PEMODELAN MOLEKUL PEMBENTUKAN LIPOSOM DENGAN … · pada VMD. File PSF berisi informasi nama atom,...
Transcript of PEMODELAN MOLEKUL PEMBENTUKAN LIPOSOM DENGAN … · pada VMD. File PSF berisi informasi nama atom,...
PEMODELAN MOLEKUL PEMBENTUKAN LIPOSOM DENGAN
FOSFOLIPID 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphatidylcholine
(DPPC): PERBANDINGAN GROMACS DAN NAMD
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Farmasi (S.Farm.)
Program Studi Farmasi
Oleh:
Roy Gunawan Wicaksono
NIM: 148114022
FAKULTAS FARMASI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2018
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
HALAMAN JUDUL
PEMODELAN MOLEKUL PEMBENTUKAN LIPOSOM DENGAN
FOSFOLIPID 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphatidylcholine
(DPPC): PERBANDINGAN GROMACS DAN NAMD
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Farmasi (S.Farm.)
Program Studi Farmasi
Oleh:
Roy Gunawan Wicaksono
NIM: 148114022
FAKULTAS FARMASI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2018
i
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
HALAMAN PERSEMBAHAN
"Whatever you are be a good one"
(Abraham Lincoln)
Karya ini kupersembahkan untuk
Tuhan Yesus Kristus yang selalu menyertaiku
Keluarga yang selalu mendoakanku
Teman-teman seperjuanganku
dan Almamaterku, Sanata Dharma
iv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PRAKATA
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat,
rahmat dan karunia yang dilimpahkan sehingga penulis dapat menyelesaikan
skripsi yang berjudul "PEMODELAN MOLEKUL PEMBENTUKAN
LIPOSOM DENGAN FOSFOLIPID 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-
phosphatidylcholine (DPPC): PERBANDINGAN GROMACS DAN
NAMD" sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana
Farmasi (S.Farm.) Fakultas Farmasi Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta. Penyelesaian skripsi ini tentunya tidak lepas dari bantuan
berbagai pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena
itu penulis hendak mengucapkan terimakasi kepada:
1. Dekan Fakultas Farmasi Sanata Dharma.
2. Dr. Rini Dwiastuti, M.Sc., Apt. selaku pembimbing yang telah sabar
dan banyak memberikan pengarahan dan pendampingan selam proses
penyusunan skripsi.
3. Muhammad Radifar, S.Farm., M.Biotech. selaku pembimbing
pendamping yang telah membimbing, menemani selama proses
penelitian dan memberikan banyak pengalaman baru.
4. Bapak Enade Perdana Istyastono, Ph.D., Apt. dan Ibu Dina Christin
Ayuning Putri M.Sc., Apt. selaku penguji yang telah mendukung
terlaksananya penelitian dan penyusunan skripsi ini dan telah
memberikan saran berharga bagi penulis.
5. Seluruh dosen dan staf Fakultas Farmasi Universitas Sanata Dharma
yang telah membantu proses pembelajaran dari awal hingga akhir
perkuliahan.
6. Keluarga penulis yang selalu memberi doa selama ini
7. Teman-teman FSMA 2014 yang tidak dapat penulis sebutkankan satu
persatu yang telah membantu penulis dalam perkuliahan walaupun
selama perkuliahan penulis memiliki banyak kekurangan.
vii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL............................................................................... i
HALAMAN PERSETUJUAN...............................................................ii
HALAMAN PENGESAHAN............................................................... iii
HALAMAN PERSEMBAHAN............................................................ iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA.................................................v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI.................vi
PRAKATA...........................................................................................vii
DAFTAR ISI......................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR............................................................................xii
DAFTAR TABEL.................................................................................xii
DAFTAR LAMPIRAN.......................................................................xiii
ABSTRAK...........................................................................................xiv
ABSTRACT..........................................................................................xv
PENDAHULUAN..................................................................................1
METODE PENELITIAN.......................................................................2
Bahan......................................................................................................2
Instrumentasi...........................................................................................2
Metode....................................................................................................2
Coarse-grained.........................................................................................2
Persiapan Pra-simulasi.............................................................................3
Topologi.................................................................................................. 3
Solvasi dan Ionisasi..................................................................................3
ix
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Minimisasi Energi....................................................................................3
Simulasi Pemodelan.................................................................................3
Analisis.................................................................................................... 3
HASIL DAN PEMBAHASAN...............................................................3
KESIMPULAN.....................................................................................10
DAFTAR PUSTAKA...........................................................................12
LAMPIRAN.........................................................................................14
