REKAYASA BIOPROSESREKAYASA BIOPROSES(BIOPROCESS ENGINEERING)(BIOPROCESS ENGINEERING)

Rekayasa biokimia/bioproses berkaitan dengan aplikasi proses biologis Rekayasa biokimia/bioproses berkaitan dengan aplikasi proses biologis pada skala industri. Bidang ini menghubungkan ilmu-ilmu biologi pada skala industri. Bidang ini menghubungkan ilmu-ilmu biologi (bilogical siences) dengan rekayasa kimia (chemical engineering). (bilogical siences) dengan rekayasa kimia (chemical engineering).

BiochemistryBiochemistry

Biology ChemistryBiology Chemistry Biochemical/Bioprocess Biochemical/Bioprocess

EngineeringEngineering BioengineeringBioengineering Chemical Engineering Chemical Engineering EngineeringEngineering

Peranan rekayasa biokimia/bioproses menjadi penting karena Peranan rekayasa biokimia/bioproses menjadi penting karena perkembangan pesat bioteknologi. perkembangan pesat bioteknologi.

Teknologi DNA rekombinant, misalnya, sudah dikembangkan oleh Teknologi DNA rekombinant, misalnya, sudah dikembangkan oleh ilmuwan/bioscinetist/biotechnologist pada skala lab.ilmuwan/bioscinetist/biotechnologist pada skala lab.

Kesuksesan komersialisasi/industrialisasi proses pembuatan produk Kesuksesan komersialisasi/industrialisasi proses pembuatan produk protein rekombinan memerlukan pengembangan proses skala protein rekombinan memerlukan pengembangan proses skala besar/skala industri yang efisien/ekonomis. besar/skala industri yang efisien/ekonomis.

Rekayasa biokimia/bioproses memerlukan dukungan ilmu-ilmu dasar Rekayasa biokimia/bioproses memerlukan dukungan ilmu-ilmu dasar (biological/chemical sciences), antara lain: Mikrobiologi, Biokimia, (biological/chemical sciences), antara lain: Mikrobiologi, Biokimia, Biologi Molekuler, Genetika dan lain-lain.Biologi Molekuler, Genetika dan lain-lain.

Ilmu lain (engineering sciences) yang tidak kalah pentingnya antara Ilmu lain (engineering sciences) yang tidak kalah pentingnya antara lain : Stoikiometri, Kinetika, Termodinamika, Proses Hilir/Satuan lain : Stoikiometri, Kinetika, Termodinamika, Proses Hilir/Satuan Operasi, dan lain-lain.Operasi, dan lain-lain.

DNA-RNA DAN PROTEINDNA-RNA DAN PROTEIN

KOMPONEN DASAR ASAM NUKELATKOMPONEN DASAR ASAM NUKELAT• Asam nukleat (DNA dan RNA) Asam nukleat (DNA dan RNA) →→ polimer nukleotida yang polimer nukleotida yang

tersusun atas gula (pentosa), basa nitrogen dan fosfat.tersusun atas gula (pentosa), basa nitrogen dan fosfat.BasaBasa

NukleosidaNukleosidaAsam nukleat = polimer nukleotidaAsam nukleat = polimer nukleotida PentosaPentosa

PhosphatPhosphat

PentosaPentosa1. Ribosa 1. Ribosa

2. Deoxyribosa2. Deoxyribosa

•Basa Nitrogen Basa Nitrogen

Adenin (A)Adenin (A)1. Purine 1. Purine

Guanine (G)Guanine (G)

Cytosin Cytosin

2. Pyrimidine Thymine2. Pyrimidine Thymine

Uracil Uracil

1. Ribonukleosida1. Ribonukleosida

2. Deoxyribonukleosida2. Deoxyribonukleosida

Basa adenin + ribosa Basa adenin + ribosa Adenosine Adenosine Basa guanine + ribosa Guanosine Basa guanine + ribosa Guanosine Basa Thymine + ribosa Basa Thymine + ribosa ThymidineThymidine Basa Cytosine + ribosa Basa Cytosine + ribosa CytidineCytidine Basa Urasil + ribosa Basa Urasil + ribosa UridineUridine

CONTOH SENYAWA CONTOH SENYAWA ADENOSINADENOSIN

Nukleosida yang mengandung deoxyribosa, dinamai dengan menggunakan Nukleosida yang mengandung deoxyribosa, dinamai dengan menggunakan awalan deoxy.awalan deoxy.Misalnya: Adenin dengan deoxyribosa Misalnya: Adenin dengan deoxyribosa deoxyadenindeoxyadenin

•• NukleotidaNukleotida Esther fosfat dari nukleosida Esther fosfat dari nukleosida

•Asam nukleatAsam nukleat

•• DNA DNA Rantai ganda yang saling berpilin satu sama lain. Rantai ganda yang saling berpilin satu sama lain. Rantai nukleosida yang panjang diikat oleh ikatan fosfat. Rantai nukleosida yang panjang diikat oleh ikatan fosfat. Antar rantai diikat oleh ikatan hidrogen melalui basa-basa dengan pasangan Antar rantai diikat oleh ikatan hidrogen melalui basa-basa dengan pasangan tertentu. tertentu.

G CG C C GC G

T AT A A TA T

DNA bertanggung jawab untuk menyimpan informasi dalam sel. Genome sel DNA bertanggung jawab untuk menyimpan informasi dalam sel. Genome sel mamalia membawa 2.5 - 3 milyar pasang basa informasi. mamalia membawa 2.5 - 3 milyar pasang basa informasi.

