BIOTEKNOLOGI
description
Transcript of BIOTEKNOLOGI
BIOTEKNOLOGI
MACAM-MACAM PANDANGAN BIOTEKNOLOGI
Wiseman : Principle of BiotechnologySmith, J.E. : Biotechnology PrincipleThorwald,E.: BiotechnologyBrown : Gene Clonning
PENDAHULUANBIOTEKNOLOGI :
Kesepakatan para ahli diberikan untuk / sinonim dengan : REKAYASA GENETIKA (genetic enggineering).
Tetapi lebih dari itu ada 3 pengertian tambahan :1. Isolasi dari makhluk hidup2. Ekstraksi Produk Metabolisme hasil manipulasi
gen, misal esktraksi produk hormon3. Studi Biologi (biomolekuler) dan Biokimia pada
sel hidup atau komponen sel atau keduanya dengan bantuan enzim
REKAYASA GENETIKA :Usaha memilih gen khusus kemudian
merekombinasikan sebagai DNA primer kemudian diinsersikan dan digandakan sebagai rekombinan DNA dalam sel (sel target)
BIOTEKNOLOGI (Definisi paling luwes)
PENERAPAN PRINSIP-PRINSIP SAINS DAN REKAYASA
TERHADAP PEMROSESAN BAHAN DENGAN
MENGGUNAKAN AGEN BIOLOGIK UNTUK
MENGHASILKAN BARANG DAN JASA
Bio(tekno)logi MolekulerPenerapan Ilmu mempelajari sifat, sifat, fungsi dan interaksi molekul-molekul yang ditemui pada organismeBiomolekul : Senyawa-senyawa kimia yang secara alami hanya ditemukan pada makhluk hidup.Komposisi Biomolekul suatu organisme akan menentukan suatu organisme Fungsi-fungsi kehidupan life functions pada dasarnya merupakan manifestasi interaksi biomolekul
BIOTEKNOLOGI MODERN Sama artinya dengan Manipulasi Gen = DNA RekombinanMenetapkan Peranan Gen Dalam Sel•DNA merupakan molekul utama kehidupan•DNA pemberi kode untuk tumbuh dan berbiak•DNA “otak” semua sel, dari DNA keluar perintah mengatur sifat dan jumlah jenis molekul•DNA pembuka rahasia cetak biru genetik makhluk hidup• DNA merupakan bahan genetik primer, terletak eksklusif pada kromosom sbg.histon
•DNA merupakan protein genetik,salah satu buktinya DNA pada virus
RUANG LINGKUP BIOTEKNOLOGI
Bioteknologi merpakan penerapan biosains dan teknologi penerapan organisme hidup atau komponen sub-selulernya pada industri jasa dan manufaktur serta pengelolaan lingkungan
Cakupan :• Transformasi kimia• Produksi sel/biomassa
1. Transformasi kimia :a. Pembentukan produk akhir : enzim, antibiotik,
asam organik, steroidb. Penguraian bahan baku : dekstruksi buangan
industri, degradasi tumpahan minyak2. Produksi Sel/Biomassa :• Produksi protein sel tunggal, produksi khamir
makanan (Food yeasts).Reaksi-reaksi kimia proses bioteknologi, bersifat• Katabolik : kompleks sederhana• Anabolik : sederhana kompleks
Keuntungan Proses Bioteknologi
1.Cenderung lebih ekonomis2.Pemakaian energi lebih sedikit3.Lebih aman >< proses
tradisional4.Residu dapat terurai, hingga tak beracun5. Jangka panjang memberikan harapan pemecahan masalah utama dunia : pangan, polusi, obat2an, sumber enersi baru.