BIOGRAFI PENULIS..........................................................................31
x
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Grafik energi total menggunakan NAMD................................6
Gambar 2. Grafik energi total menggunakan GROMACS........................6
Gambar 3. Interaksi Van der Waals...........................................................8
Gambar 4. Interaksi elektrostatik..............................................................9
xi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR TABEL
Tabel I. Visualisasi hasil pemodelan pada waktu 0, 10, 20, 30 dan 40 ns
menggunakan GROMACS dan NAMD.......................................4
Tabel II. Energi bebas pada GROMACS dan NAMD...........................7
Tabel III. Energi Van der Waals menggunakan GROMACS dan NAMD
................................................................................................ 8
Tabel IV. Energi elektrostatik menggunakan GROMACS dan NAMD...9
Tabel V. Energi total menggunakan GROMACS dan NAMD.............10
xii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Script mengubah all-atom menjadi Coarse-grained................14
Lampiran 2. Script membuat koordinat file .psf.........................................15
Lampiran 3. Script solvasi box dengan molekul air.....................................16
Lampiran 4. Script menghilangkan bead air yang tumpang tindih dengan
molekul DPPC.......................................................................17
Lampiran 5. Script ionisasi box..................................................................18
Lampiran 6. Script minimisasi energi pada NAMD....................................19
Lampiran 7. Script simulasi pemodelan menggunakan NAMD..................23
Lampiran 8. Script minimisasi energi pada GROMACS.............................28
Lampiran 9. Script simulasi pemodelan menggunakan GROMACS...........29
xiii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PEMODELAN MOLEKUL PEMBENTUKAN LIPOSOM DENGAN
FOSFOLIPID 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphatidylcholine
(DPPC): MENGGUNAKAN GROMACS DAN NAMD
Roy Gunawan Wicaksono
Fakultas Farmasi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta, Indonesia
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui adanya perbedaan hasil
pemodelan molekul pembentukan liposom menggunakan GROMACS dan
NAMD. Penelitian ini dilakukan karena belum ada penelitian yang
menampilkan adanya perbedaan hasil pemodelan molekul pembentukan
liposom menggunakan MARTINI Force-field pada GROMACS dan
NAMD. 2400 molekul fosfolipid 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-
phosphatidylcholine (DPPC) disimulasikan menggunakan GROMACS dan
NAMD dengan MARTINI Force-field. Perbedaan hasil pemodelan dapat
dilihat dari liposom yang terbentuk, energi total, dan lama waktu simulasi
yang dibutuhkan. Liposom yang terbentuk berupa MLV (Multilamellar
Vesicle) pada GROMACS maupun NAMD. GROMACS membutuhkan
waktu lebih sedikit dibanding NAMD dalam pemodelan molekul.
Kata kunci: Pemodelan molekul, DPPC, liposom, GROMACS, NAMD,
dan MARTINI Force-field
xiv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ABSTRACT
The aim of molecular this research is to find the difference in
liposome formation molecular modelling using GROMACS and NAMD.
This study was conducted because no studies have shown any differences in
molecular modelling of liposome formation using MARTINI Force-field on
GROMACS and NAMD. 2400 molecules phospholipids 1,2-dipalmitoyl-sn-
glycero-3-phosphatidylcholine (DPPC) simulated using GROMACS and
NADM with MARTINI Force-field. The differences in modeling results can
be seen from the formed liposome, total energy, and the duration of the
simulation required. Liposome formed in MLV (Multilamellar Vesicle) on
GROMACS or NAMD. GROMACS take less time to simulate than
NAMD.
Keywords: molecular modelling, DPPC, liposome, GROMACS, NAMD,
and MARTINI Force-field
xv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PENDAHULUAN
Liposom merupakan vesikel berbentuk bola yang tersusun dari
membran fosfolipid bilayer yang dapat mengenkapsulasi, menghantarkan
dan melepaskan molekul kecil (Dimov et al., 2017). Liposom memiliki bagian
kepala fosfolipid yang bersifat hidrofilik dan bagian ekor bersifat hidrofobik
(Li et al., 2014). Permeabilitas liposom dalam melewati membran di dalam
tubuh mempunyai peran yang sangat penting dalam penghantaran obat
(Akbarzadeh et al., 2013). Liposom sebagai penghantaran obat dapat
menurunkan toksisitas dan/atau menargetkan secara spesifik sel yang akan
dituju (Wagner dan Vorauer-Uhl, 2011). Pembuatan liposom secara in vitro
memerlukan proses trial and error. Salah satu upaya yang dapat dilakukan
untuk mengurangi trial and error adalah dengan pemodelan molekul secara
in silico untuk memprediksi secara sub molecular pembentukan liposom
(Trisilowati dan Mallet, 2012).
Pemodelan molekul pembentukan liposom dengan fosfolipid 1,2-
dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphatidylcholine (DPPC) yang dilakukan oleh
Koshiyama dan Wada (2016) menampilkan liposom yang terbentuk memiliki
bentuk dan ukuran yang berbeda tergantung jumlah fosfolipid yang
digunakan. Hasil pemodelan molekul pembentukan liposom yang dilakukan
oleh Dwiastuti et al. (2016) menggunakan 1,2-dilauroyl-sn-glycero-3-
phosphatidylethanolamine (DLPE) menghasilkan bentuk dan ukuran
liposom yang hampir sama dengan percobaan secara empiris. Penelitian
Koshiyama dan Wada (2016) dan Dwiastuti et al. (2016) memiliki persamaan
dalam melakukan pemodelan molekul pembentukan liposom, tetapi dari
kedua penelitian tersebut memiliki perbedaan yaitu software yang digunakan
dalam simulasi pemodelan molekul. Software yang digunakan Koshiyama
dan Wada (2016) adalah GROMACS, sedangkan Dwiastuti et al. (2016)
menggunakan NAMD.
