Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
Tutorial Singkat Molecular Docking
Ihsanul Arief Viny Alfiyah
1. Penyiapan Protein dan Ligan Standar
a. Download protein target dan ligan standarnya (dalam format PDB) di
web rscb.org (sebagai contoh, enzim protease HIV dan ligan standar
Darunavir, DRV)
b. Lihat di web tersebut (bagian agak bawah), ada spesi apa saja selain
protein. Dalam contoh, hanya ada ligan standar Darunavir dengan
kode 017. Di sana juga dijelaskan interaksi yang terjadi antara protein
dan ligan.
Klik ini
2
c. Setelah di-download, buka file PDB tersebut dengan Chimera.
d. Pertama, pisahkan dan simpan protein target saja.
Klik Select > Residue > all nonstandard. Maka selain protein akan
menjadi berwarna hijau.
Klik Actions > Atom/Bonds > delete. Akan muncul hanya struktur
protein.
Kemudian siapkan protein dengan klik Tools > Structure Editing > Dock
Prep.
Hilangkan tanda centang di bagian Write Mol2 file, lalu klik OK.
Tunggu hingga proses selesai.
Lalu simpan dengan klik File > Save PDB.
e. Kedua, memisahkan dan menyimpan struktur ligan standar (kasus ini,
dengan kode 017).
Buka kembali file PDB yang didownload dari web.
Klik Select > Residue > Pilih 017. Ligan standar akan berwarna hijau.
Lalu klik Select > Invert (selected models). Maka selain ligan standar
akan berwarna hijau.
Klik Actions > Atom/Bonds > delete. Akan muncul hanya struktur ligan
standar.
Kemudian siapkan ligan dengan klik Tools > Structure Editing > Dock
Prep. Lalu klik OK.
Tunggu hingga proses selesai.
Lalu simpan file mol2 yang dihasilkan.
3
2. Penyiapan Sistem Docking
a. Buka software AutoDock Tools.
Klik File > Read Molecules, lalu pilih file protein yang sudah dipisahkan
pada tahap 1.d di atas.
Di tampilan akan muncul struktur protein.
b. Masukkan ligan dengan klik Ligand > Input > Open, lalu ganti tipe file
ke (Mol2) dan pilih file ligan yang sudah dipisahkan pada tahap 1.e di
atas.
Klik Ligand > Output > Save as PDBQT.
Simpan nama file pdbqt dari ligan.
c. Klik Grid > Macromolecules > Choose, pilih nama protein yang kita
simpan > Select Molecule.
Kemudian klik Grid > Set Map Types > Choose ligand, pilih nama ligan
> Select Ligand.
Klik Grid > Grid Box > Center > Center on ligand. Sesuaikan ukuran
kotak dengan ukuran ligan, jangan sampai terlalu kecil atau terlalu
besar. Pengaturan dilakukan dengan menggeser number of point in
(x/y/z) direction.
Ligan
Protein
4
Jika kotak sudah diatur, klik File > Close saving current.
Klik Grid > Output > Save GPF. Simpan nama file pengaturan grid box
dengan menambahkan ekstensi .gpf di akhir nama file.
d. Klik Docking > Macromolecules > Set Rigid Filename, pilih file protein
yang sidah disimpan dengan ekstensi .pdbqt.
Klik Docking > Ligand > Choose, pilih nama ligand > Select Ligand.
Klik Docking > Search Parameter > Genetic Algorithm. Akan muncul
dialog box berikut. Di baris paling atas, ditunjukkan jumlah GA Runs
(default-nya 10) yang berarti akan dihasilkan 10 konformasi ligan hasil
dosking. Angka ini bisa diatur sesuai keperluan. Kemudian klik Accept.
5
Klik Docking > Docking Parameter > Accept.
Klik Docking > Other Options > AutoDock4.2 Parameters > Accept.
Klik Docking > Output > Save DPF.
Simpan file pengaturan kondisi docking dengan menambahkan
ekstensi .dpf di akhir nama file.