Sejarah Evolusi Bioteknologi
1. Proses Bioteknologi Tidak steril2. Proses Bioteknologi steril3. Bioteknologi Makanan Minuman
Kuno (zaman Louis Pasteur)4 Bioteknologi Modern
a. Rekombinan DNA/Rekayasa genetika
b. Teknologi Enzim (amobilisasi enzim)c. Rekayasa Biokimia ( Bioreaktor
dengan Komputerisasi )d. Rekayasa Sistem Produksi (Sensor
baru)
REPLIKASI,TRANSKRIPSI,DAN TRANSLASI
Replikasi : Proses pembelahan asam nukleat untai ganda manjadi untai tunggal.Proses pembelahan untai gandamenjadi tunggal yang identik melalui proses replikasi “semi konservatif”Model replikasi :bentuk O,bentuk Y, D-loop,DNA sirkul;er, sirkuler berulang,
Garpu Replikasi
Garpu replikasi (Replication fork)
Melibatkan enzim-enzim1.Topoisomerase I (Gyrase)2.Helikase3.Single strand binding
protein (SSBP)4.Primase DNA polimerase III
partikel Okazaki5.DNA polimerase I lagging
strand6.DNA ligase
Penjelasan1.Primase :Sintesis RNA primer2.DNA Pol III: Sintesis untaianDNA baru3. DNA Pol I : Memindahkan primer RNA4. Helikase: Menyusunbentukan heliks5. SSBP: Stabilisasi untaian tunggal6. DNA ligase: Menggabungkan yang
masih terjadi gap7. Topoisomerase: mengurangi
terjadinya supercoils (bentukan seperti spiral yang mengganggu)
PROSES REPLIKASI DNA
1. Tahap Permulaan (Inisiasi)2. Tahap Pemanjangan (Elongasi,
Polimeri sasi)3. Tahap penghentian (Terminasi)
1. Tahap INISIASI :- Origin: Pemisahan dua untai DNA- Gelembung replikasi Garpu replikasi- Penyediaan bahan dasar d-
TTP,CTP,GTP,ATP- Pembentukan primer
. 2. Tahap Pemanjangan-1. Arah pemanjangan rantai 5’-3’-2. Nukleotida tersusun mpk komplemenDNA template -3. Pasangan DNA, A dengan T, C dengan G-4. Pasangan pada RNA A dengan U-Pemanjangan RNA “primer”,dengan kaidah :-5. “Primer RNA “ melekat di belakangnya.-6. Replikasi berlangsung kedua arah
3.Penghentian (Terminasi)
1. Pembuangan RNA primer pada potongan Okazaki
2. Memanjangkan rantai DNA dengan ligase, melepas RNA primer
3. Berhenti (stop)
TRANSKRIPSI
Transkripsi: Proses pembentukan RNA dari DNA
Ada 3 macam bentuk RNA :1. Messenger RNA (m-RNA)2. Transfer RNA (t-RNA)3. Ribosomal RNA (r-RNA)
Penjelasan m-RNA,t-RNA,r-RNA
• m-RNA: membawa sekuen pengkode a.a. dari suatu nukleotida atau lebih yang spesifik pada gen atau satu set gen
• t-RNA: penghubung untuk membaca informasi pada m-RNA dan mentransfer ke sistem sintesis protein
• R-RNA: molekul yang menyatukan diri dengan protein membentuk mesin sintesis protein. Molekul itu disebut ribosom
TRANSLASITranslasi: Penyusunan rantai
polinukleotida• Berlangsung dalam ribosom• Urutan a.a. disusun dengan bantuan
t-RNA• Susunan mengacu urutan kodon m-
RNA• Kodon pertama pada m-RNA di dekat
ujung 5’ berinteraksi dengan t-RNA yang telah membawa a.a. yang berada pada gugus terujung amino bebas molekul protein
• Demikian seterusnya pemanjangan rantai polinukleotida
Gen, Ekspresi Gen, dan Mekanisme Kerja Gen
• Gen ??• 1865MendelTeori Gen• 1900de Vries dkk. mengujimenerimaTeori
Mendel• 1902de Vries Teori mutasi• 1913Morgan Gen terdapat dlm kromosom• 1944Avery, Mc Leod, Mc Carty Gen = DNA• 1953Watson & Crick DNA heliks ganda
GENENZIM• 1961Brenner dan JacobsDNAm-
RNAProteinGen : POTONGAN URUTAN
NUKLEOTIDA(BASA N) YANG MAMPU MENGKODA PEMBANTUKAN RNA
PROTEIN
MEKANISME KERJA GEN• GARRORD (1909). Alkaptunoria
(penyakit metabolik herediter, karena ketiadaan suatu enzim pemecah cincin benzena pada urineurin mengandung cincin benzena.