MARTINI Force-field sebenarnya didesain bekerja pada
GROMACS dengan model Coarse-grained (Marrink dan Tieleman, 2013),
namun MARTINI Force-field dengan model Corse-grained dapat digunakan
1
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
pada NAMD (Hudiyanti et al.. 2014). Saat ini belum terdapat penelitian
yang menampilkan adanya perbedaan hasil simulasi pemodelan molekul
pembentukan liposom dengan menggunakan GROMACS dan NAMD
dengan MARTINI Force-field.
Dalam penelitian ini akan dilakukan pemodelan molekul
pembentukan liposom dengan 2400 molekul fosfolipid DPPC menggunakan
GROMACS dan NAMD dengan MARTINI Force-field. Penelitian ini
bertujuan untuk mengetahui terbentuknya liposom dengan 2400 molekul
fosfolipid DPPC dan perbedaan hasil pemodelan molekul menggunakan
GROMACS dan NAMD dengan MARTINI Force-field.
METODE PENELITIAN
Bahan
Struktur molekul fosfolipid DPPC, software GROMACS versi
2016.4 dan NAMD versi 2.12 untuk menyimulasikan pemodelan molekul
pembentukan liposom, software VMD versi 1.9.4a12 untuk menampilkan
hasil pemodelan.
Instrumentasi
Server Fakultas Farmasi Universitas Sanata Dharma dengan
spesifikasi: procecor Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2620 v4 2.10 Ghz, RAM
16GB, dengan sistem operasi 86_64 Linux (alamat IP 172.23.1.176) dan
LENOVO AMD A6 dengan spesifikasi: procecor AMD 6 1.7 Ghz, RAM
6GB 1067 MHz DDR3, dengan sistem operasi ubuntu 16.04 LTS.
Metode
Coarse-grained
Atom-atom molekul DPPC diubah ke dalam bentuk bead. Setiap
bead mewakili klaster yang terdiri dari beberapa atom (Milano, 2013). Proses
Coarse-grained dilakukan dengan plugin CGBuilder dalam software VMD
1.9.1
2
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Persiapan Pra-simulasi
Pembuatan koordinat awal molekul DPPC ke dalam box sebanyak 2400
molekul DPPC menggunakan Packmol (Martinez et al., 2009).
Topologi
Persiapan file PSF 2400 DPPC dengan bantuan plugin PSF generator
pada VMD. File PSF berisi informasi nama atom, jenis, ikatan dan muatan
yang akan digunakan dalam Force-field.
Solvasi dan Ionisasi
Box yang berisi 2400 DPPC CG kemudian disolvasi dengan bead air
dan diionisasi (ditambahkan ion Na+ dan Cl-) dengan script yang telah
disiapkan. Proses solvasi menggunakan parameter padding 15 Angstrom (1,5
nm) sehingga penambatan bead air dilakukan hingga 15 Angstrom di luar sisi
box.(Dwiastuti et al., 2016).
Minimisasi Energi
Sistem box diminimisasi menggunakan script yang telah disiapkan
dengan suhu 3230 K dan tekanan 1 bar. Minimisasi energi dilakukan
sebanyak 5000 step.
Simulasi Pemodelan Molekul
Sistem kemudian disimulasikan menggunakan GROMACS dan
NAMD dengan script yang telah disiapkan. Simulasi dilakukan sebanyak
1.000.000 step dengan time steps 40 fs.
Analisis Hasil
Setelah simulasi selesai, koordinat, pergerakan, energi total
digunakan sebagai analisis. Hasil trajektori dari simulasi ditampilkan berupa
gambar dengan bantuan VMD, sedangkan energi total akan ditampilkan
dalam bentuk scatter plot.
HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Tinjauan morfologi liposom hasil pemodelan molekul menggunakan
GROMACS dan NAMD.
Hasil trajektori dari simulasi pemodelan molekul ditampilkan dalam
bentuk visual menggunakan VMD (Tabel 1)
3
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Tabel I. Visualisasi hasil pemodelan pada waktu 0, 10, 20, 30 dan 40 ns menggunakan GROMACS dan NAMD
(molekul air tidak ditampakan)
Waktu (ns) o 10 20 30 40
GROMACS
NAMD
4
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Simulasi pemodelan molekul pembentukan liposom dengan 2400
molekul fosfolipid DPPC menghasilkan struktur liposom pada suhu 3230 K
dengan tekanan 1 bar disimulasikan menggunakan GROMACS dengan
MARTINI Force-field (Koshiyama dan Wada, 2016). Pada waktu 0 ns
fosfolipid berada secara acak dalam box simulasi pada GROMACS dan
NAMD, 10 ns selanjutnya mulai terbentuk membran fosfolipid bilayer pada
kedua software tersebut, setelah 20 ns mulai terbentuk vesikel namun masih
belum terbentuk secara utuh pada NAMD sedangkan GROMACS telah
terbentuk vesikel akan tetapi bagian dinding vesikel masih menyatu dengan
membran bilayer yang ada di dalam vesikel. Pada waktu 30 dan 40 ns telah
terbentuk liposom berupa MLV (Multilamellar Vesicle) baik pada
GROMACS maupun NAMD. Simulasi pemodelan molekul menggunakan
2400 molekul DPPC dengan timestep 40 fs menggunakan GROMACS dan
NAMD dengan MARTINI Force-field menghasilkan liposom dalam waktu
kurang dari 40 ns. Secara morfologi hasil simulasi pemodelan molekul dari
kedua software tersebut tidak tampak adanya perbedaan. Liposom yang
terbentuk dari kedua software merupakan MLV liposom dengan ukuran ±20
nm.