3. Menjalankan Proses Docking
a. Buka folder di directory: C\Program Files (x86)\The Scripps Research
Institute\Autodock\4.2.6 dan copy file-file berikut: autodock4.exe,
autogrid4.exe, AD4.1_bound, AD4_parameters, paste-kan di folder
tempat menyimpan file pdbqt (protein dan ligan) serta file .gpf dan .dpf.
b. Di folder tersebut, tekan Alt + D, lalu ketik cmd, kemudian Enter.
Akan muncul tampilan Comman Prompt.
c. Ketik Lalu Enter
d. Tunggu hingga selesai (bisa mengetik kembali)
e. Ketik Lalu Enter
f. Tunggu hingga selesai (bisa mengetik kembali)
4. Analisis Hasil Docking
a. Pada Autodock Tools, klik Analyze > Dockings > Open. Pilih file .dlg
hasil docking.
b. Klik Analyze > Macromolecule > Choose, pilih protein > Select
Macromolecule.
c. Klik Analyze > Conformation > Play.
6
d. Klik di tanda &, centang di Show Info dan Build H-bonds.
e. Tampilkan konformasi hasil docking dengan menekan ►.
f. Analisis nilai refRMS (RMSD), binding_energy, dan jumlah ikatan
hidrogen yang terbentuk pada setiap konformasi.
g. Pada konformasi yang dianggap terbaik berdasarkan parameter-
parameter di atas, klik Write Current untuk menyimpan konformasi
ligan terbaik saja, atau klik Write Complex untuk menyimpan
konformasi ligan terbaik beserta proteinnya. Jangan lupa
menambahkan ekstensi .pdbqt di akhir nama file.
h. Kompleks yang terbentuk, dapat diamati interaksinya dengan software
lain seperti LigPlus atau Discovery Studio Visualizer.
5. Mengatur Koordinat Ligan Baru
a. Gambar struktur ligan dan lakukan proses preparasi dengan Chimera.
Buka (Open) file ligan (bisa dalam bentuk pdb atau mol2), klik Tools >
Structure Editing > Dock Prep. Lalu klik OK.
Tunggu hingga proses selesai.
Lalu simpan file mol2 yang dihasilkan.
b. Buka AutoDock Tools, klik Ligand > Input > Open, pilih ligan standar.
c. Klik Ligand > Input > Open, pilih ligan baru yang akan diatur
koordinatnya.
Akan muncul dua ligan di tampilan.
7
d. Pilih fitur DejaVu GUI.
e. Klik tanda + di Root, pilih ligan baru yang akan diatur sehingga di-
highlite berwarna kuning (dalam contoh ligan D1-mutan).
f. Hilangkan tanda centang pada tulisan mouse transforms apply to “root”
object only.
8
g. Atur posisi dan orientasi ligan baru dengan menggeser (klik kanan
pada mouse) dan memutar (klik kiri pada mouse) sehingga semirip
mungkin dengan ligan standar.
h. Jika konformasi dianggap sudah mirip dengan ligan standar, hapus
ligan standar dengan klik kanan dan pilih Delete seperti pada
gambar.
i. Jika hanya tersisa ligan baru di tampilan, maka simpan dengan klik
File > Save > Write PDBQT, pilih lokasi tempat menyimpan dengan
meng-klik Browse. Centang pada tulisan Sort Nodes dan Save
Transformed Coords, lalu klik OK.
j. Ligan baru siap di-docking sebagaimana proses docking ligan
standar.
9
Catatan:
Perangkat lunak minimal yang diperlukan:
1. UCSF Chimera (memisahkan, merapikan/membersihkan struktur
protein/substrat target)
2. Autodock (untuk docking)
3. Discovery Studios Visualizer atau PyMol atau LigPlus (visualisasi hasil interaksi)
Perangkat lunak tambahan (tidak harus ada):
1. Notepad++ (agar dapat menampilkan ‘tailing’ seperti di OS berbaasis Linux dan
membaca data .dlg hasil docking)
2. OpenBabel (agar mudah menkonversi data koordinat suatu struktur dalam file
dari jenis ekstensi tertentu ke jenis ekstensi yang lain).
Catatan:
a. Penamaan Berkas yang Digunakan
Sangat disarankan ketika memberikan nama suatu berkas hanya memuat 1 sampai
2 kata saja serta menggunakan tanda dash (-) atau underscore (_) sebagai pengganti
spasi antar kata.
Untuk nama berkas ligan struktur 1 diikuti tanda titik dan jenis ekstensi berkas
Contoh: ligan1.pdb ; ligan2.mol2 ; protein1.pdb ; ligan1-protein.dpf ;
ligan2_protein.dlg
Penamaan berkas yang lebih pendek cenderung lebih mudah diingat dan dituliskan.
Pemberian spasi pada saat memberikan nama pada berkas dapat menyebabkan
input yang tidak sesuai. Misalnya, jika hal ini terjadi pada saat input untuk
menjalankan autogrid, maka akan terdapat berkas dengan ekstensi .fld tidak akan
diproduksi setelah perintah dijalankan.
b. Konversi format berkas struktur (ligan)
Berkas input yang digunakan di UCSF Chimera memang bervariasi, namun belum
memfasilitasi untuk input dengan ekstensi .log. Berkas dengan ekstensi .log pada
umumnya merupakan luaran (output) dari optimasi geometri dengan Gaussian09.
Konversi format berkas struktur .log menjadi mol2 atau pdb dapat dilakukan
dengan perangkat lunak OpenBabel yang sifatnya freeware dan dapat dijalankan
baik di OS Windows maupun Linux. Kita hanya perlu melakukan pengakuan berupa
sitasi kepada pihak developer.
10
Gambar 1. Tampilan awal OpenBabel GUI
1. Klik tanda panah ke bawah
untuk pengaturan menjadi log
2. Klik di sini untuk mencari (browse)
berkas yang akan dikonversi formatnya
3. Klik tanda panah ke bawah untuk
pengaturan menjadi mol2 atau pdb
4. Klik di sini untuk menempatkan
berkas yang telah dikonversi formatnya
5. Klik button CONVERT
Gambar 2. Langkah-langkah konversi format
11
Gambar 3. Tampilan setelah konversi dilakukan
c. Menjalankan Fungsi seperti Tailing saat Proses Docking Dilakukan
Adakalanya kita ingin mengetahui sudah berapa banyak run yang dilakukan
ketika menjalankan program Autodock. Apabila menggunakan komputer berbasis
OS Linux (OpenSUSE, Ubuntu, dan sebagainya), hal ini dapat dilakukan dengan
mudah menggunakan perintah tail
Command: tail –f [nama berkas] > Enter
Atau dengan cara melakukan scan pada berkas yang diproduksi tanpa harus
membuka berkas yang bersangkutan dengan perintah
Command: cat [nama berkas] > Enter
Namun, apabila docking dijalankan pada OS Windows, dapat digunakan freeware
Notepad++. Setelah di-install, maka berkas dengan ekstensi .dlg yang menjadi
luaran docking dapat dibuka dengan aplikasi Notepad++.
d. Alternatif Lokasi dalam Menjalankan Program Autodock dan Autogrid (sangat
opsional, tidak begitu disarankan apabila belum familiar dengan perintah berbasis
command line di OS Windows ataupun OS Linux)
Salah satu keunggulan OS berbasis Linux adalah kemampuannya dalam
menjalankan perintah dalam program yang sama dalam waktu yang bersamaan
12
namun pada terminal atau konsol yang berbeda. Sehingga apabila memiliki dua
atau lebih struktur ligan, dapat dilakukan docking secara bersamaan namun di
konsol yang berbeda. Istilah terminal atau konsol pada OS Linux mirip seperti fungsi
Command Prompt pada OS Windows. Program di OS Linux dapat dijalankan ketika
pengguna berada di direktori manapun (selama masih diberikan izin sebagai user
atau pengguna). Namun, pada OS Windows, pengguna harus berpindah ke direktori
di mana program disimpan di hard-drive. Misalkan, program yang kita simpan
berada di hard-drive D:, maka kita harus berpindah dari default hard-drive awal C:
ke hard-drive D:. Selain itu, pada OS Windows, kita hanya dapat menjalankan satu
perintah pada waktu yang sama (tidak memungkinkan penggunaan (satu proses
docking dalam suatu waktu).
Walaupun default setting command prompt akan menempatkan kita melakukan
docking di hard-drive C:., namun proses docking juga dapat dilakukan di folder atau
lokasi lain selama pada folder tersebut terdapat ‘mesin’ dan berkas input yang
diperlukan. Analoginya seperti ini, saya menyimpan sebuah teko di dapur agar saya
dapat minum segelas air. Apabila saya sedang berada di ruang kerja, setidaknya
saya harus membuka pintu ruang kerja, masuk ke ruang tengah, kemudian
membuka pintu dapur dan baru mengambil teko, menuangkan air lalu minum.
Setiap kali saya minum, saya harus beranjak membuka pintu ruang kerja, ke ruang
tengah, membuka pintu dapur, lalu menuangkan air dan kembali ke ruang kerja
saya.
Namun, pendekatan lain dapat dilakukan, yaitu dengan membawa teko yang berisi
beserta gelasnya ke ruang kerja saya. Hal ini dinyatakan dengan melakukan copy-
paste dari berkas autodock4.exe; autogrid4.exe; AD4_parameters.dat; dan
AD4.1_bound.dat ke folder di mana sudah terdapat berkas ligan dan protein yang
akan digunakan, sehingga setiap kali melakukan docking, semua berkas yang
dihasilkan telah berada di folder yang kita inginkan.
Gambar 4. Direktori default command prompt di OS Windows
Adapun beberapa perintah yang dapat digunakan adalah:
Command: D: > Tekan Enter
13
Gambar 5. Setelah berpindah ke hard-drive D
Untuk berpindah dari satu folder ke suatu sub-folder dapat dilakukan perintah cd
[nama folder] > Tekan Enter
Contoh: cd docking_files > Tekan Enter
Maka posisi saat ini saya berada di hard-drive D folder docking_files.
Jika masih terdapat sub-folder, maka dapat berpindah ke sub-folder selanjutnya,
misalnya ke sub-folder docking, maka
Command: cd docking > Tekan Enter
Sehingga posisi saya saat ini sudah di hard-drive D folder docking_files sub-folder
docking.
Sub-folder ‘docking’ ini saya analogikan menjadi ruang kerja imajiner saya saat
proses docking. Untuk melihat daftar berkas yang terdapat di sub-folder ini dapat
dijalankan perintah dir > Tekan Enter
Command: dir > Tekan Enter
Berikut tampilan perpindahan dari hard-drive D: hingga listing berkas di sub-
folder docking.
Gambar 6. Setelah berpindah ke folder di mana 'mesin' dan berkas input berada
14
Karena mesin serta berkas input telah tersedia di folder yang sama, maka saya
dapat menjalankan perintah autogrid maupun autodock dengan semua berkas
output langsung berada di sub-folder docking.
e. Mengubah Tampilan Command Prompt
Tampilan default dari Command prompt baik pada OS Windows maupun pada OS
Linux memiliki background hitam. Warna huruf pada OS Windows biasanya abu-
abu, pada OS Linux dapat berwarna putih, hijau, atau biru (bergantung pada varian
dan versi Linux apa yang digunakan). Namun, terdapat trik sederhana yang dapat
dilakukan untuk mengubah tampilan background command prompt di OS Windows.
Caranya adalah dengan melakukan klik-kanan di bagian taskbar Command Prompt
> Properties
Gambar 7. Tampilan default Command Prompt di OS Windows
Klik kanan di bagian atas ini sehingga muncul menu pop-up
Pada sub-menu Font dapat dipilih ukuran huruf yang diinginkan
15
*Untuk memperbesar ukuran huruf juga dapat menggunakan short-cut tekan Ctrl
sambil memutar scroll ke atas atau ke bawah pada mouse.
Setelah diatur sesuai keinginan, klik OK. Tutup kemudian buka kembali layar
command prompt, maka tampilan sudah berubah sesuai yang kita inginkan.
Pada sub-menu Colors dapat dipilih warna background dan/atau
huruf yang diinginkan
Misalnya warna screen background
yang dipilih adalah putih Misalnya warna
huruf cukup
centang di pilihan
‘Screen text’ dan
pilih warna yang
diinginkan,
misalnya abu-abu