GEN ENZIM ?• BEADLE & TATUM (1942). Mutasi pada
Neurospora crassa menyebabkan hilangnya enzim2 tertentu.GEN = ENZIM
LANJUTAN MEKANISME KERJA GEN
• PAULING (1949) Sickle Cell Diseases. Adanya Hb abnormal
GEN PROTEIN• BRENNER & JACOBS (1961)
menemukan m-RNA dikukuhkan “dogma sentral”
Gen (DNA) m-RNAProtein, penjabarannya :Urutan nukleotida DNA Urutan nukleotida RNA Urutan asam amino protein
UNSUR2 GENETIK PENGENDALI EKSPRESI GEN
Gen-gen yang berperan dalam pengendalian ekspresi gen adalah :
1. R = Represor, pengendali sistem enzim perangsang. Pada E. coli nampak adanya perangsang (inducers) timbul untuk membuat enzim β-galaktosidase (bila ada laktosa sebagai sumber makanan). Adanya laktosa sangat meningkatkan kecepatan RNA polimerase mengkode gen penghasil enzim β-galaktosidase
LANJUTAN UNSUR2 GENETIK PENGENDALI EKSPRESI GEN
• 2.P = PROMOTOR. Tanda mulai (start) untuk mensintesis RNA, pada tempat ini RNA polimerase mengikat diri pada permulaan suatu operon
• 3. O = OPERATOR. Tempat kedudukan untuk melekatnya perangsang represor
• 4. S = STRUKTURAL. Tempat kedudukan gen-gen untuk proses translasi (sesuai dengan kode-kode genetik yang menyusunnya)
MUTASIMutasi : Perubahan Genetik MenetapPercobaan in vitro membuktikan
bahwa ada :1. Mutasi Titik (Point Mutation):
Pengganti- an satu nukleotida dengan nukleotida lain.
2. Delesi (Deletion):Penghapusan satu atau lebih nukleotida
3. Insersi (Insertion): Penambahan satu atau lebih nukleotida
4. Unequal Cross Over: Persilangan gen menjadi tidak seiring/sesuai dengan pasangan aslinya
PENJELASAN MUTASI• Mutasi Titik :• Mutasi titik merupakan
penggantian satu nuleotida dapat merubah satu asam amino (a.a.) pada protein atau tidak
• Bila perubahan tsb. tidak merubah a.a., maka mutasi tsb. hanya dapat diketahui dengan menentukan urutan nukleotida pada DNA atau m-RNA disebut Mutasi tersembunyi (Silent Mutation) Contoh : UUG Leu
UUA Leu
LANJUTAN PENJELASAN MUTASI TITIK
• Bila penggantian nukleotida merubah asam amino :UUGleu UUGleu UUGleu
UUCphe UCGser GUGvalada 3 macam akibat :
• Fungsi protein tak terganggu• Fungsi ptoein menurun• Protein tak berfungsi• Terminasi prematur, Contoh : CAAUAA
stop
PENJELASAN DELESI dan INSERSI
• Delesi: Terhapusnya satu atau lebih nukleotida menyebabkan terjadinya pergeseran tanda baca.
• Protein menjadi tidak berfungsi• Tanda baca tak berubah bila delesi
meliputi 3 nukleotida secara berurutan• Insersi : Penambahan nukleotida juga
menyebabkan pergeseran tanda baca • Protein tak berfungsi• Terminasi prematur• Unequal Cross Over : Sudah jelas di pel.