2. Tinjauan energi yang berperan selama simulasi pemodelan molekul.
Energi dari hasil simulasi menggunakan NAMD dan GROMACS
ditampilkan dalam bentuk scaterplot pada Gambar 1 dan 2. Terdapat
perbedaan titik awal energi total pada sistem, energi total GROMACS
dimulai dari energi sistem yang telah diminimisasi sedangkan NAMD
meskipun sama-sama dilakukan minimisasi energi pada sistem akan tetapi
energi total tidak dihitung mulai dari sistem yang telah diminimisasi sehingga
energi total awal pada GROMACS dimulai dari titik terendah energi pada
sistem. Selama simulasi molekul DPPC terus bergerak dan saling mendekat,
pada keadaan tersebut energi meningkat. Setelah molekul DPPC saling
bergabung dengan molekul disekitarnya energi mulai menurun keadaan
tersebut terus berulang hingga tercapai equilibrium, meskipun keadaan
equilibrium telah tercapai energi yang dihasilkan akan tetap mengalami
5
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
perubahan hal tersebut dikarenakan molekul DPPC pada liposom terus
bergerak.
Energi (kcal/mol) vs Timestep
Gambar 1. Grafik energi total menggunakan NAMD
Energi (kcal/mol) vs Timestep
Gambar 2. Grafik energi total menggunakan GROMACS
6
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Energi bebas Gibbs ( G) digunakan untuk memprediksi apakahΔ
suatu reaksi dapat berjalan atau tidak (spontan atau tidak) (Hansen dan
Gunsteren, 2014). Energi yang ditampilkan merupan nilai rata-rata energi
pada tiap beberapa ns, nilai G didapat dari selisih energi pada nsΔ
sebelumnya. Reaksi berjalan spontan dapat dilihat dari energi bebas Gibbs,
jika G bernilai positif maka reaksi tidak spontan, tetapi jika G adalahΔ Δ
negatif maka reaksi dapat berlangsung secara spontan. Pada simulasi
menggunakan GROMACS dan NAMD nilai G dari kedua Δ software
tersebut bernilai negatif (Tabel II), jadi pada suhu 3230 K liposom akan
terbentuk secara spontan.
Tabel II. Energi bebas pada GROMACS dan NAMD
Waktu (ns)Energi (kcal/mol) GΔ (kcal/mol)
GROMACS NAMD GROMACS NAMD
0-5 -346804.87 -334606.74 - -
5-10 -350277.63 -338880.11 -3472.75 -4273.37
10-15 -350545.32 -339869.16 -267.68 -989.04
15-20 -350607.46 -340381.87 -62.14 -512.71
20-25 -350545.32 -340583.53 62.14 -201.66
25-30 -350581.17 -340644.85 -35.85 -61.32
30-35 -350576.39 -340648.65 4.78 -3.80
35-40 -350595.51 -340657.97 -19.12 -9.31
Selama simulasi pemodelan molekul terdapat interaksi kimia yang
berperan dalam pembentukan liposom seperti interaksiVan der Waals dan
Elektrostatik. Interaksi Van der Waals merupakan interaksi yang terjadi
antara molekul yang saling berdekatan dan terbentuk dipol kemudian saling
berinteraksi (Han et al., 2016). Interaksi Van der Waals terjadi antar rantai
atom C pada molekul DPPC (Balazs, 2011) (Gambar 3), hal tersebut terjadi
disebabkan elektron yang terus bergerak dan pada waktu tertentu terjadi
dipol sesaat sehingga molekul pada rantai atom C akan saling berinteraksi
7
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
dengan molekul rantai atom C pada molekul fosfolipid lain dan
menghasilkan energi Van der Waals (Tabel III).
Gambar 3. Interaksi Van der Waals
biru: bead lipid; pink: bead gliserol; kuning: bead fosfat; ungu: bead kolin
Tabel III. Energi Van der Waals menggunakan GROMACS dan NAMD
Van der Waals
Waktu (ns)Energi (kcal/mol)
GROMACS NAMD
0-5 -437717.97 -425357.93
5-10 -440973.24 -430071.76
10-15 -441200.29 -430988.08
15-20 -441274.38 -431436.00
20-25 -441240.92 -431652.68
25-30 -441264.82 -431688.32
30-35 -441257.65 -431709.58
35-40 -441269.60 -431707.27Interaksi elektrostatik merupakan gaya yang terjadi antara atom
bermuatan yang saling berinteraksi dan dapat berupa tolak menolak atau
tarik menarik pada jarak tertentu (Marrink, 2007). Gaya elektrostatik dalam
pembentukan liposom terjadi pada bagian kepala molekul DPPC yang
8
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
memiliki muatan positif pada gugus kolin dan muatan negatif pada gugus
fosfat (Vacha et al., 2010) (Gambar 4). Gugus kolin akan berinteraksi dengan
gugus fosfat pada molekul fosfolipid yang lain begitu juga sebaliknya dan
menghasilkan energi elektrostatik (Tabel IV).