Manusia memiliki ± 3 milyar pasang basa yang

membentuk ± 100 ribu gen

⇒ Memerlukan lebih dari 200 ribu lembar kertas untuk

menuliskan pasangan basa tersebut

Seluruh makhluk hidup memiliki milyaran sel yang

mempunyai kemampuan menggunakan kode genetik

yang sama

⇒ Dimungkinkan untuk memindah-mindahkan gen

melewati batas spesies

ASAM DEOKSIRIBONUKLEATASAM DEOKSIRIBONUKLEAT

DNADNA

DOUBLE HELIX DNADOUBLE HELIX DNA

RNARNA Sama dengan DNA kecuali: Sama dengan DNA kecuali: Ribosa menggantikan deoxyribosa Ribosa menggantikan deoxyribosa Basa uracil menggantikan thymine Basa uracil menggantikan thymine Mayoritas RNA adalah rantai tunggal Mayoritas RNA adalah rantai tunggal

RNA = Messenger (mRNA)RNA = Messenger (mRNA)RNA = Transfer (tRNA)RNA = Transfer (tRNA)RNA = Ribosomal (rRNA)RNA = Ribosomal (rRNA)

FUNGSI DNA DAN RNA DALAM SINTESA PROTEINFUNGSI DNA DAN RNA DALAM SINTESA PROTEIN

Dogma sentral dalam biologi molekuler:Dogma sentral dalam biologi molekuler:

““Informasi tersimpan dalam DNA, ditranskripsikan ke dalam mRNA, dan olehInformasi tersimpan dalam DNA, ditranskripsikan ke dalam mRNA, dan oleh ribosom diterjemahkan (translasi) ke dalam bentuk protein” .ribosom diterjemahkan (translasi) ke dalam bentuk protein” .

““Asam amino pembentuk protein dibawa ke ribosom oleh molekul tRNA dengan Asam amino pembentuk protein dibawa ke ribosom oleh molekul tRNA dengan urutan asam amino menurut urutan yang ditentukan oleh urutan nukleotida padaurutan asam amino menurut urutan yang ditentukan oleh urutan nukleotida pada molekul mRNA”. molekul mRNA”.

Kode GenetikKode Genetik Ditentukan oleh urutan basa (A, G, C, T dan U)Ditentukan oleh urutan basa (A, G, C, T dan U) Kombinasi 1 atau 2 basa, tidak cukup untuk mengkode 20 asam aminoKombinasi 1 atau 2 basa, tidak cukup untuk mengkode 20 asam amino Kombinasi 3 basa, dapat membuat 4Kombinasi 3 basa, dapat membuat 433 = 64 kombinasi, 61 kombinasi (kodons) = 64 kombinasi, 61 kombinasi (kodons)

mengkode 20 asam amino, sementara 3 kombinasi untuk terminasi (sinyal stop) mengkode 20 asam amino, sementara 3 kombinasi untuk terminasi (sinyal stop) proses translasi. proses translasi.

KODE GENETIK (mRNA)KODE GENETIK (mRNA)

Basa IIIBasa III Basa IBasa I Basa II Basa II AA CC GG UUAA AA lyslys asnasn lyslys asnasn

CC thrthr thrthr thrthr thrthrGG argarg serser argarg serserUU ile ile ileile met*met* ileile

CC AA glngln hishis glngln hishisCC propro propro propro proproGG argarg argarg argarg argarg

UU leuleu leuleu leuleu leuleuGG AA gluglu aspasp gluglu aspasp C ala C ala alaala alaala alaala

GG glygly glygly glygly glyglyUU valval valval valval valval

UU AA **** tyrtyr **** tyrtyrCC serser serser serser serserGG **** cyscys trptrp cyscysUU leuleu phephe leuleu phe phe

* Inisiasi* Inisiasi** Stop** Stop

SINTESA PROTEINSINTESA PROTEIN

Transkripsi: pilihan DNA membuka, satu rantai digunakan sebagai Transkripsi: pilihan DNA membuka, satu rantai digunakan sebagai templat untuk pembuatan mRNA oleh enzim RNA polymerase templat untuk pembuatan mRNA oleh enzim RNA polymerase mRNA yang terbentuk merupakan komplemen dari RNA asli mRNA yang terbentuk merupakan komplemen dari RNA asli (kecuali thymine diganti uracil, dan deoxyribosa diganti ribosa). (kecuali thymine diganti uracil, dan deoxyribosa diganti ribosa). mRNA bergerak dari niti sel (nukleus) ke ribosome (dalam mRNA bergerak dari niti sel (nukleus) ke ribosome (dalam sitoplasma). Ribosom yang terdiri atas rRNA dan protein bertindak sitoplasma). Ribosom yang terdiri atas rRNA dan protein bertindak sebagai templat penempelan tRNA. tRNA mengandung antikodon sebagai templat penempelan tRNA. tRNA mengandung antikodon (komplemen dari kodon pada mRNA) yang akan menempel pada (komplemen dari kodon pada mRNA) yang akan menempel pada mRNA.mRNA.

Translasi: satu ujung tRNA membawa asam amino spesifik untuk Translasi: satu ujung tRNA membawa asam amino spesifik untuk molekul tRNA tertentu. Ketika mRNA berjalan melaui ribosom, molekul tRNA tertentu. Ketika mRNA berjalan melaui ribosom, mRNA berikatan berurutan dengan tRNA yang cocok. Ketika tRNA mRNA berikatan berurutan dengan tRNA yang cocok. Ketika tRNA terikat, asam amino terpolimerisasimembentuk protein. terikat, asam amino terpolimerisasimembentuk protein.

TRANSKRIPSITRANSKRIPSI

TRANSLASITRANSLASI

SINTESA PROTEINSINTESA PROTEIN