7/25/2019 Artikel_50405068

1/10

SIMULASI DINAMIKA MOLEKULER PROTEIN

DENGAN APLIKASIGROMACS

Anastasia Dwi Astuti, Prof. Dr.rer.nat. A Benny Mutiara

Perkemb Tidak hanya

aplikasi untuk mem alah satunyaadalah Gromacs. h universitas

Groningen. Aplikasi mpuan utama

Gromacs adalah me

Dalam p amsimulasi dinamika molekuler

idak bekerja sendiri. Gromacs b

likasi untuk menvisualisasikan

ilkan grafik. Kedua aplikasi iniKata kunci: dinami

1. Pendahulu

1.1 Latar Bela

Komputer

kehidupan mas

bidang kimia. Saplikasi-aplikasi

tersedia dalam

Aplikasi-aplikasitidak hanya dalam menisualisasikanstruktur molekul tapi !uga untuk melakukansimulasi dinamika molekuler.

Dinamika Molekuler merupakan suatumetode simulasi dengan media komputeryang memungkinkan untukmerepresentasikan interaksi molekul-

molekul atom dalam !angka waktu tertentu."eknik ini berdasarkan pada persamaanhukum newton dan hukum mekanika klasik.

#roma$s merupakan salah satu aplikasi

yang dapat melakukan simulasi dinamika

n hukum

dikenalkangai mesin

an pada. Dalam

membatasi

pembahasan mengenai konsep #roma$s,

format file pada #roma$s, program dalam

#roma$s, serta mengukur ke$epatan aplikasi#roma$s dalam simulasi dinamika

molekuler.

2. Tinauan Pu!ta"a

2.1 Pr#tein

Protein merupakan senyawa organik

kompleks yang mempunyai bobot molekul

tinggi. Protein !uga merupakan polimer

dari

1

"eknik %nformatika, "eknologi %ndustri,&niersitas

#unadarma'mail( a)d wi) a stut i* yah oo .$o m

Abstraksi

angan teknologi komputer dalam bidang kimia memunculkan banyak aplikasi kimia.

visualisasikan struktur molekul tapi juga untuk simulasi dinamika molekuler. SGromacs merupakan contoh aplikasi dinamika molekuler yang dikembangkan ole

ini bersifat nonkomersial dan mampu bekerja dalam sistem operasi !inu". Kema

lakukan simulasi dinamika molekuler serta penyusutan energi.

enulisan ini# penulis membahas mengenai bagaimana cara kerja Gromacs dalbeberapa protein. Dalam melakukan simulasi dinamika molekuler# Gromacs t

erinteraksi dengan aplikasi Pymol serta aplikasi Grace. Pymol merupakan ap

hasil simulasi sedangkan Grace merupakan aplikasi dalam linu" untuk menamp

mendukung dalam hal analisis hasil simulasi dinamika molekuler dengan Gromacs.ka molekuler# Gromacs# !inu"# pymol# grace# kimia

an molekuler berdasarkan persamaanewton. #roma$s pertama kali

"an$ oleh &niersitas #roningen sebasimulasi dinamika molekular.

men!adi sarana penting bagiyarakat, terutama dalam 1.2 Bata!an Ma!alahekarang ini $ukup banyak

kimia non-komersial Penulisan ini difokusk

ersi windows maupun linu+. penggunaan aplikasi #roma$s

mailto:a_dwi_astuti@yahoo.commailto:a_dwi_astuti@yahoo.commailto:a_dwi_astuti@yahoo.commailto:a_dwi_astuti@yahoo.commailto:a_dwi_astuti@yahoo.commailto:a_dwi_astuti@yahoo.commailto:a_dwi_astuti@yahoo.commailto:a_dwi_astuti@yahoo.commailto:a_dwi_astuti@yahoo.commailto:a_dwi_astuti@yahoo.commailto:a_dwi_astuti@yahoo.commailto:a_dwi_astuti@yahoo.commailto:a_dwi_astuti@yahoo.com

7/25/2019 Artikel_50405068

2/10

monomer-monomer asam amino yang telah

dihubungkan satu sama lain dengan ikatan

peptide.

Struktur sebuah protein terbagi atas tigayaitu struktur primer, sekunder, tersier dan

kuartener. Struktur primer merupakan urutan

asam amino penyumelalui ikatan

merupakan strukt

berbagai rangkaiayang distabilkan i

struktur sekunder

Alpha heli"

$eta sheet

$etaturn

GammaturnStruktur te

dari beragam

menghasilkan be

struktur tersiermolekul protein

fisik tanpa ik

oligomer yang st

atau kuartomer/kuartener. 0ont

insulin.