Gambar 4. Interaksi elektrostatik
biru: bead lipid; pink: bead gliserol; kuning: bead fosfat; ungu: bead kolin
Tabel IV. Energi elektrostatik menggunakan GROMACS dan NAMD
Waktu (ns)Elektrostatik
Energi (kcal/mol)
GROMACS NAMD
0-5 -1790.59 -1647.80
5-10 -1889.00 -1791.87
10-15 -1900.59 -1832.48
15-20 -1886.52 -1845.28
20-25 -1888.74 -1852.82
25-30 -1888.56 -1858.80
30-35 -1892.13 -1849.70Selama simulasi molekul pada sistem selalu bergerak dan terjadi
gaya tarik menarik maupun tolak menolak menghasilkan energi kinetik dan
energi potensial yang terjadi di dalam sistem. Energi total adalah jumlah
semua energi yang tejadi pada sistem baik energi kinetik maupun energi
potensial (Tabel V).
9
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Tabel V. Energi total menggunakan GROMACS dan NAMD
Energi Total
Waktu (ns)
Energi (kcal/mol)
GROMACS NAMD
0-5 -346804.87 -334606.74
5-10 -350277.63 -338880.11
10-15 -350545.32 -339869.16
15-20 -350607.46 -340381.87
20-25 -350545.32 -340583.53
25-30 -350581.17 -340644.85
30-35 -350576.39 -340648.65
35-40 -350595.51 -340657.973. Tinjauan durasi simulasi yang diperlukan selama pemodelan
molekul.
Dengan menggunakan spesifikasi server yang sama performa
GROMACS dalam menyimulasikan 2400 molekul DPPC dengan ukuran
box 20x20x20 nm3 sebanyak 1.000.000 step 40 fs sebesar 0,113 jam/ns
membutuhkan waktu ±4 jam hingga simulasi selesai, sedangkan performa
NAMD 1,360 jam/ns membutuhkan waktu sekitar ±50 jam hingga selesai,
sehingga GROMACS secara signifikan lebih cepat dalam melakukan
simulasi pemodelan molekul pembentukan liposom dengan MARTINI
Force-field dari pada NAMD.
KESIMPULAN
Liposom dapat terbentuk dengan 2400 molekul fosfolipid DPPC
menggunaka MARTINI Force-field pada GROMACS maupun NAMD.
Secara morfologi liposom yang terbentuk dari hasil pemodelan menggunakan
GROMACS dan NAMD tidak terlihat adanya perbedaan, dari kedua
software tersebut liposom yang terbentuk berupa MLV liposom dengan
10
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ukuran ±20 nm. Interaksi yang berperan dalam pembentukan liposom seperti
interaksi Van der Waals dan interaksi elekstrostatik. Waktu simulasi
pemodelan yang dibutuhkan GROMACS ±4 jam sedangkan NAMD ±50
jam. Waktu yang dibutuhkan GROMACS lebih sedikit dibanding NAMD,
Hasil pemodelan menggunakan GROMACS dan NAMD tidak tampak
adanya perbedaan dan GROMACS lebih cepat dalam menyimulasikan
pemodelan molekul, maka penulis lebih menyarankan menggunakan
GROMACS dalam melakukan simulasi pemodelan molekul pada penelitian
selanjutnya.
11
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR PUSTAKA
Akbarzadeh, A., Rezaei-Sadabady, R., Davaran, S., Joo, S.W., Zarghami,
N., Hanifehpour, Y., Samiei, M., Kouhi, M., dan Nejati-Koshki, K.,
2013. Liposome: classification, preparation, and applications. Nanoscale
Research Letters., 8 (1), 102.
Balazs, D.A., 2011. Liposomes for Use in Gene Delivery. Journal of Drug
Delivery., 2011.
Dimov, N., Kastner, E., Hussain, M., Perrie, Y., dan Szita, N., 2017.
Formation and purifcation of tailored liposomes for drug delivery using
a module-based micro continuous-fow system. Scientific Reports.,
(7)12045
Dwiastuti, R., Radifar, M., Noegrohati, S., dan Istyastono, E.P., 2016.
Molecular Dynamics Simulations and Empirical Observations on Soy
Lecithin Liposome Preparation. Indonesia Journal of Chemistry., 16 (2),
222–228
Han, Z., Wei, X., Xu, C., Chiang C,., Zhang, Y., Wu, R., dan Ho, W., 2016.