Genetika SLTA/SMU
KL0NING (1)Latar Belakang Pentingnya Kloning (DNA
Rekombinan):
- Belum jelasnya transkripsi dan translasi, dan kode genetik pada gen-genTuntutan: Sifat gen harus dapat diwariskan
- Tuntutan: Mekanisme kerja gen harus dapat diramalkan hasilnya
- Tuntutan: Peningkatan kualitas dan uantitas pada dunia aplikasi
KLONING (2)Pengertian Kloning Gen :1 Fragmen DNA diinsersikan pada DNA
sirkuler sebagai vektor sbg. Wahana,2 Vektor pembawa gen masuk ke
dalam tuan rumah (host), biasanya baketri,
3 Vektor berreplikasi4 Sel tuan rumah membelahreplikasi
vektor selanjutnya5 Klon sel host yang identikklon
mengandung 1 atau lebih mol DNA rekombinan
Langkah2 Dasar dlm Kloning Gen
1. Memotong Gen2. Menyisipkan Gen pada Vektor3. Menata Mol. DNA Rekombinan4. Memasukkan ke dlm sel tuan
rumah5. Multiplikasi Mol. DNA
Rekombinan dlm. Sel tuan rumah
6. Perbanyakan Sel7. Pengujian klon2 sel yang yang
mengandung DNA rekombinan di media agar (padat)
Pengamatan dengan Elektroforesis
Southern Blotting
Agrobacterium
Wahana/Vektor/Vehicle
Wahana: Pembawa gen masuk ke dlm. Sel tuan rumah
Harus memiliki sifat:1. Mampu memasuki sel tuan
rumah2. Mengadakan replikasi utk.
Menghasilkan kopi (bertanggung jawab atas hasil replikasinya)
Ada 2 mol alamiah wahana :1. Plasmid2. Kromosom virus/bakteriofaga
Ciri2 Dasar PlasmidCiri dasar plasmid :• DNA sirkuler yang terdapat bebas
dalam sel bakteri• Membawa satu gen atau lebih yang
mempunyai ciri-ciri penting• Semua plasmid memiliki paling
sedikit satu urutan DNA yg. bertindak sbg. asal replikasi
• Berapa plasmid dpt. Mengadakan replikasi
Contoh:* Kemampuan hidup bakteri dlm
antibotik disebabkan permbawa gen resisten antibiotik
Kopi Plasmid
• Faktor yang berpengaruh thd. jumlah molekul plasmid dlm. bakteri blm. diketahui
• Jumlah kopi tiap plasmid khas 1-50
• Kopi plasmid bermampuan terhadap sifat resistensi thd. antibiotik
• Ukuran molekul kecil < 10 kilobasa (Molekul besar cenderung pecah waktu pemurnian & Lebih sulit dimanipulasi
Klasifikasi PlasmidAda 5 jenis utama:1. Plasmid fertilitas (“F”), hanya membawa
gen tra, hanya melakukan transfer gen dgn. cara konjugasi. Contoh: Plasmid F. E.coli.
2. Plasmid Resistensi (“R”), membawa gen penyebab resistensi bakteri. Contoh: RP4
3. Plasmid Col.: Mengkode Kolisin.Contoh: Pada E.coli.
4. Plasmid Degradatif. Memetabolisme mol. Yang tidak biasa. Contoh: Plasmid. Tol.
5. Plasmid Virulensi. Penyebab patogenitas pada bakteri tuan rumah. Contoh: Plasmid Ti
Gambar-gambar Plasmid (1)
Gambar-gambar Plasmid(2)
Gambar-gambar Plasmid (3)
Mikroba mengandung plasmid (4)
Gambar Plasmid pBR322
Gambar Plasmid pUC18/19
Plasmid makhluk tk. rendah -
tk.tinggi • Pada Saccharomyces
cerevisiae 2μm circle• Pencarian plasmid pada
eukariota (filamentosa, tanaman, hewan) selalu gagal, diperkiranakan pada organisme tingkat tinggi memang tidak punya plasmid.
Bakteriofaga
Bakteriofaga: virus yang menginfeksi bakteri
• Struktur: Sederhana t.d. 1 mol. DNA (kadang-kadang RNA) membawa sejumlah gen, “tubuhnya” dikelilingi kapsid.
Microinjection
Melakukan Microinjection