Ada kesalahan di dalam gadget ini
Ada kesalahan di dalam gadget ini

Kamis, 09 Juni 2011

STRUKTUR DASAR DNA DAN RNA
1. BEDAKAN ASAM NUKLEAT DARI BIMOLEKUL LAIN DALAM HAL FUNGSI DAN TIPE SENYAWA PENYUSUN.
Jawaban :
Terdapat 4 biomolekul yang terdapat pada semua makluk hidup : Karbohidrat (polisakarida), Lemak, Protein (polipeptida) dan Asam nukleat yang terdiri atas DNA dan RNA.
Biomolekul Fungsi Senyawa penyusun
Karbohidrat (Polisakarida) - Sebagai molekul sumber energi utama pada makluk hidup.
- Berasosiasi dengan biomolekul lain seperti lipid menjadi konstituen pembentuk membran sel. Mis : glikolipid. - Monosakarida terdiri atas : glukosa, fruktosa, galaktosa dan manosa.
Lemak - Sebagai sumber energi bagi sel apabila tidak tersedia glukosa(kabohidrat).
- Penyusun utama membran sel misalnya : fosfilipid, glikolipid, kolesterol. - Asam lemak-asam lemak, gliserol (membentuk triasilgliserol).
Protein - Sebagai penyusun kompartemen / molekul seluler. Dapat berfungsi sebagai sumber energi jika tidak tersedia karbohidrat dan lemak (dalam keadaan puasa).
- Sumber asam-amino untuk sintesis protein sel baik protein fungsional (mis: enzim dan hormon) maupun struktural (bagian penyusun membran sel) - Asam-asam amino (20 asam amino)
Asam nukleat :
a. DNA






b. RNA
- Sebagai pembawa informasi genetik
- Meregulasi sel selama siklus sel



- Sebagai pembawa informasi untuk sintesis protein yang ditranskripsi dari DNA (fungsi mRNA)
- Templete dan tempat untuk sintesis protein (mRNA dan rRNA)
- Pembawa asam amino dari sitosol untuk sintesis protein (tRNA)
- 1) Basa nitrogen (purin & pirimidin). Purin terdiri atas guanin dan sitosin dan pirimidin terdiri atas adenin dan timin. 2). Gula deoksiribosa dan 3) fosfat sebagai punggung.
- Sama dengan DNA



2. TERANGKAN/TUNJUKKAN STRUKTUR DASAR MONONUKLEOTIDA, IKATAN-IKATAN APA PADA SETIAP BAGIAN.
Jawaban :
Satu mononukleotida terdiri atas 1 basa nitrogen, 1 gula pentosa (deoksiribosa pada DNA dan ribosa pada RNA) dan 1 atau lebih gugus fosfat. Gambar dibawah ini adalah contoh nukleotida DNA. Karena terdapat 4 jenis basa nitrogen maka terdapat 4 jenis nukleotida pada DNA demikian pulan pada RNA.

Ikatan antar basa nitrogen adalah ikatan hidrogen. Ikatan antara adenin dan timin terdiri atas 2 ikatan hidrogen sedangkan ikatan antara sitosin dan guanin terdiri atas 3 ikatan hidrogen. Ikatan antar fosfat adalah ikatan fosfodiester. (gambar dibawah).


3. TUNJUKKAN PERBEDAAN RIBOSA DAN DEOKSIRIBOSA.
Jawaban :

Nukleosida Deoksiadenisin (pada DNA) Nukleosida Adenosin (pada RNA)
- Pada deoksiadenosin tampak pentosa dalam hal ini ribosa kehilangan 1 atom oksigen pada gugus hidroksil atom C nomor 2 sehingga disebut deoksiribosa sedangkan
- Pada adenosin tidak kehilangan atom oksigen pada gugus hidroksil yang terikat pada atom C nomor 2.



4. SEBUTKAN JENIS-JENIS BASA NUKLEOTIDA
Jawaban :
1. Nukletoda Adenin
2. Nukletida Timin
3. Nukleotida Guanin
4. Nukleotida Sitosin
5. Nukleotida Urasil (pada RNA)

5. BEDAKAN NUKLEOSIDA DAN NUKLEOTIDA DAN SEBUTKAN SEMUA SENYAWA NUKLEOSIDA DAN NUKLEOTIDA DALAM SEL SEBANYAK JENIS BASANYA.
Jawaban :
Nukleosida terdiri atas 1 janis basa nitrogen berikatan dengan gula pentosa (deoksiribosa pada DNA dan ribosa pada RNA) sedangkan nukleotida terdiri atas 1 jenis basa nitrogen berikatan dengan gula pentosa deoksiribosa pada DNA dan ribosa pada RNA) ditambah dengan punggung gugus fosfat.



6. BASA-BASA NUKLEOTIDA YANG TIDAK MENYUSUN POLINUKLEOTIDA.
Jawaban :
Basa nukleotida yang tidak menyusun polinukleotida adalah : ATP, ADP dan AMP atau GTP, GDP dan GMP), NAD (nikotinamide adenin dinukleotida) dan flavin adenin dinukleotida. Nukleotida tersebut merupakan molekul berenergi tinggi.

Nukleotida fosfat lainnya yang bukan penyusun polinukleotida DNA dan RNA adalah :


7. BEDAKAN ANTARA IKATAN 2 UNIT MONONUKLEOTIDA DAN IKATAN ANTARA UNIT-UNIT YANG MEMBENTUK POLINUKLEOTIDA.
Jawaban :
Ikatan antara 2 unit mononukletida adalah ikatan pasangan basa nitrogen yang terbentuk oleh ikatan hidrogen. Sedangkan ikatan polinukleotida terdiri atas ikatan hidrogen (ikatan yang terbentuk antar basa nitrogen) dan ikatan fosfodiester (yang terbentuk antar punggung fosfat). [ Gambar / bentuk ikatan lihat no 2.]

8. SEBUTKAN CONTOH-CONTOH DINUKLEOTIDA YANG PENTING DALAM SEL DAN BERFUNGSI SEBAGAI APA?
Jawaban
Jenis Dinukleotida Fungsi
ATP, ADP dan AMP & GTP, GDP dan GMP Molekul berenergi tinggi yang merupakan energi biologis untuk aktifitas seluler.
NAD (nikotinamide adenin dinukleotida) - Sebagai koenzim
- Molekul karir pembawa tenaga pereduksi (proton) untuk sintesis ATP

FAD (flavin adenin dinukleotida) - Sebagai koenzim
- Molekul karir pembawa tenaga pereduksi ((proton) untuk sintesis ATP

9. TUNJUKKAN BAGAIMANA STRUKTUR PRIMER POLINUKLEOTIDA.
Jawaban :




Gambar Struktur Primer DNA (dalam bentuk double helix)

10. SEBUTKAN 3 JENIS RNA YANG PENTING, MASING-MASING TERDAPAT DIMANA DAN BERFUNGSI SEBAGAI APA?
Jawaban :
Jenis RNA Letak Fungsi
mRNA Ditranskripsi dari 1 fragmen/gen pada genome (DNA) dari inti sel dan ditranspor keluar inti sel untuk tujuan sintesis protein. Informasi genetik dalam bentuk deretan basa nitrogen pada mRNA merupakan templete untuk sintesis protein
rRNA Dibentuk dalam nukleolus yang ditranspor bersamaan dengan tRNA dan mRNA keluar inti sel Di sitosol rRNA bergabung dengan ribosom dan berperan sebagai tempat sintesis protein
tRNA Sda Di sitosol tRNA berikatan dengan satu jenis asam amino yang kemudian membawanya (transfer) pada mRNA sehingga terbentuk protein.


11. BEDAKAN RNA DAN DNA
Jawaban :
Karakteristik DNA RNA
Struktur molekul Terdiri atas untai ganda (double helix) Terdiri atas untai tunggal (singgle helix)
Molekul gula penyusun Deoksiribosa Ribosa
Basa nitrogen Purin : Adenin dan Guanin sedangkan pirimidin : Sitosin dan Timin Purin : Adenin dan Guanin sedangkan pirimidin : Sitosin dan Urasil
Fungsi Biologis Pembawa informasi genetik, direplikasi satu kali pada fase sintesis dalam siklus Sel.
Tidak akan meninggalkan inti sel Membawa informasi segmen/fragmen DNA tertentu (gen), untuk ditranslasi menjadi protein.
Disintesis di inti sel tetapi berfungsi di sitosol.

12. Apa yang memungkinkan terbentuknya struktur sekunder DNA!
Jawaban :
Struktur primer terutama dibentuk oleh pasangan basa antar nukleotida, yang kemudian membentuk polinukleotida DNA/RNA. Struktur sekunder umumnya dalam konformasi alfa helix dimana DNA dalam struktur ini memungkinkan pemanfaatkan ikatan hidrogen secara maksimal. Ikatan hidrogen dapat menstabilisasi ikatan antar mononukleotida DNA sehingga DNA menjadi lebih stabil. Struktur tertier adalah bentuk 3 dimensi dari DNA.