Imaging van der Waals Interactions. The Journal of Physical Chemistry
Letters., 1-31
Hansen, N., dan Gunsteren, W, F, V., 2014. Practical Aspects of Free-Energy
Calculations: A Review. Journal of Chemical Theory and Computation.
2014, 10, 2632-2647
Hudiyanti, D., Radifar, M., Raharjo, T.J., Narsito, N., dan Noegrohati, S.,
2014. A Coarse-Grained Molecular Dynamics Simulation Using NAMD
Package to Reveal Aggregation Profile of Phospholipids Self-Assembly
in Water. Journal of Chemistry., 2014.
Koshiyama, K. dan Wada, S., 2016. Collapse of a lipid-coated nanobubble
and subsequent liposome formation. Scientific Reports., 6 (1), 28164.
12
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Li, J., Wang, X., Zhang, T., Wang, C., Huang, Z., Luo, X., dan Deng,
Y.,2014. A review on phospholipids and their main applications in drug
delivery systems. Asian Journal of Pharmaceutical Sciences., 10 (2), 81–
98.
Marinez, L., Andrade, R., Birgin, E.G., and Martinez, J.M., 2009, Journal
Comput Chemistry., 30 (13), 2157–2164.
Marrink, S.J. dan Tieleman, D.P., 2013. Perspective on the MARTINI
model. Chemical Society Reviews., 42 (16), 6801.
Marrink, SJ., Risselada, H.J., Yefimov., Tieleman, D. P., dan de Vries, A, H.
, 2007.The MARTINI forcefield: Coarse grained model for biomolecular
simulations. Journal of Physical Chemistry B., 111(27), 7812-7824
Milano, G., 2013. A hybrid particle--field molecular dynamics approach: a
route toward efficient coarse-grained models for biomembranes.
Physical Biology.,10.
Trisilowati dan Mallet, D. G., 2012. In Silico Experimental Modeling of
Cancer Treatment. international Scholarly Research Network., 2012
Vacha, R., Jurkiewicz, P., Petrov, M., Berkowitz, M, L., Bo¨ckmann, R, A.,
Barucha-Kraszewska, J., Hof, M., dan Jungwirth, P., 2010. Mechanism
of Interaction of Monovalent Ions with Phosphatidylcholine Lipid
Membranes. Journal Physical Chemistry. B., 2010, 114, 9504–9509
Wagner, A. dan Vorauer-Uhl, K., 2011. Liposome Technology for Industrial
Purposes. Journal of Drug Delivery., 1–9.
13
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
LAMPIRAN
14
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Lampiran 1. Script mengubah all-atom menjadi Coarse-grained
package require psfgen
topology top_all27_prot_lipid_na.inp
segment A {
first none
last none
pdb DPPC_2400_A.pdb
}
coordpdb DPPC_2400_A.pdb A
writepdb DPPC_2400.pdb
writepsf DPPC_2400.psf
exit
15
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Lampiran 2. Script membuat koordinat file .psf
package require psfgen
resetpsf
topology martini-lipids.top
topology martini-protein.top
foreach S { A B C D E F G H } {
segment $S {
auto none
first none
last none
pdb cg_DPPC_2400_$S.pdb
}
coordpdb cg_DPPC_2400_$S.pdb $S
}
writepdb cg_DPPC.pdb
writepsf cg_DPPC.psf
exit
16
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Lampiran 3. Script solvasi box dengan molekul air
source /home/roygun/Skripsi/files/05-scripts/solvate.tcl
solvate psfcg_DPPC_2400.psf psfcg_DPPC_2400.pdb -o solvated -s WT -x 15
-y 15 -z 15 +x 15 +y 15 +z 15 -b 5 -spdb /home/roygun/Skripsi/files/02-
solvate-ionize/cg-waterbox/cgwaterbox-90W-10WAD-100A-QQQ.pdb
-spsf /home/roygun/Skripsi/files/02-solvate-ionize/cg-
waterbox/cgwaterbox-90W-10WAD-100A-QQQ.psf -stop
/home/roygun/Skripsi/files/04-cgc-top-par-files/martini-top/martini-
water.top -ws 100 -ks {name W WAF}
file delete combine.pdb
file delete combine.psf
file delete solvatade.log
exit
17
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Lampiran 4. Script menghilangkan bead air yang tumpang tindih dengan
molekul DPPC
package require psfgen
resetpsf
readpsf solvated.psf
coordpdb solvated.pdb
mol load pdb solvated.pdb psf solvated.psf
set watSel [atomselect top "name W WAF and within 5 of (not name W
WAF)"] set watInd [$watSel get index]
foreach ind $watInd {
set sel [atomselect top "index $ind"]
set seg [$sel get segname]
set res [$sel get resid]
delatom $seg $res
# puts "deleting lipid seg $seg resid $res"
$sel delete
}
writepdb solvated2.pdb
writepsf solvated2.psf
exit
18
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Lampiran 5. Script Ionisasi box
# use CG version of auto-ionze
source ../05-scripts/cg-ionize.tcl
# use auto-ionize as usual
autoionize -psf solvated2.psf -pdb solvated2.pdb -is 0.1 -o ionized
# clean up intermediate files
file delete solvated.pdb
file delete solvated.psf
file delete solvated2.pdb
file delete solvated2.psf
exit
19
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Lampiran 6. Script Minimisasi Energi pada NAMD
proc get_first_ts { xscfile } {
set fd [open $xscfile r]
gets $fd
gets $fd
gets $fd line
set ts [lindex $line 0]