2.2 Dina%i"a

Dinamikametode untuk mpadat, $air dan gas. &mumnya dinamikamolekuler menggunakan teknikpersamaan hukum newton dan mekanikaklasik.

Dinamika molekuler pertama kalidiperkenalkan oleh Alder dan 1ainwrightpada akhir tahun 2345-an, metode ini

digunakan untuk mempela!ari interaksi padabola keras. Dari studi tersebut merekamempela!ari mengenai sifat sebuah$airansederhana. Pada tahun 2367, 8ahmanmelakukan simulasi pertama menggunakanenergi potensial terhadap $airan argon. Dandi tahun 2397, 8ahman dan Stillinger

melakukan simulasi dinamika molekulerpertama menggunakan sistem yang realistik

yaitu simulasi dengan menggunakan air.

Kemudian pada tahun 2399, mun$ulpertamakali simulasi terhadap protein yaitu simulasi

in bovinetama dari

h(

kul dalam

dan hasil

mia untukidak bisa

er

besar gayasplisit dan

i dengan

digunakann newton

na kondisi

osisi dan

persepsidilakukan

elan!utnya

e$il sertaang baru.

:al ini berulang untuk beberapa saat,bahkan

hingga ratusan kali.Prosedur dinamika molekuler tersebut

dapat digambarkan dengan flow$hartsebagai berikut(

sun protein yang dihubungkansebuah inhibitor en;inm trips

peptide. Struktur sekunderpan$reas BP"%/

7/25/2019 Artikel_50405068

3/10

disekitarnya dikelilingi oleh salinanatom tersebut.

Ga%(ar 2.

M

Dari gambar di at

tahapan dalam

molekuler. "anda!alur proses yan

proses utamanya

gaya yangpergerakan ato

statistik untuk seti

&. Pe%(aha!

&.1. K#n!e' Gr

#roma$syang dikembangkan pertama kali oleh

departemen kimia uniersitas #roningen.Aplikasi ini digunakan untuk melakukan

simulasi dinamika molekuler dan

penyusutan energi.

Konsep yang digunakan dalam

#roma$s adalah syarat batas periodik dangroup. Syarat batas periodik merupakan $ara

klasik yang digunakan pada #roma$s untuk

mengurangi efek tepi dalam suatu sistem.

Dimana atom yang akan disimulasikandiletakan pada sebuah bo+, yang

ik Dalam

pa modelhedron.ua adalahn dalamn suatut memilikiana setiapam group

!alan padamaupun

windows. &ntuk men!alankan #roma$spada$omputer multiprosesor, maka diperlukanMP% Message Passing %nterfa$e/ libraryuntuk komunikasi paralel.

Aplikasi #roma$s dapat didownload

melalui url resminya yaituh tt p (> > ww w . g r o m a $ s . o r g. "ahap-tahap instalasi

#roma$s adalah sebagai berikut(

2. Download ??"1 terlebih dahulu. 'kstrak file ??"1

) tar *+, ,,t-&&./.1.tar.$+) 0d ,,t-&&./.1@. Konfigurasi ??"1

Ga%(ar 2.2 Syarat Batas Period

1 ?lowa$hart Dinamika Dua Dimensi 9=olekuler 2@=

Dalam #roma$s terdapat beberaas dapat terlihat bagaimanabo+ yaitu tri$lini$, $ubi$ serta o$taproses simulasi dinamika

Konsep #roma$s yang kedpanah menun!ukkan urutangroup. Konsep ini digunakag akan diker!akan. Dimana#roma$s untuk menampilka

yaitu( menghitung besarnyatindakan. Setiap group hanya dapabeker!a, mengkomputasi

!umlah atom maksimum 46, dimm, menampilkan analisisatom hanya boleh mempunyai enap konfigurasi atom.

yang berbeda.

an&.2. In!tala!i Gr#%a0!

#%a0!Aplikasi #roma$s dapat ber

sistem operasi inu+, &ni+merupakan sebuah aplikasi

http://www.gromacs.org/http://www.gromacs.org/

7/25/2019 Artikel_50405068

4/10

) .0#n,i$ure 3're,i*4h#%eana!,,t-& 3

ena(le,l#at7. 0ompile ??"1

) %a"e4. %nstalasi ??"1

) %a"e 5 %a"6. Setelah ??"

menginstalfile #roma$s.

) tar *+, $r#%a) 0d $r#%a0!&9. Konfigurasi

) e*'#rt CPP6

,,t-&in0lude) e*'#rt LD6L

,,t-&li() .0#n,i$ure 3

$r#%a0!

7/25/2019 Artikel_50405068

5/10

7/25/2019 Artikel_50405068

6/10

menampilkan data tra!e$tory suatu atom

dalam bentuk koordinat kartesian.6. ?ile gro

?ormat file gro merupakan format fileyang memberikan informasi mengenaistruktur mgromos

7/25/2019 Artikel_50405068

7/10

ke$il dari !umlah anderwaals masing-

masing atom.