13. TERANGKAN MODEL DNA YANG DIHUBUNGKAN TERSEBUT.
Jawaban : Model DNA dalam struktur sekunder :


14. HUBUNGKAN STRUKTUR MOLEKUL DNA DAN FUNGSI BIOLOGISNYA.
Jawaban : struktur sekunder DNA memberikan penjelasan mekanisme replikasi DNA yang 99% akurat. Dalam struktur sekunder DNA double strand menjelaskan juga replikasi DNA terjadi dengan menurut model semikonservatif; dimana masing-masing untai menghasilkan replikan yang baru.

15. APA YANG DIMAKSUD INFORMASI GENETIKA DALAM DNA.
Jawaban :
Informasi genetik dalam DNA dapat dikatan sebagai totalitas gen (genom) yang membawa informasi sifat suatu species. DNA sering di lukiskan sebagai “cetakan biru” dari suatu species.


-----01/J*/09/ ------
Biologi Molekuler
Mokosuli Yermia Semuel, SSi, MSi

TUGAS I :
1. Apa yang dimaksud dengan informasi genetik ?
2. Di mana letak kunci pada struktur molekul DNA sehingga molekul DNA dikatakan bahan genetik, diwariskan dari induk ke keturunannya hampir tanpa kesalahan


PENYELESAIAN
1. Informasi Genetika
Informasi genetik adalah totalitas sifat-sifat atau karakter yang suatu indovidu/species yang terus menerus diwariskan dari induk kepada keturunannya. Informasi genetik pada makluk hidup tersimpan dalam Deoxyribonuleic acid (DNA) inti sel. Oleh karena itu DNA sering disebut sebagai genom.
2. DNA sebagai bahan atau materi genetik :
a. DNA dapat menggandakan dirinya secara akurat melalui proses replikasi. Sifat DNA yang dapat menggandakan dirinya secara identik disebut sifat autokatalitik.
b. DNA merupakan polinukleotida. Satu nukleotida tersusun atas fosfat, gula deoksiribosa dan satu jenis basa nitrogen. Basa nitrogen yang terdapat pada DNA adalah purin terdiri atas Adenin (A) dan Guanin (G) dan pirimidin terdiri atas atas Sitosin (C) dan Guanin (G). Adenin selalu berpasangan dengan Timin sedangkan Guanin selalu berpasangan dengan Sitosin oleh karena itu jumlah Adenin selalu sama dengan jumlah Timin dan Guanin selalu sama dengan Sitosin. Pasangan tersebut secara normal tidak akan bergantian. Hal ini menandakan bahwa pasangan basa nitrogen yang membawa informasi genetik bersifat konsisten dan relatif tetap sehingga tidak berubah. Sifat DNA yang konsisten menyabkan sifat/karakter suatu species terjaga. Keberadaan DNA ditandai dengan keberadaan makhluk hidup yang spesifik dan unik. DNA hanya ada pada makhluk hidup. Keberadaan DNA tersebut yang membedakan jenis makhluk, species, suku, atau keturunan tertentu dengan lainnya. Mengapa bayi yang dikandung seorang ibu tidak menjadi kucing, karena adanya perintah genetik dari DNA. Atau mengapa orangtua yang berkulit hitam, cenderung stabil menghasilkan anak yang berkulit hitam juga karena penjaga keturunan yang bernama DNA. Adanya cetak-biru DNA akan menjaga kelestarian jenis makhluk, species, suku, dan keturunan tertentu. Namun selain itu juga DNA akan memberikan keunikan tertentu kepada setiap individu. Artinya tidak akan ada dua individu yang sama persis, karena pasti ada sepersekian persen dari kombinasi DNA-nya yang berbeda. Kelestaraian dan keunikan yang menjadi hasil karya DNA tersebut berlaku baik pada faktor fisik ataupun karakter individu



Gambar Nukleotida
c. Dalam replikasi DNA dapat melakukan proses repair yaitu memperbaiki kesalahan pasangan basa nitrogen dalam replikasi sehingga informasi genetik yang diwariskan tidak akan berbeda dengan untai DNA induknya. Walaupun mutasi dimungkinkan terjadi tetapi DNA yang diwariskan akan melakukan proses repairing jika terjadi kesalahan pasangan basa yang membawa informasi genetik.
d. DNA memiliki struktur molekul yang stabil
e. DNA dapat membuat material genetik lainnya yaitu RNA (Sifat heterokatalitik) untuk menerjemakan informasi genetik menjadi protein sesuai kebutuhan seluler.























TUGAS II
Bagaimana aturan tata nama enzim restriksi


Penyelesaian
Enzim restriksi adalah enzim yang dapat memotong DNA pada tempat tertentu. Setiap enzim mempunyai sekuens pengenalan yang unik pada utas DNA, biasanya sepanjang 4-6 pasang basa.
Enzim ini awalnya diketahui berada pada sel bakteri yang digunakan sebagai mekanisme pertahanan ketika sel bakteri diserang oleh virus. Enzim ini pada bakteri akan memotong DNA virus sebelum virus mengendalikan replikasi DNA sel bakteri. Enzim ini pada bakteri tersebut bekerja dengan memotong ikatan gula deoksiribosa dan fosfat pada molekul DNA sehingga DNA menjadi potongan-potongan atau fragmen-fragmen.
Namun demikian saat ini enzim restriksi telah menjadi “gunting biologis” yang memungkinkan para ilmuwan mempelajari banyak gen dan melakukan rekayasa genetik dengan merekombinasi fragman DNA dalam satu species ataupun antar species sesuai yang diinginkan oleh peneliti.
Enzim restriksi mengenali urutan palindrom misalnya :
5’ GAATTC 3’
3’ CTTAAG 5’
Contoh kerja enzim restriksi :

Sekuens pengenal enzim restriksi
Sekuen pengenalan atau sering disebut juga situs pengenalan merupakan sekuen DNA yang menjadi tempat menempelnya enzim restriksi dan melakukan pemotongan pada sekuen tersebut.[4] Panjang sekuen pengenalan enzim restriksi berbeda-beda, seperti enzim EcoRI, SacI, dan SstI mempunyai sekuen pengenalan sepanjang 6 pasang basa, sedangkan NotI 8 pasang basa, dan Sau3AI hanya 4 pasang basa.[4] Kebanyakan dari enzim restriksi bersifat palindromik (palindromic) yang berarti sekuen pengenalan sama jika dibaca dari 5’ 3’ baik utas atas maupun utas bawah.[4] Contohnya adalah HindIII dengan situs pengenalan 5’-AAGCTT-3’ (utas atas)/3’-TTCGAA-5’ (utas bawah).[4]
Enzim restriksi yang berbeda, dapat mempunyai situs pengenalan yang sama, contohnya: SacI dan SstI.[5] Ezim yang mempunyai situs pengenalan yang sama disebut dengan istilah isoschizomers.[5] Dalam beberapa kasus, isoschizomers juga memotong DNA pada tempat yang sama, namun beberapa tidak demikian.[5]
Situs pengenalan pada enzim restriksi dapat pasti atau ambigu.[5] Seperti contohnya pada BamHI, enzim ini sudah pasti memotong pada sekuen GGATCC.[5] Sementara itu, situs pengenalan HinfI adalah GANTC.[5] N dalam situs pemotongan HinfI berarti dapat diganti oleh basa apa saja, inilah yang dimaksud dengan situs ambigu[5]. Contoh lainnya situs ambigu adalah XhoII.[5] Enzim ini mempunyai situs pemotongan PuGATCPy.[5] Pu merupakan singkatan dari purin (basa A atau G), sedangkan Py merupakan singkatan dari pirimidin (pyrimidine) (basa T atau C).[5] Jadi XhoII dapat mengenali dan memotong sekuen AGATCT, AGATCC, GGATCT dan GGATCC.[5]
Situs pengenalan satu enzim, dapat mengandung situs pengenalan enzim lainnya[5] Situs pengenalan BamHI mengandung situs pengenalan Sau3AI.[5] Oleh karena itu, semua sekuen pemotongan BamHI akan dipotong oleh Sau3AI, tapi tidak sebaliknya.[

Enzim Sekuen Pengenalan
BamHI GGATCC
CCTAGG
NotI GCGGCCGC
CGCCGGCG
Sau3AI GATC
CTAG
SacI GAGCTC
CTCGAG
Sst I GAGCTC
CTCGAG
HinfI GANTC
CTNAG
XhoII PuGATCPy
PyCTAGPu

