yang didapat dari hasil docking yaitu X= 16,072 Y= 26.501 Z= 3,775 . dan ligand hasil docking yang dipilih yaitu 1,547
Daftar Pustaka
http://krissandy-gatez.blogspot.co.id/2012/06/interaksi-obat-dengan-reseptor.html http://lubisardian.web.unej.ac.id/2015/05/20/aplikasi-autodock/
Kami juga melakukan percobaan Docking terhadap Curcumin dan COX1 berikut data yang di dapat:
1. Membuat struktur curcumin didalam cem draw dengan formad cdx 2. Merubah curcumin dalam bentuk cdx menjadi sdf menggunakan open
buble , setelah dimasukkan klik convert
3. Setetelah di convert kemudian membuka aplikasi DS visualizer dan open ligand >save as>ligand.pdb
Buka protein lalu hilangkan ligan dan airnya, setelah itu save denfan format pdb dalam folder yang sama dengan ligand