&.8.8. Mdrun

Mdrun#roma$s untuk

tidak hanya d

dinamika nolemen!alankan din

angein, dan

akan memba$a fi

menghasilkan ttra!ektori, file str

7. Ui C#(a

7.1. Met#de Pe

Pengu!ian di

yang berbeda.

mempunyai struyang berbeda.

berdasarkan

flow ini

melakukan penyusutan ener

dinamika

menggunakan fidimana iterasi

sebanyak 55 ndinamika molekuler sebanyak 455 numstep.

7.2 Anali!i! Si%ula!i

Dari u!i $oba yang telah dilakukan pada 7

!enis protein yang berbeda maka dapat terlihat

perbedaan tampilan molekul sebelum dan

sesudah simulasi. pada struktur protein sebelum

simulasi terdapat lipatan pada molekul tersebut.

Dalam simulasi dinamika molekuler ter!adi

mekanisme perubahan struktur protein dari

folded state lipatan/ men!adi unfolded state

tanpa lipatan/. Dimana !ika digambarkan

se$ara garis besar, maka mekanismenya adalah

ate 26=

r di atas

ke$epatan

lasi

Eamaprotein Fumlah

Atom

1aktu Simulasi .menitdetik/ untuk !umlah

iterasi 455

Menit, detik Detik

Alpha-a$talbulmin 9365 @7(59 ,579

2gg2-kappa d2.@ fight 0hain/

,993 ,5(59 2,59

8ibonuleoside-

Diphosphate8edu$tase Alpha

4779 @(@5 ,25

yso;yme 0 2556 2(5, 6,

merupakan program utamakomputasi kimia. Mdrun

apat melakukan simulasi

kuler tapi !uga dapatamika Brownian, dinamika

minimisasi energi. Mdrun

le tpr sebagai file input daniga tipe file yaitu file

uktur, dan file energi.

nelitian

lakukan pada 7 !enisprotein

Masing-masing protein

ktur atom dan !umlah atomPengu!ian dilakukan Ga%(ar 7.1 Mekanisme &nfolded St

$hart groma$s. Pengu!ian

proses yaitu proses pertama Pada simulasi dinamikamolekule

gi dan proses kedua simulasimasing-masing protein

mempunyaimolekuler. Pengu!ian

simulasi yang berbeda.

le parameter yang samauntuk penyusutan energi

Ta(el 7.1 "abel 1aktu Simu

umstep dan untuk simulasi

7/25/2019 Artikel_50405068

8/10

250

0

200

0

150

0

100

0

50

0

0

100

6

menyelidiki struktur dari suatu atomberdasarkan interaksinya dengan atom lain.

Penulisan ini memperkenalkan #roma$s

sebagai salah satu aplikasi yang mampumelakukan simulasi dinamika molekuler

ulisan ini,ap 7 !enis

a ini, dapat

mempunyai

beda-beda.n dengan

ma waktu

Ga%(ar 7.2 #rafMolekuler

Dari data di a

lama simulasi dar

atas lamanya w

dengan grafik ya

saat !umlah protei

Seharusnya s

dalam struktur

waktu yang diper

ternyata tidak ha

mempengaruhi la

air serta !umlah

!uga mempengaru

Dalam k

Diphosphate 8ed

!umlah atomnya l

kappa d2.@ f

simulasinya lebih

!umlah blok air serta rantai pada protein tersebut

lebih ke$il dari protein 2gg2-kappa d2.@ f

ight 0hain/.

8. Ke!i%'ulan

Perkembangan dunia komputasi

memungkinkan para ahli kimia untukmelakukan simulasi dinamika molekuler

terhadap ratusan bahkan ribuan atom dengan

bantuan komputer. Simulasi dinamikamolekuler merupakan suatu teknik untuk

tik, 2gg2-

an !umlah

lasi adalah

nuleoside-a dengan

ma waktuetik, dan

tom 25562 menit

membantu

ng dan

u!i $obapat dilihat

ri folding

lipatan/.

2. Allen, Mi$hael P. Intr#du0ti#n t#

M#le"uler D9na%i0! Si%ula!ti#n.

Fohn Gon Eeuman %nstitute for

$omputing.557.ol@

. Deano 1.The P9MOL M#le0ularGra'hi0! S9!te% #n :#rld :ide

:e(. 55. http(>> www . p y m o l. o r g@. ?oster, Bob.6i!i"a SMA.