close $fd
return $ts
}
#################################################
############
## JOB DESCRIPTION ##
#################################################
############
#
# Initial minimization of the coarse-grained system.
#
#################################################
###########
## ADJUSTABLE PARAMETERS ##
#################################################
###########
#set inputname
set outputname system-min
set restart 0
set temperature 310
cosAngles on
20
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
structure solvated.psf
coordinates solvated.pdb
temperature $temperature
firsttimestep 0
#################################################
############
## SIMULATION PARAMETERS ##
#################################################
############
# Input
paraTypeCharmm on
parameters /home/roygun/Skripsi/files/04-cgc-top-par-files/martini-
par/martini-protein-bonds.par
parameters /home/roygun/Skripsi/files/04-cgc-top-par-files/martini-
par/martini-protein-angles-cos.par
parameters /home/roygun/Skripsi/files/04-cgc-top-par-files/martini-
par/martini-protein-dihedrals.par
parameters /home/roygun/Skripsi/files/04-cgc-top-par-files/martini-
par/martini-all-nonb.par
parameters /home/roygun/Skripsi/files/04-cgc-top-par-files/martini-
par/martini-lipids-bonds-angles-dihedrals.par
# Force-Field Parameters
exclude 1-2
1-4scaling 1.0
cutoff 12.0
martiniSwitching on
21
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
switching on
PME off
switchdist 9.0
pairlistdist 14.0
dielectric 15.0
# Integrator Parameters
timestep 40.0
nonbondedFreq 1
stepspercycle 10
# Constant Temperature Control
langevin yes ;# do langevin dynamics
langevinDamping 1 ;# damping coefficient (gamma) of 1/ps
langevinTemp $temperature
langevinHydrogen off ;# don't couple langevin bath to hydrogens
# Periodic Boundary Conditions
if {1} {
cellBasisVector1 200.0070037841797 0 0
cellBasisVector2 0 199.97799682617188 0
cellBasisVector3 0 0 199.97799682617188
cellOrigin 100.140064025878906 100.07933807373047
100.30794525146484
}
wrapAll on
# Constant Pressure Control (variable volume)
useGroupPressure no
useFlexibleCell yes
useConstantArea no
22
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
useConstantRatio yes
langevinPiston yes
langevinPistonTarget 1.01325 ;# in bar -> 1 atm
langevinPistonPeriod 2000. #usually 2000 for RBCG system
langevinPistonDecay 1000. #usually 1000 for RBCG system
langevinPistonTemp $temperature
# Output
outputName $outputname
restartfreq 1000
dcdfreq 1000
xstFreq 1000
outputEnergies 100
outputPressure 100
#################################################
############
## EXECUTION SCRIPT ##
#################################################
############
if {$restart == 0} {
minimize 5000
reinitvels $temperature
}
23
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Lampiran 7. Script simulasi pemodelan menggunakan NAMD
set inputname system-min
set outputname system-npt-01
set restart 1
set pvmode "p"
set temode "t"
proc get_first_ts { xscfile } {
set fd [open $xscfile r]
gets $fd
gets $fd
gets $fd line
set ts [lindex $line 0]
close $fd
return $ts
}
set temperature 310
cosAngles on
structure solvated.psf
coordinates solvated.pdb
if {$restart == 1} {
bincoordinates $inputname.restart.coor
binvelocities $inputname.restart.vel
extendedSystem $inputname.restart.xsc
set currenttimestep [get_first_ts $inputname.restart.xsc]
COMMotion yes
else {
temperature $temperature
set currenttimestep 0
}
firsttimestep $currenttimestep
## SIMULATION PARAMETERS ##
24
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
# Input
paraTypeCharmm on
parameters /home/roygun/Skripsi/files/04-cgc-top-par-files/martini-
par/martini-protein-bonds.par
parameters /home/roygun/Skripsi/files/04-cgc-top-par-files/martini-
par/martini-protein-angles-cos.par
parameters /home/roygun/Skripsi/files/04-cgc-top-par-files/martini-
par/martini-protein-dihedrals.par
parameters /home/roygun/Skripsi/files/04-cgc-top-par-files/martini-
par/martini-all-nonb.par
parameters /home/roygun/Skripsi/files/04-cgc-top-par-files/martini-
par/martini-lipids-bonds-angles-dihedrals.par
# Force-Field Parameters
exclude 1-2
1-4scaling 1.0
cutoff 12.0
martiniSwitching on
PME off
switching on
switchdist 9.0
pairlistdist 14
dielectric 15.0
# Integrator Parameters
timestep 40