Penamaan Enzim Restriksi
Pada dasarnya, penamaan enzim restriksi diambil dari nama bakteri yang menghasilkan enzim tersebut. Seperti contohnya enzim EcoRI yang memiliki pola:[1]
Kependekan Kepanjangan Deskripsi
E Escherichia genus
co coli species
R RY13 strain
I Urutan penemuan Urutan enzim yang ditemukan pada bakteri
Jenis-jenis enzim restriksi
Enzim restriksi secara tradisional dibagi menjadi 3 tipe berdasarkan komposisi subunit, posisi pemotongan, spesifisitas sekuens dan kofaktor yang diperlukan:[7]
Enzim restriksi tipe I
Enzim restriksi ini kompleks dengan multisubunit, memotong DNA secara acak dan jauh dari sekuens pengenalannya.[7] Pada awalnya enzim ini dikira langka; tapi setelah analisis sekuens genom, enzim ini ternyata umum.[7] Enzim restriksi tipe I ini memiliki pengaruh besar dalam biokimia, namun mempunyai nilai ekonomis yang rendah karena tidak dapat menghasilkan potongan fragmen DNA yang diinginkan sehingga tidak diproduksi.[7]
Enzim restriksi tipe II
Enzim ini memotong DNA dekat atau pada situs pengenalan.[7] Enzim ini menghasilkan fragmen-fragmen sesuai dengan yang diinginkan sehingga biasa digunakan untuk analisis DNA dan kloning gen.[7] Enzim tipe II yang umum digunakan adalah HhaI, HindIII, EcoRI, dan NotI; dan enzim-enzim tersebut tersedia secara komersil.[7] Enzim ini tergolong kecil dengan subunit yang memiliki 200-350 asam amino dan memerlukan Mg2+ sebagi kofaktor.[7] Selanjutnya enzim jenis tipe II yang umum, biasanya digolongkan sebagai tipe IIs, adalah FokI dan AlwI.[8] Enzim ini memotong diluar situs pengenalan, berukuran sedang, 400-650 asam amino, dan memiliki 2 domain khusus.[8] Domain pertama untuk berikatan dengan DNA, sedangkan domain yang satunya untuk memotong DNA.[8]
Enzim restriksi tipe III
Enzim restriksi tipe II ini merupakan enzim restriksi yang tidak digunakan dalam laboratorium.[8] Hal ini dikarenakan enzim ini memotong di luar situs pengenalan dan membutuhkan dua sekuen dengan orientasi berlawanan pada DNA yang sama untuk menyelesaikan pemotongan sehingga enzim ini jarang menghasilkan potongan sempurna.[
Hasil Pemotongan Enzim Restriksi
Enzim restriksi yang biasa digunakan dalam laboratorium biologi molekuler memotong molekul DNA pada situs pengenalan dan menghasilkan salah satu dari ketiga jenis pola hasil pemotongan.[5] Ketiga pola hasil pemotongan enzim restriksi sebagai berikut:[5]
[sunting] Ujung menggantung 5’
Enzim restriksi memotong secara asimetris pada situs pemotongan, menghasilkan hasil pemotongan memanjang pada ujung 5’.[5] Contoh enzim yang menghasilkan ujung menggantung 5’ adalah BamHI

[sunting] Ujung menggantung 3’
Enzim restriksi ini juga memotong secara asimetris pada situs pengenalan, namun menghasilkan hasil pemotongan memanjang pada ujung 3’.[5] Contoh enzim yang menghasilkan pola seperti ini adalah KpnI

[sunting] Ujung tumpul
Enzim ini memotong secara simetris antara kedua utas DNA sehingga menghasilkan ujung tumpul.[5] Contoh enzim yang menghasilkan pola seperti ini adalah SmaI

Pola ujung menggantung, baik yang 3’ ataupun 5’, sering disebut juga dengan ujung lengket (sticky ends) atau ujung kohesif (cohesive ends).[5] Pola seperti ini lebih mudah menempel (annealing) dengan pasangan DNA nya karena adanya ikatan basa antara ujung-ujung yang menggantung
Contoh Enzim Restriksi
Enzim restriksi yang umum digunakan berasal dari tipe II, berikut contohnya:[9]
Subtype Contoh Situs Pengenalan
Orthodox EcoRI G AATTC
CTTAA G
EcoRV GAT ATC
CTA TAG
BglI GCCNNNN NGGC
CGGN NNNNCCG
Type IIS FokI GGATGN9 NNNN
CCTACN9NNNN
Type IIE NaeI GCG CGC
CGC GCG
Type IIF NgoMIV G CCGGC
CGGCC G
Type IIT Bpu10I CC TNAGC
GCANT CG
BslI CCNNNNN NNGG
GGNN NNNNNCC
Type IIG Eco57I CTGAAGN14NN
GACTTCN14 NN
Type IIB BcgI NN N10CGATN6TGCN10NN
NNN10GCTN6ACGN10 NN
BplI NN4 N8GAGN5CTCN8N4N
NN4N8CTCN5GAGN8 N4N
Type IIM DpnI Gm^A TC
CT m^AG
^nukleotida yang termetilasi

Gambar situs-situs pemotongan enzim restriksi pada plasmid Bakteriofag (lamda vector)



Palindromic symmetry: Able was
I ere I saw Elba; Sex at noon taxes;
Eve is a sieve; A Santa at NASA, etc
(Also called inverted repeats.)



Gambar struktur enzim restriksi
Restriction enzymes are usually dimers of identical subunits, analogous to the symmetry of their binding sites in DNA.



TUGAS III
Buatlah ulasan tentang DNA finger printing

Penyelesaian
DNA finger printing teknik identifikasi dengan menggunakan DNA.
Proses DNA fingerprinting dimulai dengan mengisolasi DNA dari darah, semen, cairan vagina, akar rambut, kulitm sisa tulang atau sisa/bagian tubuh lainnya.
Apabila hanya sedikit jumlah DNA yang dapat digunakan untuk DNA finger printing maka fragmen DNA diperbanyak dengan teknik PCR (polymerase chain reaction).

Gambar Perbanyak DNA dengan teknik PCR

Setelah DNA diisolasi dan diamplifikasi menggunakan PCR maka DNA akan diperlakukan dengan enzim restriksi untuk memotong sekuensi nspesifik DNA tersebut. Hal ini didasarkan pada fakta bahwa tiap orang memiliki DNA yang spesifik, oleh karena itu pemotongan DNA tiap orang pada sisi yang berlainan. Ukuran fragmen yang berbeda disebut restriction fragment leght polymorphisms (RFLPs).
Fragmen DNA dapat diamati dengan memisahkan DNA berdasarkan ukuran fragmennya melalui gel elektroforesis.

Analsis RFLP
Setiap orang memiliki sekuens genetik yang disebut variable number tandem repeats (VNTRs). Setiap orang juga memiliki jumlah VNTRs yang berbeda. VNTRs menyebabkan ukuran RFLPs juga berbeda.


Gel Elektroforesis
Fragmen-fragmen DNA hasil pemotongan oleh enzim restriksi memisah satu dengan lainnya ketika melewati atau bermigrasi melalui gel agarose. Pemisahan molekul DNA sesuai ukurannya terjadi ketika arus listrik melewati gel agarose (gel elektroforesis).
Biologi Molekuler
Mokosuli Yermia Semuel, SSi, MSi

TUGAS I :
1. Apa yang dimaksud dengan informasi genetik ?
2. Di mana letak kunci pada struktur molekul DNA sehingga molekul DNA dikatakan bahan genetik, diwariskan dari induk ke keturunannya hampir tanpa kesalahan


PENYELESAIAN
1. Informasi Genetika
Informasi genetik adalah totalitas sifat-sifat atau karakter yang suatu indovidu/species yang terus menerus diwariskan dari induk kepada keturunannya. Informasi genetik pada makluk hidup tersimpan dalam Deoxyribonuleic acid (DNA) inti sel. Oleh karena itu DNA sering disebut sebagai genom.
2. DNA sebagai bahan atau materi genetik :
a. DNA dapat menggandakan dirinya secara akurat melalui proses replikasi. Sifat DNA yang dapat menggandakan dirinya secara identik disebut sifat autokatalitik.
b. DNA merupakan polinukleotida. Satu nukleotida tersusun atas fosfat, gula deoksiribosa dan satu jenis basa nitrogen. Basa nitrogen yang terdapat pada DNA adalah purin terdiri atas Adenin (A) dan Guanin (G) dan pirimidin terdiri atas atas Sitosin (C) dan Guanin (G). Adenin selalu berpasangan dengan Timin sedangkan Guanin selalu berpasangan dengan Sitosin oleh karena itu jumlah Adenin selalu sama dengan jumlah Timin dan Guanin selalu sama dengan Sitosin. Pasangan tersebut secara normal tidak akan bergantian. Hal ini menandakan bahwa pasangan basa nitrogen yang membawa informasi genetik bersifat konsisten dan relatif tetap sehingga tidak berubah. Sifat DNA yang konsisten menyabkan sifat/karakter suatu species terjaga. Keberadaan DNA ditandai dengan keberadaan makhluk hidup yang spesifik dan unik. DNA hanya ada pada makhluk hidup. Keberadaan DNA tersebut yang membedakan jenis makhluk, species, suku, atau keturunan tertentu dengan lainnya. Mengapa bayi yang dikandung seorang ibu tidak menjadi kucing, karena adanya perintah genetik dari DNA. Atau mengapa orangtua yang berkulit hitam, cenderung stabil menghasilkan anak yang berkulit hitam juga karena penjaga keturunan yang bernama DNA. Adanya cetak-biru DNA akan menjaga kelestarian jenis makhluk, species, suku, dan keturunan tertentu. Namun selain itu juga DNA akan memberikan keunikan tertentu kepada setiap individu. Artinya tidak akan ada dua individu yang sama persis, karena pasti ada sepersekian persen dari kombinasi DNA-nya yang berbeda. Kelestaraian dan keunikan yang menjadi hasil karya DNA tersebut berlaku baik pada faktor fisik ataupun karakter individu



