Penambatan Molekul (Molecular Docking): Pengenalan

Submitted by dhnlr on Wed, 16/11/2016 - 16.08

Bioinformatika merupakan disiplin ilmu dalam bidang biologi molekular, ilmu komputer, dan teknologi informasi. Bidang ilmu ini berkaitan erat dengan penggunaan teknologi berupa komputer dalam menyimpan, menampilkan, dan memanipulasi informasi terkait. Penggunaan komputer tidak terlepas dari rumitnya tugas dan data yang digunakan. Bioinformatika memiliki dua subbidang berupa pengembangan alat dan basis data serta pengaplikasian alan dan data tersebut. Aplikasi yang dapat dilakukan dengan bioinformatika meliputi filogenetik, predeksi struktur dan fungsi, variabel genetik, jalur metabolisme, dan identifikasi targen obat. Aplikasi lain yang dapat digunakan dengan bioinformatika adalah penambatan molekul.

Pengertian Penambatan Molekul

Penambatan molekul (molecular docking) merupakan prosedur yang menggunakan komputer untuk memprediksi ikatan nonkovalen makromolekul, molekul besar (reseptor), dan molekul kecil (ligan). Prosedur ini bertujuan memprediksi model ikatan dominan antara ligan dengan protein yang telah diketahui struktur tiga dimensinya. Prediksi ikatan molekul kecil dan protein tersebut sangat penting dalam penampisan molekul virtual mirip obat untuk menemukan senyawa penuntun untuk pengembangan obat selanjutnya. Penambatan molekul ini dapat digunakan untuk penampisan senyawa besar, pengurutan hasil, dan pembuatan hipotesis bagaimana sebuah ligan menghambat suatu reseptor. Penggunaan metode panambatan molekular memberikan manfaat mempersempit fokus riset, menghemat biaya penelitian, dan mengefektifkan waktu dan biaya penelitian.

Prinsip Penambatan Molekul

Penambatan molekul dilakukan berdasarkan prinsip bahwa reseptor membentuk kompleks dengan ligan. Ikatan ini terpengaruh oleh struktur enzim yang kaku dan fleksibel. Penambatan molekul akan mencari kandidat konformasi ikatan reseptor dengan ligan secara komputasional menggunakan algoritma pencarian. Perangkat lunak akan melakukan fungsi perhitungan mencari nilai energi bebas ikatan Gibbs (?G), kecocokan energi (memprediksi afinitas ikatan), dan kandidat konformasi ikatan reseptor dengan ligan, kecocokan geometris (menemukan metode ikatan yang paling mungkin). Energi bebas ikatan sebanding dengan afinitas ligan dan ikatannya terhadap protein. Interaksi protein dan ligan akan terbentuk apabila kompleks yang dihasilkan memiliki energi bebas ikatan bernilai rendah. Semakin negatif energi ikatan bebas maka afinitas ligan terhadap proteinnya semakin kuat. Energi bebas ikatan yang rendah juga menunjukkan ikatan ligan dan reseptor yang stabil. Hasil analisis juga mendapatkan posisi dan ikatan ligan terhadap reseptor.

Syarat Penambatan Molekul

Berikut beberapa syarat yang harus dipenuhi untuk melakukan prosedur penambatan molekul:

Basis Data (Database)

Salah satu syarat pelaksanaan penambatan molekul adalah adanya struktur protein reseptor yang dikehendaki. Reseptor atau target proses penambatan diperoleh dari hasil eksperimen seperti spektroskopi NMR atau pun kristalografi sinar-x. Ligan dan reseptor yang dikehendaki didapatkan melalui basis data/pangkalan data/database berikut ini

Protein Data Bank (PDB) merupakan basis data yang berisi kumpulan arsip mengenai struktur makromolekul biologi dari seluruh dunia. Basis data ini didirikan oleh Brookhaven National Laboratories (BNL) pada tahun 1971. Data struktur makromolekul biologi dalam bentuk tiga dimensi ini didapatkan melalui eksperimen menggunakan teknik kristalografi sinar X, resonansi magnet inti (Nuclear Magnetic Resonance [NMR]), dan mikroskopi cyro-electron. Hasil percobaan tersebut kemudian diproses dengan program komputer sehingga mendapatkan model molekul yang sesuai dengan eksperimen. Basis data ini dapat digunakan untuk mencari struktur protein reseptor yang hendak ditambatkan.

ZINC merupakan basis data yang berisi senyawa-senyawa komersil yang dapat digunakan untuk keperluan penambatan molekul ataupun penampisan virtual. Basis data ini disediakan oleh Laboratorium Shoichet, Departemen Kimia Farmasi, Universitas California San Fracisco dan arsip senyawa yang tersedia dipasok oleh Cambridge, ChemDiv, Ryan, Asinex, Sigma-Aldrich, Maybridge, Specs, Cogmenex, dan Otava. Basis data ini digunakan untuk mencari struktur ligan.

Pubchem merupakan basis data berisi senyawa organik, sifat-sifat senyawa, dan struktur tiga dimensi senyawa tersebut. Basis data Pubchem dikelolah oleh National Institute of Health (NIH), National Library of Medicine, Amerika Serikat. Basis data ini umum digunakan untuk mencari struktur ligan yang akan digunakan dalam proses penambatan.

Perangkat Lunak

Syarat lain untuk melakukan prosedur penambatan ialah adanya perangkat lunak yang hendak digunakan. Perangkat lunak ini berfungsi dalam proses modifikasi berkas (file) struktur tiga dimensi yang diperoleh dari basis data. Perangkat lunak ini juga berfungsi dalam melakukan fungsi pencarian kecocokan energi serta kecocokan geometris antara ligan dengan reseptor. Keberhasilan penambatan molekul bergantung pada algoritma pencarian dan fungsi perhitungan ligan-protein.

Discovery studio merupakan perangkat lunak yang dikembangkan oleh Dassault Systemes Biova. Perangkat ini dapat digunakan dalam berbagai hal seperti memvisualisasi berkas (file) struktur sebuah molekul, menjalankan simulasi kimia, mengidentifikasi interaksi antara reseptor dengan ligan, dan masih banyak lagi. Perangkat lunak ini digunakan untuk melakukan perbaikan terhadap berkas struktur reseptor yang didapat dari basis data (database) dan juga mengkonversi format berkas (file) sehingga dapat digunakan oleh program lainnya. Aplikasi ini juga dapat digunakan untuk menganalisis hasil penambatan molekul, namun pada artikel selanjutnya kita tidak menggunakan aplikasi Discovery Studio.

AutoDockTools merupakan aplikasi front-end dari aplikasi Autodock dan Autodock Vina. Program AutoDockTools dalam penambatan molekul dapat digunakan dalam mengubah struktur ligan atau reseptor yang digunakan, mencari parameter grid yang sesuai, menjalankan penambatan, hingga menganalisa hasil penambatan. Sayangnya, fitur menjalankan penambatan tidak dapat digunakan akibat adanya pesan galat sehingga fitur ini dijalankan langsung menggunakan aplikasi Autodock Vina.

Autodock Vina merupakan perangkat lunak yang dikembangkan oleh The Scripps Research Institute. Perangkat lunak ini berfungsi dalam melakukan fungsi pencarian dan penilaian sehingga percobaan mendapatkan data mengenai kecocokan energi dan geomeris. Perangkat ini tidak memiliki antar muka grafis, sehingga penggunanya harus terbiasa dengan antar muka teks walaupun perintah yang digunakan sebarnya sangat sederhana. Penggunaan perangkat lunak Autodock Vina disebabkan oleh manfaat yang dimilikinya berupa mudah digunakan, residu yang digunakan bersifat fleksibel, akurat, dan cepat.

LigPlot+ merupakan perangkat lunak antar muka grafis dari perangkat lunak LIGPLOT dan DIMPLOT. Perangkat lunak ini dikembangkan oleh Roman Laskowski. LigPlot+ digunakan pada proses penambatan dalam analisis hasil penambatan molekul. Penggunaan perangkat ini disebabkan oleh hasil yang lebih jelas dan mudah dimengerti.

Simpulan

Penambatan molekul (molecular docking) merupakan prosedur yang menggunakan komputer untuk memprediksi ikatan nonkovalen makromolekul, molekul besar (reseptor), dan molekul kecil (ligan). Prosedur ini digunakan untuk mengetahui interaksi antara ligan dan protein reseptor. Prosedur ini membutuhkan beberapa syarat agar dapat digunakan diantaranya basis data dan perangkat lunak.

Tags
Tekno

Add new comment