Fakarta('rlangga.557

terutama untuk protein. pada penu!i $oba simulasi dilakukan terhad

protein berbeda. Dari hasil u!i $obterlihat bahwa setiap protein

lama waktu simulasi yang ber

Pada protein Alpha-a$talbulmi2779 5447 7960 !umlah atom 9365

maka laik 1aktu Simulasi Dinamika simulasi adalah @7 menit 9 de

Kappa d2.@ flight $hain/ deng

tas memperlihatkan perbedaanatom 993 maka lama waktu simu

i tiap protein. Dari grafik di5 menit 9 detik, 8ibo

aktu simulasi digambarkan Diphosphate 8edu$tase Alph

ng tidak linier. Dimana pada !umlah atom 4779 maka la

n 4779 grafik bergerak turun. simulasi adalah @ menit @5 demakin banyak !umlah atom yso;yme 0 dengan !umlah a

protein maka semakin lama maka lama waktu simulasi adalahlukan untuk simulasi. "etapi detik.nya !umlah atom sa!a yang Selain itu groma$s !ugama simulasi, banyaknya blok memahami mekanisme foldirantai dalam struktur protein

unfolding protein. Dari hasilhi pada lamanya simulasi.asus protein 8ibonuleoside-

terhadap beberapa protein maka da

u$tase Alpha, walaupun perubahan mekanisme protein da

ebih besar dari protein 2gg2- state men!adi unfolding statetanpa

ight 0hain/ tapi waktu

http://www.pymol.org/http://www.pymol.org/

7/25/2019 Artikel_50405068

9/10

7. Fin;hi ei. M#le0ular D9na%i0! and 2.

h tt p( >>m d . $ h e m .r ug . n l> e du $a t io n > m d $ o u r

sePr#tein 6#ldin$. Hhou Peiyuan?or Applied Mathemati$s.557

0enter

4. Kurniawan, Aulia. Per0#(aan ;III

6.A!a%A%in# dan Pr#teinindahl,

D9na%i0!G

9. indahl, 'riManual. http

7/25/2019 Artikel_50405068

10/10

25. Si%ula!iDi

GDala%:h tt p( >>b iot a t a.simulasi-dina

dalam-water-22. 1armada, %

'r#$ra% $

GUI di li

#eokomputa?" M

2. h tt p( >>22< . 3

2@. h tt p( >>www . $Demo$ritus>"heory>moldyn2.html14.

h tt p( >>www . $ h . e m b n e t . o r g> M D) t u to r ia l>pages>MD.Part2.html

15. h tt p( >>www . g i; i. n e t16. htt p(>>www. gro ma$ s. o r g17. htt p(>>ilmu - k imia. net ii. net18. htt p(>>ilmuko mp ut er .o r g>19. htt p(>>plas ma-

gate.wei;mann.a$.il>#ra$e>do$>&sers#uide.htm

5. h tt p( >>w ik ip e d ia . o r g> p r o t e in . h t m

'rik.Parallel M#le0ularr#%a0!. agustus 556

k dkk,. Gr#%a0! U!er(>>www . g r o m a$ s . o r g

D9na%i0!. http(>>

ordpress.$om>553>54>22>mmi$s>Aree.Peran0an$an dan

%ula!i Dina%i"a M#le"ul

Mi"r#"an#n#ni"al dan

en$an P#ten!ial Lennard

an tugas akhir.55na%i"aM#le"ulPr#teinaterB#*Pada1///K.wordpress.$om>552>@2>mika-molekul-protein-g-bo+-pada-2555-k>1ayan. Gra0e !alah !atu

ra,i" 2di%en!i (er(a!i!

n$"un$an Linu*. Aab.

si, Furusan "eknik #eologi,

292.275>D%SP'ED%K)MA

ompso$.man.a$.uk>Ilu$ky>

http://biotata/http://var/www/apps/conversion/tmp/scratch_6/http:%2F%2F118.98http://www.c/http://www.ch.embnet.org/MD_tutorial/phttp://www.ch.embnet.org/MD_tutorial/phttp://www.gizi.net/http://www.gromacs.org/http://ilmu-kimia.netii.net/http://ilmukomputer.org/http://var/www/apps/conversion/tmp/scratch_6/http:%2F%2Fplasma-http://wikipedia.org/protein.htmhttp://www.gromacs.org/http://www.gromacs.org/http://biotata/http://www.c/http://www.ch.embnet.org/MD_tutorial/phttp://www.ch.embnet.org/MD_tutorial/phttp://www.gizi.net/http://www.gromacs.org/http://ilmu-kimia.netii.net/http://ilmukomputer.org/http://wikipedia.org/protein.htmhttp://var/www/apps/conversion/tmp/scratch_6/http:%2F%2Fplasma-http://var/www/apps/conversion/tmp/scratch_6/http:%2F%2F118.98