Gambar Nukleotida
c. Dalam replikasi DNA dapat melakukan proses repair yaitu memperbaiki kesalahan pasangan basa nitrogen dalam replikasi sehingga informasi genetik yang diwariskan tidak akan berbeda dengan untai DNA induknya. Walaupun mutasi dimungkinkan terjadi tetapi DNA yang diwariskan akan melakukan proses repairing jika terjadi kesalahan pasangan basa yang membawa informasi genetik.
d. DNA memiliki struktur molekul yang stabil
e. DNA dapat membuat material genetik lainnya yaitu RNA (Sifat heterokatalitik) untuk menerjemakan informasi genetik menjadi protein sesuai kebutuhan seluler.























TUGAS II
Bagaimana aturan tata nama enzim restriksi


Penyelesaian
Enzim restriksi adalah enzim yang dapat memotong DNA pada tempat tertentu. Setiap enzim mempunyai sekuens pengenalan yang unik pada utas DNA, biasanya sepanjang 4-6 pasang basa.
Enzim ini awalnya diketahui berada pada sel bakteri yang digunakan sebagai mekanisme pertahanan ketika sel bakteri diserang oleh virus. Enzim ini pada bakteri akan memotong DNA virus sebelum virus mengendalikan replikasi DNA sel bakteri. Enzim ini pada bakteri tersebut bekerja dengan memotong ikatan gula deoksiribosa dan fosfat pada molekul DNA sehingga DNA menjadi potongan-potongan atau fragmen-fragmen.
Namun demikian saat ini enzim restriksi telah menjadi “gunting biologis” yang memungkinkan para ilmuwan mempelajari banyak gen dan melakukan rekayasa genetik dengan merekombinasi fragman DNA dalam satu species ataupun antar species sesuai yang diinginkan oleh peneliti.
Enzim restriksi mengenali urutan palindrom misalnya :
5’ GAATTC 3’
3’ CTTAAG 5’
Contoh kerja enzim restriksi :

Sekuens pengenal enzim restriksi
Sekuen pengenalan atau sering disebut juga situs pengenalan merupakan sekuen DNA yang menjadi tempat menempelnya enzim restriksi dan melakukan pemotongan pada sekuen tersebut.[4] Panjang sekuen pengenalan enzim restriksi berbeda-beda, seperti enzim EcoRI, SacI, dan SstI mempunyai sekuen pengenalan sepanjang 6 pasang basa, sedangkan NotI 8 pasang basa, dan Sau3AI hanya 4 pasang basa.[4] Kebanyakan dari enzim restriksi bersifat palindromik (palindromic) yang berarti sekuen pengenalan sama jika dibaca dari 5’ 3’ baik utas atas maupun utas bawah.[4] Contohnya adalah HindIII dengan situs pengenalan 5’-AAGCTT-3’ (utas atas)/3’-TTCGAA-5’ (utas bawah).[4]
Enzim restriksi yang berbeda, dapat mempunyai situs pengenalan yang sama, contohnya: SacI dan SstI.[5] Ezim yang mempunyai situs pengenalan yang sama disebut dengan istilah isoschizomers.[5] Dalam beberapa kasus, isoschizomers juga memotong DNA pada tempat yang sama, namun beberapa tidak demikian.[5]
Situs pengenalan pada enzim restriksi dapat pasti atau ambigu.[5] Seperti contohnya pada BamHI, enzim ini sudah pasti memotong pada sekuen GGATCC.[5] Sementara itu, situs pengenalan HinfI adalah GANTC.[5] N dalam situs pemotongan HinfI berarti dapat diganti oleh basa apa saja, inilah yang dimaksud dengan situs ambigu[5]. Contoh lainnya situs ambigu adalah XhoII.[5] Enzim ini mempunyai situs pemotongan PuGATCPy.[5] Pu merupakan singkatan dari purin (basa A atau G), sedangkan Py merupakan singkatan dari pirimidin (pyrimidine) (basa T atau C).[5] Jadi XhoII dapat mengenali dan memotong sekuen AGATCT, AGATCC, GGATCT dan GGATCC.[5]
Situs pengenalan satu enzim, dapat mengandung situs pengenalan enzim lainnya[5] Situs pengenalan BamHI mengandung situs pengenalan Sau3AI.[5] Oleh karena itu, semua sekuen pemotongan BamHI akan dipotong oleh Sau3AI, tapi tidak sebaliknya.[

Enzim Sekuen Pengenalan
BamHI GGATCC
CCTAGG
NotI GCGGCCGC
CGCCGGCG
Sau3AI GATC
CTAG
SacI GAGCTC
CTCGAG
Sst I GAGCTC
CTCGAG
HinfI GANTC
CTNAG
XhoII PuGATCPy
PyCTAGPu

Penamaan Enzim Restriksi
Pada dasarnya, penamaan enzim restriksi diambil dari nama bakteri yang menghasilkan enzim tersebut. Seperti contohnya enzim EcoRI yang memiliki pola:[1]
Kependekan Kepanjangan Deskripsi
E Escherichia genus
co coli species
R RY13 strain
I Urutan penemuan Urutan enzim yang ditemukan pada bakteri
Jenis-jenis enzim restriksi
Enzim restriksi secara tradisional dibagi menjadi 3 tipe berdasarkan komposisi subunit, posisi pemotongan, spesifisitas sekuens dan kofaktor yang diperlukan:[7]
Enzim restriksi tipe I
Enzim restriksi ini kompleks dengan multisubunit, memotong DNA secara acak dan jauh dari sekuens pengenalannya.[7] Pada awalnya enzim ini dikira langka; tapi setelah analisis sekuens genom, enzim ini ternyata umum.[7] Enzim restriksi tipe I ini memiliki pengaruh besar dalam biokimia, namun mempunyai nilai ekonomis yang rendah karena tidak dapat menghasilkan potongan fragmen DNA yang diinginkan sehingga tidak diproduksi.[7]
Enzim restriksi tipe II
Enzim ini memotong DNA dekat atau pada situs pengenalan.[7] Enzim ini menghasilkan fragmen-fragmen sesuai dengan yang diinginkan sehingga biasa digunakan untuk analisis DNA dan kloning gen.[7] Enzim tipe II yang umum digunakan adalah HhaI, HindIII, EcoRI, dan NotI; dan enzim-enzim tersebut tersedia secara komersil.[7] Enzim ini tergolong kecil dengan subunit yang memiliki 200-350 asam amino dan memerlukan Mg2+ sebagi kofaktor.[7] Selanjutnya enzim jenis tipe II yang umum, biasanya digolongkan sebagai tipe IIs, adalah FokI dan AlwI.[8] Enzim ini memotong diluar situs pengenalan, berukuran sedang, 400-650 asam amino, dan memiliki 2 domain khusus.[8] Domain pertama untuk berikatan dengan DNA, sedangkan domain yang satunya untuk memotong DNA.[8]
Enzim restriksi tipe III
Enzim restriksi tipe II ini merupakan enzim restriksi yang tidak digunakan dalam laboratorium.[8] Hal ini dikarenakan enzim ini memotong di luar situs pengenalan dan membutuhkan dua sekuen dengan orientasi berlawanan pada DNA yang sama untuk menyelesaikan pemotongan sehingga enzim ini jarang menghasilkan potongan sempurna.[
Hasil Pemotongan Enzim Restriksi
Enzim restriksi yang biasa digunakan dalam laboratorium biologi molekuler memotong molekul DNA pada situs pengenalan dan menghasilkan salah satu dari ketiga jenis pola hasil pemotongan.[5] Ketiga pola hasil pemotongan enzim restriksi sebagai berikut:[5]
[sunting] Ujung menggantung 5’
Enzim restriksi memotong secara asimetris pada situs pemotongan, menghasilkan hasil pemotongan memanjang pada ujung 5’.[5] Contoh enzim yang menghasilkan ujung menggantung 5’ adalah BamHI