nonbondedFreq 1
stepspercycle 10
#Constraints and restraints
if {0} {
constraints on
consref .pdb
conskfile .ref
25
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
conskcol B
}
if {0} {
fixedAtoms on
fixedAtomsFile file
fixedAtomsCol O
}
# Constant Temperature Control
if {$temode == "t"} {
langevin yes ;# do langevin dynamics
langevinDamping 1 ;# damping coefficient(gamma)5/ps
langevinTemp $temperature
langevinHydrogen off ;# don't couple langevin bath tohydrogens
}
# Periodic Boundary Conditions
if {1} {
cellBasisVector1 200.0070037841797 0 0
cellBasisVector2 0 199.97799682617188 0
cellBasisVector3 0 0 199.97799682617188
cellOrigin 100.140064025878906 100.07933807373047
100.30794525146484
}
wrapAll on
#
#PME yes
#PMEGridSizeX 256
#PMEGridSizeY 256
#PMEGridSizeZ 256
#margin 5.0
# Constant Pressure Control (variable volume)
26
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
useGroupPressure no # no hydrogens in CG hence set this to no inspite
of 1 fs step
useFlexibleCell yes
useConstantArea no
useConstantRatio yes
if {$pvmode == "p"} {
langevinPiston yes
langevinPistonTarget 1.01325 ;# in bar -> 1 atm
#one may need to bump up the pressure constants at first
langevinPistonPeriod 2000. #usually 2000
langevinPistonDecay 1000. #usually 1000
langevinPistonTemp $temperature
}
# Output
outputName $outputname
restartfreq 1000
dcdfreq 1000
xstFreq 1000
outputEnergies 1000
outputPressure 1000
## EXTRA PARAMETERS ##
## EXECUTION SCRIPT ##
# Minimization
if {$restart == 0} {
minimize 20000
reinitvels $temperature
}
run 1000000
set totsimtime 2500000
run [expr $totsimtime - $currenttimestep]
27
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Lampiran 8. Script Minimisasi Energi menggunakan GROMACS
; Energy Minimization Script
define = -DFLEXIBLE ; pass to preprocessor
cpp = usr/bin/cpp ; location of preprocessor
constraints= none
integrator = steep ; steepest decents minimum (else cg)
nsteps = 5000
; Energy Minimizing Stuff
emtol = 10 ; convergence total force(kJ/mol/nm) is smaller than
emstep = 0.01 ; initial step size (nm)
nstcomm = 100 ; frequency or COM motion removal
ns_type = grid
rlist = 1.2 ; cut-off distance for short range neighbors
rcoulomb = 1.2 ; distance for coulomb cut-off
coulombtype = PME ; electrostatics (Particle Mesh Ewald method)
fourierspacing = 0.12 ; max grid spacing when using PPPM or PME
vdw-type = Shift
rvdw = 1.2 ; VDW cut-off
tcoupl = v-rescale
tc-grps = DPPC H2O AF
tau_t = 1.0 1.0 1
ref_t = 323 323 323
Pcoupl = berendsen
Pcoupltype = isotropic
tau_p = 2.0 ;parrinello-rahman is more stable with largertau-p, DdJ,
20130422
compressibility = 3e-5 3e-5 3e-5
ref_p = 1.0 1.0 1.0
gen_vel = no
28
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Lampiran 9. Script simulasi pemodelan menggunakan GROMACS
integrator = md
dt = 0.04
nsteps = 1000000
nstcomm = 100
comm-grps =
nstxout = 0
nstvout = 0
nstfout = 0
nstlog = 1000
nstenergy = 100
nstxout-compressed = 1000
compressed-x-precision = 100
compressed-x-grps =
energygrps = DPPC H2O AF
cutoff-scheme = group
nstlist = 10
ns_type = grid
pbc = xyz
rlist = 1.4
coulombtype = Shift
rcoulomb_switch = 0.0
rcoulomb = 1.2
epsilon_r = 15 ; 2.5 (with polarizable water)
vdw_type = Shift
rvdw_switch = 0.9
rvdw = 1.2
tcoupl = v-rescale
tc-grps = DPPC H2O AF
tau_t = 1.0 1.0 1
ref_t = 323 323 323
29
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Pcoupl = berendsen
Pcoupltype = isotropic
tau_p = 2.0 ;parrinello-rahman is more stable with larger tau-p,
DdJ, 20130422
compressibility = 3e-5 3e-5 3e-5
ref_p = 1.0 1.0 1.0
gen_vel = no
gen_temp = 323
gen_seed = 473529
constraints = none
constraint_algorithm = Lincs
30
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BIOGRAFI PENULIS
Roy Gunawan Wicaksono lahir di Sleman pada
tanggal 28 Februari 1996. Riwayat pendidikan formal
yang telah ditempuh oleh penulis adalah SD N 1
Nanggulan (2002-2008), SMP N 7 Yogyakarta (2008-
2011), SMA N1 Godean (2011-2014). Setamat dari
pendidikan SMA, penulis melanjutkan pendidikan ke
jenjang yang lebih tinggi di Fakultas Farmasi Sanata
Dharma Yogyaarta. Selama menjalani perkuliahan
penulis pernah aktif dalam beberapa kegiatan
kepanitian dan sebagai asisten praktikum Botani Farmasi (2016).
31
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI