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