[sunting] Ujung menggantung 3’
Enzim restriksi ini juga memotong secara asimetris pada situs pengenalan, namun menghasilkan hasil pemotongan memanjang pada ujung 3’.[5] Contoh enzim yang menghasilkan pola seperti ini adalah KpnI

[sunting] Ujung tumpul
Enzim ini memotong secara simetris antara kedua utas DNA sehingga menghasilkan ujung tumpul.[5] Contoh enzim yang menghasilkan pola seperti ini adalah SmaI

Pola ujung menggantung, baik yang 3’ ataupun 5’, sering disebut juga dengan ujung lengket (sticky ends) atau ujung kohesif (cohesive ends).[5] Pola seperti ini lebih mudah menempel (annealing) dengan pasangan DNA nya karena adanya ikatan basa antara ujung-ujung yang menggantung
Contoh Enzim Restriksi
Enzim restriksi yang umum digunakan berasal dari tipe II, berikut contohnya:[9]
Subtype Contoh Situs Pengenalan
Orthodox EcoRI G AATTC
CTTAA G
EcoRV GAT ATC
CTA TAG
BglI GCCNNNN NGGC
CGGN NNNNCCG
Type IIS FokI GGATGN9 NNNN
CCTACN9NNNN
Type IIE NaeI GCG CGC
CGC GCG
Type IIF NgoMIV G CCGGC
CGGCC G
Type IIT Bpu10I CC TNAGC
GCANT CG
BslI CCNNNNN NNGG
GGNN NNNNNCC
Type IIG Eco57I CTGAAGN14NN
GACTTCN14 NN
Type IIB BcgI NN N10CGATN6TGCN10NN
NNN10GCTN6ACGN10 NN
BplI NN4 N8GAGN5CTCN8N4N
NN4N8CTCN5GAGN8 N4N
Type IIM DpnI Gm^A TC
CT m^AG
^nukleotida yang termetilasi

Gambar situs-situs pemotongan enzim restriksi pada plasmid Bakteriofag (lamda vector)



Palindromic symmetry: Able was
I ere I saw Elba; Sex at noon taxes;
Eve is a sieve; A Santa at NASA, etc
(Also called inverted repeats.)



Gambar struktur enzim restriksi
Restriction enzymes are usually dimers of identical subunits, analogous to the symmetry of their binding sites in DNA.



TUGAS III
Buatlah ulasan tentang DNA finger printing

Penyelesaian
DNA finger printing teknik identifikasi dengan menggunakan DNA.
Proses DNA fingerprinting dimulai dengan mengisolasi DNA dari darah, semen, cairan vagina, akar rambut, kulitm sisa tulang atau sisa/bagian tubuh lainnya.
Apabila hanya sedikit jumlah DNA yang dapat digunakan untuk DNA finger printing maka fragmen DNA diperbanyak dengan teknik PCR (polymerase chain reaction).

Gambar Perbanyak DNA dengan teknik PCR

Setelah DNA diisolasi dan diamplifikasi menggunakan PCR maka DNA akan diperlakukan dengan enzim restriksi untuk memotong sekuensi nspesifik DNA tersebut. Hal ini didasarkan pada fakta bahwa tiap orang memiliki DNA yang spesifik, oleh karena itu pemotongan DNA tiap orang pada sisi yang berlainan. Ukuran fragmen yang berbeda disebut restriction fragment leght polymorphisms (RFLPs).
Fragmen DNA dapat diamati dengan memisahkan DNA berdasarkan ukuran fragmennya melalui gel elektroforesis.

Analsis RFLP
Setiap orang memiliki sekuens genetik yang disebut variable number tandem repeats (VNTRs). Setiap orang juga memiliki jumlah VNTRs yang berbeda. VNTRs menyebabkan ukuran RFLPs juga berbeda.


Gel Elektroforesis
Fragmen-fragmen DNA hasil pemotongan oleh enzim restriksi memisah satu dengan lainnya ketika melewati atau bermigrasi melalui gel agarose. Pemisahan molekul DNA sesuai ukurannya terjadi ketika arus listrik melewati gel agarose (gel elektroforesis).
STEM CELL AND HUMAN CLONING
Disusun oleh :
Mokosuli Yermia Semuel
UNIVERSITAS SAM RATULANGI
PROGRAM PASCASARJANA
PROGRAM DOKTOR ENTOMOLOGI
Desember 2010

STEM CELL AND HUMAN CLONING

1. STEM CELL
Stem cell adalah sel primordial yang dapat berkembang menjadi berbagai jenis sel. Stem sel terdapat pada tubuh orang dewasa juga terdapat pada embrio awal. Stem sel dapat dikulturkan dalam cawan petri dan sangat potensial digunakan untuk tepapi jaringan atau pergantian organ karena sifat stem sel yang dapat berdiferensiasi menjadi berbagai jenis sel penyusun berbagai jenis jaringan1.

Gambar Stem sel embrionik

Rekayasa Genetik Manusia berbasis stem sel
Rekayasa genetik manusia adalah perubahan gen atau kelompok gen pada sel manusia. Misalnya penyakit pada paru-paru yang disebabkan oleh defective genes pada sel-sel paru-paru; gen-gen yang menyebabkan penyakit tersebut dapat dipotong dan digantikan dengan gen yang tidak menyebabkan penyakit dengan menggunakan virus sebagai vektor rekombinan.


Rekombinasi gen pada sel yang menyebabkan penyakit pada manusia

Rekayasa genetik pada manusia dapat dilakukan pada sel-sel somatik dan sel-sel germinal. Pada sel-sel somatik dilakukan pada sel-sel tubuh tanpa mempengaruhi generasi berikutnya atau tidak diwariskan. Pada sel-sel germinal yang menjadi target adalh sel telur atau sperma atau pada embrio awal (morula dan blastula).

Gambar rekayasan genetik pada sel germinal manusia menggunakan stem sel

Transfer inti sel seomatik (cloning therapeutic) untuk menghasilkan sel-sel autolog yang digunakan dalam transplantasi. Autolog sel menghindarkan dari maslaah reaksi imun oada sel-sel asing yang digunakan sebagai sel-sel donor.

2. KLONING
2.1. Sejarah Kloning
Kloning pada tanaman dalam arti melalui kultur sel mula-mula dilakukan pada tanaman wortel. Dalam hal ini sel akar wortel dikultur, dan tiap selnya dapat tumbuh menjadi tanaman lengkap. Teknik ini digunakan untuk membuat klon tanaman dalam perkebunan. Dari sebuah sel yang mempunyai sifat unggul, kemudian dipacu untuk membelah dalam kultur, sampai ribuan atau bahkan sampai jutaan sel. Tiap sel mempunyai susunan gen yang sama, sehingga tiap sel merupakan klon dari tanaman tersebut.1
Kloning pada hewan dilakukan mula-mula pada amfibi (kodok), dengan mengadakan transplantasi nukleus ke dalam telur kodok yang dienukleasi. Sebagai donor digunakan nukleus sel somatik dari berbagai stadium perkembangan. Ternyata donor nukleus dari sel somatik yang diambil dari sel epitel usus kecebong pun masih dapat membentuk embrio normal.1,2
Sejak Wilmut et al. berhasil membuat klon anak domba yang donor nukleusnya diambil dari sel kelenjar susu domba dewasa, maka terbukti bahwa pada mammalia pun klon dapat dibuat. Atas dasar itu para ahli berpendapat bahwa pada manusia pun secara teknis klon dapat dibuat

1962 – John Gurdon claims to have cloned frog from adult cells.
1963 – J.B.S. Haldane coins the term ‘clone’
1966 – Establishment of the complete genetic code
1967 – Enzyme DNA ligase isolated
1969 – Shapiero and Beckwith isolate the first gene
1970 – First restriction enzyme isolated
1972 – Paul berg creates the first recombinant DNA molecules
1973 – Cohen and Boyer create first recombinant DNA organisms
1977 – Karl Illmensee claims to have created mice with only one parent
1979 – Karl Illmensee makes claim to have cloned threemice
1983 – Solter and McGrath fuse a mouse embryo cell with an egg without
a nucleus, but fail to clone their technique
1984 – Steen Wiladsen clones sheep from embryo cells
1985 – Steen Wiladsen clones sheep from embryo cells. Steen Wiladsen joins Grenad Genetics to comercially clone cattle
1986 – Steen Wiladsen clones cattle from differentiated cells
1986 – First, Prather, and Eyestone clone a cow from embryo cells
Human Genome Project begins
1996 – Dolly, the first animal cloned from adult cells, born
1997 – President Bill Clinton proposes a five year moratorium on cloning
1997 – Richard Seed announces his plans to clone a human
1997 – Wilmut and Campbell create Polly, a cloned sheep with an inserted
human gene
1998 – Teruhiko Wakayama creates three generations of genetically
identical cloned mice.

