Molecular Docking [PDF]

Citation preview

APLIKASI BIOINFORMATIK DALAM SCREENING & PERANCANGAN OBAT (MOLECULAR DOCKING)



Bioinformatik sebagai uji insilico ◼ ◼



◼



Perkawinan ilmu biologi dan teknik informatika dengan metode simulasi. Analisa data genomic/proteomic yang kompleks, untuk menghasilkan pengetahuan biologi molekuler yang koheren Aplikasi dari alat komputasi dan analisis untuk menangkap dan menginterpretasi data-data biologi ◼ ◼ ◼



Molecular Docking (Drug design) DNA recombinant Design Vaccine



Molecular docking Teknik yang digunakan untuk mempelajari interaksi yang terjadi dari suatu kompleks molekul. ◼ memprediksikan orientasi dari suatu molekul ke molekul yang lain ketika berikatan membentuk kompleks yang stabil. ◼



Aspek penting dalam molecular docking ◼



Scoring : prediksi afinitas ikatan antara makromolekul dengan ligan (makromolekul kecil)



Ligand



◼



Protein



complex



Identifikasi : nilai energi Gibbs kecil → konf. stabil nilai energi Gibbs besar → kompleks tidak stabil



◼



Algoritma : penentuan konformasi (docking pose) yang paling stabil dari pembentukan kompleks.



Drug Design Process



http://www.biosolveit.de/images/DrugDesignProcess.jpg



Software docking ◼ ◼ ◼



◼ ◼



AutoDock (http://www.scripps.edu/pub/olsonweb/doc/autodock/) FlexX (http://www.biosolveit.de/FlexX/) Dock (http://www.cmpharm.ucsf.edu/kuntz/dock.html) Gold (http://www.ccdc.cam.ac.uk/products/life_sciences/gold/) Molecular operating enviroment (MOE) (www.chemcomp.com)



METODE DOCKING Enzyme/Protein Target Enzim/protein complete sequence Alignment sequences



http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genomes/flu/



Clustal W2 http://www.ebi.ac.uk/inc/head



Target and Template sequence Homology Modelling



Optimization and minimization



Enzyme for docking



Swiss model http://swissmodel.expasy.org/SWISS-MODEL Validation



MOE 2009.10 Add polar hydrogen Protonate 3D Energy minimize Partial charge



Ligands bioactive compounds Search ligands bioactive compounds



Journal study/ Web



Design ligands bioactive compounds



MOE Builder



Optimization and minimization



Ligands for docking



MOE 2009.10 Wash Energy minimize Partial charge



Docking process Enzyme for docking



Ligands for docking



Docking ligands and enzyme



MOE 2009.10 -Placement using a triangle matcher -Scoring using london dG Result of docking - Minimize complex - S value, log P, pKi, H don and H acc Analysis of docking - Free binding energy - Hydrogen bond -Conformation of complex



Preparasi Protein 1.



Pencarian sekuen data Enzim/Protein target (http://www.ncbi.nlm.nih.gov) Klik : pilih protein



Ketik key words , lalu search



Download sekuen protein dalam format FASTA Dan simpan di notepad



Pensejajaran Sekuen http://www.ebi.ac.uk/inc/head.html.



Upload sekuen protein lalu submit



Klik result summary, lalu muncul sekuen protein dengan score tertinggi



Sekuen protein yang ada pada notepad dengan score tertinggi di copy paste ke dalam program untuk homology modelling



2. Homology modeling Mycobacterium tuberculosis MurA. http://swissmodel.expasy.org/SWISSMODEL.html Klik automated mode



Email dan project title diisi, hasil homolog akan dikirim melalui email dan otomatis pada halaman website



Klik submit modelling request



Modelled residue range : posisi residu yang dimodelkan Based on template : template yg digunakan dalam homology (diperoleh secara otomatis dari SWISSMODEL) Sequence identity : persentase kemiripan model homolog terhadap template Evalue ; besarnya kepercayaan hasil alignment



Klik : download model dalam format pdb



3. Preparasi Ligan dengan program MOE Klik builder



Gambar bioactive compound humulones



-Klik file >save - pilih directory pada path tempat file akan disimpan, lalu rename - disimpan dalam format MDL Molfile (.mol) - lalu Save dalam bentuk Molecule



Ligan Standar (Lakukan juga untuk ligan standar pyrazinamide dan ethambuthol hcl)



Pyrazinamide



Ethambutol HCl



4. Optimasi Geometri dan Minimisasi Energi Struktur Tiga Dimensi Ligan dengan Program MOE



-File>open - pilih directory tempat file molekul ligan disimpan - lalu Import MDL MOL File - klik OK



Akan tampil Database Import



-Simpan pada Destination dengan memilih directory dalam format .mdb - lalu klik OK -Lakukan hal yang sama pada ligan yang lain yang akan di optimasi dengan mengklik Add pada dan dapat dipilih pada directory - lalu klik OK



Akan tampil database viewer ligan hasil optimasi



Untuk memulai optimasi: -Klik Compute pada database viewer - pilih Molecule - lalu lakukan wash, partial charge, dan energi minimaze



Wash



- Klik Compute>Wash>OK



Partial charges



- Klik Compute>Partial Charge> OK



Energy Minimize



-Klik Compute > Energy Minimaze > - RMS gradient : 0,001 - klik OK



5. Optimasi geometri dan minimasi Protein target dengan MOE



-Klik File > Open - Pilih directory pada kolom Path - Pilih homolog enzim dalam format .pdb -Lalu klik LOAD PDB FILE



Agar enzim berada dalam keadaan sebenarnya : - Klik Edit > Hydrogen > Add Polar Hydrogens



Untuk memulai optimasi enzim : -Klik Compute - Klik Potential Energy, Protonate 3D, Partial Charge, Energy Minimaze



Protonate 3D - Klik Compute > Protonate 3D > OK



Partial Charge



Klik Compute > Partial Charge > OK



Energy Minimize -Klik Compute > Energy Minimaze - Forcefield : MMFF94x - Gradient : 0,05 - Lalu Check Forcefield



-Klik Forcefield > Load> MMF94x - Solvation : Gas Phase - Fix Charge > “Hydrogens and or partial charge require adjustment” > OK



6. Metode Docking kompleks Enzim-Ligan dengan Program MOE



Klik Compute > Simulations > Dock



-Output untuk menyimpan database hasil docking disimpan dan dinamakan menggunakan Browse dengan format .mdb - Receptor : Receptor Atoms - Site : Receptor Atoms - Ligand : MDB File > Browse > pilih file ligan hasil optimasi dalam format .mdb - Klik OK



Placement : Triangle Matcher Rescoring 1 : London dG Retain : 5 Refinement : Forcefield Rescoring 2 : London dG Retain : 1 Lalu Klik RUN



7. Interpretasi Hasil/ Analisis docking Untuk Mengetahui Letak Ligan : -Selection > Ligand > Render > Atoms > Balls



Untuk memulai analisis docking : - Buka halaman Database Viewer hasil Docking > Klik File > Browse



S = ∆G



Untuk mengatur browse ligan yang akan dianalisis



1. Untuk mengetahui properti ligan hasil docking : -Klik Minimize hingga tidak ada lagi minimasi (pada Toolbar sebelah kanan) - Klik Properties maka akan tampil properti ligan



2. Untuk mengetahui interaksi ligan dan reseptor : Klik Interactions



Tanda panah hijau putusputus merupakan interaksi antara residu asam amino pada reseptor dengan ligan. Interaksi ini berupa ikatan hidrogen.



Mengubah Surface Receptor



Pada toolbar sisi kanan : -Klik LigX - Surface : Molecular Surface - Atoms : Receptor atoms - Near : Receptor Atoms - Klik Apply



Konformasi Ligan dalam Cavity enzim



Mengubah Ligan pada Cavity Enzim



Cavity Enzim dicari dengan memutar enzim dengan mengklik gambar bola pada pojok kanan bawah halaman MOE lalu, Klik Selection < Ligand



Kemudian : Klik Render > Atoms > Stick and Balls



57