Definisi
Secara definisi, klon adalah sekelompok organisme hewan maupun tumbuh-tumbuhan yang dihasilkan melalui reproduksi aseksual dan berasal dari satu induk yang sama. Setiap anggota dari klon tersebut mempunyai susunan dan jumlah gen yang sama dan kemungkinan besar fenotipnya juga sama.1,2,3,4,5,6



2.2. Teknik Kloning
2.2.1. Transfer Nukleus
Transfer nukleus membutuhkan dua sel yaitu suatu sel donor dan suatu oosit atau sel telur. Telur matur sebelum dibuahi dibuang intinya atau nukleusnya. Proses pembuangan nukleus tadi dinamakan enukleasi. Hal ini dilakukan untuk menghilangkan informasi genetisnya. Ke dalam telur yang telah dienukleasi tadi kemudian dimasukkan nukleus (donor) dari sel somatik. Penelitian membuktikan bahwa sel telur akan berfungsi terbaik bila ianya dalam anfertilisasi, sebab hal ini akan mempermudah penerimaan nukleus donor seperti dirinya sendiri. Di dalam telur, inti sel donor tadi akan bertindak sebagai inti sel zigot dan membelah serta berkembang menjadi blastosit. Blastosit selanjutnya ditransfer ke dalam uterus induk pengganti (surrogate mother). Jika seluruh proses tadi berjalan baik, suatu replika yang sempurna dari donor akan lahir. Jadi sebenarnya setelah terbentuk blastosit in vitro, proses selanjutnya sama dengan proses bayi tabung yang tehnologinya telah dikuasai oleh para ahli Obstetri Ginekologi.7,8,9

Gambar Transfer Nukleus

2.2.1. Teknik Roslin
Kloning domba Dolly merupakan peristiwa penting dalam sejarah kloning. Tidak saja hal tersebut membangkitkan antusias terhadap kloning, melainkan juga hal tersebut membuktikan bahwa kloning binatang dewasa dapat disempurnakan. Sebelumnya, tidak diketahui bahwa suatu nukleus dewasa ternyata mampu memproduksi suatu hewan yang komplit. Bila terjadi kerusakan genetis dan deaktivasi gen yang sederhana maka kedua keadaan tersebut kemungkinan bersifat menetap.
Hal tersebut di atas bukanlah suatu kasus yang menyusul setelah penemuan oleh Ian Wilmut dan Keith Cambell tentang suatu metode yang mana mampu melakukan singkronisasi siklus sel dari kedua sel donor dan sel telur. Tanpa singkronosasi siklus sel, maka inti tidak akan berada pada suatu keadaan yang optimum untuk dapat diterima oleh embrio. Bagaimanapun juga sel donor harus berjuang untuk dapat masuk ke Gap Zero, atau stadium sel GO, atau stadium sel dorman.
Pertama, suatu sel (sel donor) diseleksi dari sel kelenjar mammae domba betina berbulu putih (Finn Dorset) untuk menyediakan informasi genetis bagi pengklonan. Untuk studi ini, peneliti membiarkan sel membelah dan membentuk jaringan in vitro atau diluar tubuh hewan. Hal ini akan menghasilkan duplikat yang banyak dari suatu inti yang sama. Tahap ini hanya akan bermanfaat bila DNA nya diubah, seperti pada kasus Polly, karena perubahan tersebut dapat diteliti untuk memastikan bahwa mereka telah dipengaruhi.
Suatu sel donor diambil dari jaringan dan dimasukkan ke dalan campuran, yang hanya memiliki nutrisi yang cukup untuk mempertahankan kehidupan sel. Hal ini menyebabkan sel untuk menghentikan seluruh gen yang aktif dan memasuki stadium GO. Kemudian sel telur dari domba betina Blackface (domba betina yang mukanya berbulu hitam = Scottish Blackface) dienokulasi dan diletakkan disebelah sel donor.
Satu sampai delapan jam setelah pengambilan sel telur, kejutan listrik digunakan untuk menggabungkan dua sel tadi, pada saat yang sama pertumbuhan dari suatu embrio mulai diaktifkan. Teknik ini tidaklah sepenuhnya sama seperti aktivasi yang dilakukan oleh sperma, karena hanya beberapa sel yang diaktifkan oleh kejutan listrik yang mampu bertahan cukup lama untuk menghasilkan suatu embrio


Gambar The young lamb named Dolly (left), with her surrogate mother, was created by cloning at the Roslin Institute

Jika embrio ini dapat bertahan, ia dibiarkan tumbuh selama sekitar enam hari, diinkubasi di dalam oviduk domba. Ternyata sel yang diletakkan di dalam oviduk lebih awal, di dalam pertumbuhannya lebih mampu bertahan dibandingkan dengan yang diinkubasi di dalam laboratorium. Akhirnya embrio tadi ditempatkan ke dalam uterus betina penerima (surrogate mother). Induk betina tersebut selanjutnya akan mengandung hasil cloning tadi hingga ianya siap untuk dilahirkan. Bila tidak terjadi kekeliruan, suatu duplikat yang persis sama dari donor akan lahir.
Domba yang baru lahir tersebut memiliki semua karakteristik yang sama dengan domba yang lahir secara alamiah. Dan telah diamati bila ada efek yang merugikan, seperti resiko yang tinggi terhadap kanker atau penyakit genetis lainnya yang terjadi atas kerusakan bertahap kepada DNA, dikemudian hari juga terjadi pada Dolly atau hewan lainnya yang dikloning dengan metode ini.

2.3. Manfaat Kloning
2.3.1. Alasan Dan Tujuan
Secara garis besar kloning bermanfaat:
1. Untuk pengembangan ilmu pengetahuan
Manfaat kloning terutama dalam rangka pengembangan biologi, khususnya reproduksi-embriologi dan diferensiasi.
2. Untuk mengembangkan dan memperbanyak bibit unggul
Seperti telah kita ketahui, pada sapi telah dilakukan embrio transfer. Hal yang serupa tentu saja dapat juga dilakukan pada hewan ternak lain, seperti pada domba, kambing dan lain-lain. Dalam hal ini jika nukleus sel donornya diambil dari bibit unggul, maka anggota klonnya pun akan mempunyai sifat-sifat unggul tersebut. Sifat unggul tersebut dapat lebih meningkat lagi, jika dikombinasikan dengan teknik transgenik. Dalam hal ini ke dalam nukleus zigot dimasukkan gen yang dikehendaki, sehingga anggota klonnya akan mempunyai gen tambahan yang lebih unggul.
3. Untuk tujuan diagnostik dan terapi
Sebagai contoh jika sepasang suami isteri diduga akan menurunkan penyakit genetika thalasemia mayor. Dahulu pasangan tersebut dianjurkan untuk tidak mempunyai anak. Sekarang mereka dapat dianjurkan menjalani terapi gen dengan terlebih dahulu dibuat klon pada tingkat blastomer. Jika ternyata salah satu klon blastomer tersebut mengandung kelainan gen yang menjurus ke thalasemia mayor, maka dianjurkan untuk melakukan terapi gen pada blastomer yang lain, sebelum dikembangkan menjadi blastosit.
Contoh lain adalah mengkultur sel pokok (stem cells) in vitro, membentuk organ atau jaringan untuk menggantikan organ atau jaringan yang rusak.
4. Menolong atau menyembuhkan pasangan infertil mempunyai turunan.
Manfaat yang tidak kalah penting adalah bahwa kloning manusia dapat membantu/menyembuhkan pasangan infertil mempunyai turunan. Secara medis infertilitas dapat digolongkan sebagai penyakit, sedangkan secara psikologis ia merupakan kondisis yang menghancurkan, atau membuat frustasi. Salah satu bantuan ialah menggunakan teknik fertilisasi in vitro. (in vitro fertilization = IVF). Namun IVF tidak dapat menolong semua pasangan infertil. Misalnya bagi seorang ibu yang tidak dapat memproduksi sel telur atau seorang pria yang tidak dapat menghasilkan sperma, IVF tidak akan membantu.
Dalam hubungan ini, maka teknik kloning merupakan hal yang revolusioner sebagai pengobatan infertilitas, karena penderita tidak perlu menghasilkan sperma atau telur. Mereka hanya memerlukan sejumlah sel somatik dari manapun diambil, sudah memungkinkan mereka punya turunan yang mengandung gen dari suami atau istrinya.

2.4. Hasil Penelitian Yang Telah Dilakukan
Hasil Penelitian Yang Telah Dilakukan Clonaid mengklaim bahwa telah lahir bayi pertama hasil kloning (Eva) dengan persalinan seksio sesarea pada 26 Desember 2002 dan bayi kedua di Eropa (Belanda) dari pasangan lesbian pada awal Januari 2003, dan bayi ketiga pada akhir Januari 2003 dari pasangan Jepang yang mana melakukan kloning dari putera mereka yang telah meninggal, plus bayi lainnya dari pasangan Arab Saudi dan seorang bayi berikutnya yang tidak dipublikasikan berkebangsaan apa16.


2.5. Tinjauan Bioetika Kloning
Hingga waktu ini sikap para ilmuwan, organisasi profesi dokter dan masyarakat umumnya adalah bahwa pengklonan individu yaitu pengklonan untuk tujuan reproduksi (reproductive cloning) dengan menghasilkan manusia duplikat, kembaran identik, manusia fotokopi yang berasal dari sel induk dengan cara implantasi inti sel tidak dibenarkan, tetapi untuk tujuan terapi (therapeutic cloning) dianggap etis.11,14,15,17

KESIMPULAN
Pemanfaatan stem sel mungkin dapat dilakukan untuk keperluan medis (pada sel somatik untuk perbaikan organ yang rusak akibat kecelakaan dll) selama tidak digunakan untuk proses propagasi manusia aseksual atau mengkloning manusia.
Seperti telah dikemukakan oleh Antinori dan Eibert (dalam BarnettJ1) kloning manusia merupakan upaya terakhir bagi pasangan infertil untuk mempunyai turunan, walaupun pada waktu ini masyarakat umum, terutama kaum agama masih menentang keras. Namun masih ada peluang pada suatu saat akan berubah. Hal tersebut terlihat antara lain pada waktu Zavos dan Antinori mengumumkan niatnya untuk melakukan kloning manusia sudah ada 10 pasangan infertil yang bersedia jadi relawan untuk percobaan tersebut.

DAFTAR PUSTAKA

1. ARHP [Assosiation Of Reproductive Healt Professionals] 2007. Human Cloning and Genetic Modification:The Basic Science You Need to Know. http://www.arhp.org/genetics
2. Barnett J. US Italian Experts Plan to Clone Humans”.E-mail: http://daily news. yahoo.com/h/nm/20010309/ts/italy-kloning-dc-2.html.
3. Wilmut I, Schnieke,AE.McWhirJ, Kind AJ,Campbell KHS.Viable offspring derived from fetal and adult mammalian cells,Nature,1999;385:810-3.
4. Stillman RJ. Human Kloning techniques.http://cac.psu.edu/~gsg 109/qs / em 01002.html.
5. Eibert, D.M. Human kloning, Myths. Medical Benefits and Constitutional Rights.U & I Magazine, Winter 1999 Edition.
6. Human Kloning Foundation. The benefits of human kloning. Internet: http: // www. humancloning.org/benefits.htm,1998.
7. Wertz DC.Proposed canadian “Human reproductive and genetic technologies act”.Internet://www.geneletter.org/0197/canadian.ht,1997.
8. Beardsley, T., March, 3 1997, A Clone in Sheep's Clothing, http://www.sciam.com /article. cfm?article ID=0009B07D-BD40-1C59- B882809EC588ED9F & page Number=1&catID=4.
9. Roslin Cloning Techniques, http://home.hawaii.rr.com/johns/art.htm
10. Honolulu Cloning Techniques, http://home.hawaii.rr.com/johns/aht.htm
11. Robinson BA. Ethical aspects of human cloning. http: //www. religioustolerance. org/kloning.htm.Last updated 1999,Feb-24.
12. Hanafiah MJ. Beberapa Isu Bioetika Dalam Obstetri Dan Ginekologi, Pidato Purnabakti Sebagai Guru Besar Tetap FK-USU,2003:3-7.
13. Shannon TA. An Introduction to Bioethics (Pengantar Bioetika), diterjemahkan oleh Bertens K. Penerbit PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta:1-6, 131-43.
14. Casartelli P Poll:Most Americans Say Kloningis Wrong.Internet: http: //princeton.edu/Poll.html,1997.
15. Samil RS. Masalah Bioetik dalam rekayasa Genetika Kedokteran, Pertemuan Nasional II Bioetika dan Humaniora. Bandung 31 Oktober – 2 Nopember 2002.
16. The American College of Obstetricians and Gynecologists. Ethics in Obstetrics and Gynecology, Washington DC, 2002.
17. Dixon, Patrick. Available from: http://www.human cloning latest news. htm.2003.
18. Subiyanto, Etika dalam Teknologi Reproduksi Buatan. Pertemuan Nasional II Bioetika dan Humaniora, Bandung, 31 Okt.-2 Nov.2002.

Kamis, 28 April 2011

METABOLISME

METABOLISME LIPID DAN PROTEIN

Metabolisme merupakan serangkaian reaksi yang melibatkan serangakai reaksi kimia yang terjadi didalam sel sedangkan bioenergetik mikroba mempelajari penghasilan dan penggunaan energi oleh mikroba. Mikroba melakukan proses metabolisme yang merupakan serangkaian reaksi kimia yang luar biasa banyaknya. Proses ini terdiri atas katabolisme yang merupakan proses perombakan bahan disertai pembebasan energi (reaksi eksergonik), dan anabolisme yaitu merupakan proses biosintesis yang memerlukan energi (reaksi endergonik). Penggunaan energy yang dimaksud adalah digunakan untuk sintesis komponen-komponen sel dan untuk kegiatan-kegiatan selular contohnya untuk pergerakan.
Pada pembahasan kali ini dikhususkan untuk mengetahui metabolism lipid dan protein yang dilakukan oleh mikroba.

Gambaran umum dari metabolism yang terjadi pada suatu sel, termasuk mikroorganisme
Bila sel mikroba merombak ikatan-ikatan kimiawi tertentu yang terdapat pada lipid dan protein selama metabolism, energy yang dilepaskan menjadi tersedia untuk melangsungkan kerja metabolism, baik untuk proses anabolisme maupun katabolisme.

Gambaran umum metabolism yang terjadi pada sel bakteri

Dalam lipid terdapat triasilgliserol yang banyak mengandung gugus -CH2- dimana pada setiap ikatan-ikatan C banyak tersimpan energy yang dapat digunakan untuk proses biosintesis. Pada gugus -CH2- pada rantai asam lemak merupakan bentuk simpan yang ideal untuk suplai energy metabolic. Zat ini dalam bentuk sangat tereduksi dan karenanya menghasilkan energy dua kali lipat lebih per gram karbohidrat apabila dipecah menjadi CO2 dan H2O.
Protein merupakan molekul organic yang sangat penting bagi kelangsungan hidup suatu organism termasuk mikroba. Unsur penting yang menyusun protein ini ialah nitrogen. Sehigga metabolism protein juga disebut dengan metabolism nitrogen. Tujuan utama dari prpses metabolism nitrogen adalah unruk membentuk komponen-komponen penting penyususun tubuh suatu mikroba. Tetapi selain metabolism protein juga berfungsi untuk pengahasil energy selain karbohidrat dan lipid. Karena pada terdapat ikatan -CH2- yang menyimpan energy. apabila dipecah menjadi CO2 dan H2O. bakteri nitrifikasi diwakili oleh dua jenis, Nitrosomonas dan Nitrobacter. Bersama-Sama bakteri ini dapat memenuhi oksidasi NH3 .



Jalur utama biosentetis sel prokariotik

METABOLISME LIPID
Bakteri dapat tumbuh pada beberapa substrat. Substrat tersebut dapat berupa glukosa (karbihidrat) tetapi dapat juga tumbuh disegala jenis substrat.Bakteri yang mampu tumbuh pada asam lemak dan lipid. Lipids merupakan bagian dari membranes organisme hidup dan jika tersedia (biasanya karena organisme yang menggunakan mereka meninggal) dapat digunakan sebagai sumber makanan. Lipids molekul yang besar dan tidak dapat diangkut di seluruh selaput. Bakteri memiliki extracellular enzymes disebut lipases bertanggung jawab atas peghancuran lipids. Lipases menyerang ikatan antara gliserin molekul oksigen dan asam lemak. sedangkang fhospholipids akan diuraikan oleh phospholipases. Metabolism lipid pada bakteri dapat berupa proses katabolisme lipid, dapat melalui proses β-oksidasi, dan proses anabolisme yang merupan proses pembentukan kembali lipid yang dapat digunakan dalam tubuh organism tersebut contohnya adah dalam pembentukan membrane sel.

Gambaran utama metabolism lipid
1. KATABOLISME LIPID
Katabolisme lipid hewan prokariotik dalam hal ini bakteri, sedikit memiliki perbedaan dengan katabolisme lipid pada hewan eukariotik. Karena pada bakteri belum mempunyai mitokondria, sedangan hewan eukariotik pada umunya sudah memiliki mitokondria. Perbedaan tersebut dapat terletak pada tempat terjadi katabolisme lipid. Lipid pada bakteri masuk melalui proses transport nutrient, setelah sebelumnya telah di pecah oleh enzim ekstra selular yaitu enzim lipase

Proses pengangkutan solute yang berupa lipid, dan karbohidarat dari luar sel kedalam sel prokariotik
Katabolisme lipid pada dasarnya adalah bagaimana suatu sel memperoleh energy dari nutrisi yang diporoleh, yang berasal dari luar sel ataupun yang tersipan dalam sel tersebut termasuk pada hewan prokariotik seperti bakteri. Katabolisme lemak memulai dengan asam lemak bebas. Yang dihasilkan dari intra sel maupun dari trigliserida simpanan yang dapat dihidrolisa oleh enzim lipase.
Lipids merupakan molekul yang besar dan tidak dapat diangkut di seluruh selaput. Bakteri memiliki extracellular enzymes disebut lipases bertanggung jawab atas rhirolisa lipids. Lipases memecahkan ikatan antara gliserin molekul oksigen dan asam lemak. Sedangkan phospholipids akan dihridolisis oleh phospholipases. Ada empat kelas phospholipases diberikan nama yang berbeda tergantung pada ikatan mereka. Hasil ini adalah pencernaan hydrophillic kepala molekul, gliserin dan fatty acid berbagai rantai panjang. Kepala dapat menjadi salah satu dari beberapa kecil molekul organik yang masuk ke dalam siklus TCA oleh satu atau dua reaksi yang kita tidak akan membahas di sini. Gliserin akan diubah menjadi 3-Phosphoglycerate (tergantung pada tindakan phospholipase C atau phospholipase D) dan akhirnya pyruvate melalui glycolysis.


Gambar proses pemecahan lipid menjadi gliserol dan asamlemak melalui phospholipase.
Sebelum masuk kedalam proses β-oksidasi, sebelumya asam lemak yang sudah terdapat pada sitoplasma sel diaktifan terlebih dahulu oleh penambahan Koenzim A.
Aktivasi dari Asam Lemak Bebas.
Asam lemak yang berada bebas dalam sitoplasma harus bereaksi dengan koenzim A dan ATP untuk menghasilkan suatu produk yang diaktifkan yaitu asail lemak CoA. Reaksi ini dikatalis dalam sitoplasma oleh suatu kelompok enzim yang dikenal secara kolektif sebagai tiokinase. Spesifitas dari enzim ditentukan oleh panjangnya rantai (panjang, pendek, sedang) substrat asam lemak. Reaksi merupakan suatu contoh dari pemecahan pirofosforil dari ATP. Setelah proses aktifasi dari asam lemak ini, selanjutnya produk yang teleh dihasilkan yaitu Asil KoA Lemak pada bakteri akan lansung masuk pada proses β-oksidasi untuk mengalami proses okidasi. Sedangkan pada eukariota seperti manusia harus melewati beberapa proses agar asil KoA ini dapat masuk ke dalam mitokodria untuk selanjutnya dioksidasi.
Proses aktivasi asam lemak oleh ATP menjadi Asil CoA lemak


β-oksidasi oksidasi
β-oksidasi oksidasi adalah merupakan sumber penghasil energy terbesar, dengan cara memutuskan ikatan karbon pada asam lemak. Pemutusan atom C dimulai dengan atom C β yaitu merupan atom C kedua.

Letak atom karbon β pada rantai suatu asam lemak berantai 16 atom karbon

Pasangan-pasangan reaksi berikut melakukan terhadap molekul-molekul CoA asil lemak menjadi satuan dua karbon (asetil KoA) yang berlangsung dua karbon sekali. Proses ini disebut suatu spiral dan bukannya siklus, karena “tiap putaran” membuat rantai asil lemak dua karbon. Gambar dibawah menunjukan keseluran dari proses β-oksidasi ini

Gambaran umum beta oksidasi
β-oksidasi terdiri dari beberapa tahap yaitu terdiri dari 4 proses utama:
─ Dehidrogenasi pertama
─ Hidratasi
─ Dehidrogenasi kedua
─ Thiolisis
1. Dehidrogenase/oksidasi pertama
Merupakan tahap awal dari β-oksidasi yang mengoksidasi CoA asil lemak dengan menggunakan sekelompok enzim yang disebut CoA asil lemak dehidrogenase. Seperti tiokinase, berbeda-beda anggota kelompok enzim yang serupa ini , bersikap spesifik terhadap bermacam-macam batas rantai (panjang, sedang, pendek) dalam substrat CoA asil lemak. Ini merupakan enzim yang memerlukan FAD dan FADH2 yang dihasilkan dan nantinya dapat dioksidasi kembali oleh rantai pernafasan pada tingkat fosforilasi oksidatif.


Dehidrogenase/oksidasi pertama, yang merupakan awal dari β-oksidasi


Pada proses dehidrogenase/oksidasi pertama ini terjadi:
─ Berperan pada pembentukan rantai ganda antara atom C2 – C3.
─ Mempunyai akseptor hidrogen FAD+.
─ Antara asam lemak yg berbeda panjangnya beda enzimnya, dan menghasilkan ∆2-trans-enoil CoA.

2. Hidratasi
Merupakan proses penambahan HOH kepada –CH=CH-. Ikatan rangkap dari enoil CoA dihridratasi untuk menghasilkan sebuah alkohol sekunder. Reaksi ini dikatalis oleh enoil hidratase. Jadi pada tahap ini terjadi:
─ Mengkatalisis hidrasi trans enoyl CoA
─ Penambahan gugus hidroksi pada C no. 3
─ Menghasilkan 3-L-hidroksiasil Co. A


Tahap hidratasi yang mrproses penambahan HOH kepada –CH=CH- yang menghasilkan3-L-hidroksiasil CoA
3. Dehidrogenase/oksidasi kedua
Dimana gugus fungsional alkohol sekuder dari 3-L-hidroksiasil CoA mengalami dehidrogenase mejadi keton oleh NAD+ oleh enzim yang disebut hidroksilasi CoA dehidrogenase. Untuk setiap mol yang dioksidasi, dihasilkan satu mol NADH, yang teroksidasi oleh rantai pernafasan. Pada Dehidrogenase/oksidasi kedua terjadi:
• Mengkatalisis oksidasi -OH pada C no. 3 / C β à menjadi keton
• Akseptor elektronnya : NAD+

Dehidrogenase/oksidasi kedua
4. Thiolisis
Merupakan proses penghapusan asetil KoA. Penghapusan dari unsur-unsur asetil CoA dari tahap-tahap yang telah terjadi sebelumnya. Pengahapusan ini akan menghasilkan gugus asil lemak dengan dua karbon lebih sedikit dari pada kita jumpai pada tempat pertama. Rekasi ini dikatalisis oleh enzim tiolase yang mereaksikan CoASH dengan molekul β-ketoasil CoA untuk menghasilkan asetil CoA dan satu molekul asil CoA lemak yang telah diperpendek.








Thiolisis yang merupakan proses penghapusan asetil KoA

Rantai asil lemak yang telah diperpendek ini dapat mengalami degradasi lebih lanjut oleh beta oksidasi, dengan mengulang tahap-tahap yang baru saja diuraikan.
Potensial untuk menghasilkan ATP dengan proses β-oksidasi ini besar. Jika asetil KoA yang dihasilkan, jika dioksidasi lebih lanjut lewat ke dalam siklus krebs, maka hasil total ATP tiap putaran dari β-oksidasi adalah: dapat dilihat pada table
Produk yang dihasilkan Jumlah ATP
─ Oksidasi 1 FADH2 (tahap 1, dioksidasi kembali lewat rantai pernafasan)
─ Oksidasi 1 NADH (tahap 2, dioksidasi kembali lewat rantai pernafasan)
─ Oksidasi asetil KoA lewat siklus krebs 1,5

2,5

10

Oksadasi Asam Lemak Tidak Jenuh
Oksidasi asam lemak tak jenuh memerlukan 2 enzim tambahan yaitu:
─ Enoyl CoA isomerase
─ 2,4 dienoyl CoA reduktase
Urutan oksidasi asam lemak yang baru saja dijelaskan memebrian lintaasan lintasan yang dilalaui oeh asam lemak jenuh, yaitu asam lemak yang hanya memiki satu ikatan tunggal pada rantai carbonnya. Asam lemak tak jenuh merupan asam lemak yana memeliki dua atau lebih ikatan rangkap. Ikatan ganda tersebut biasanya tidak berada pada letak spesifik pada rantai asam lemak, yang dapat dikatalisa oleh hidratase enoil-KoA, enzim yang biasanya mengkatalisis reaksi pertambahan air dengan ikatan ganda ∆2-enoil-KoA yang dihasilkan selama β-oksidasi asam lemak.
`akan tetapi, melalui kerja dua enzim pembantu, oksidsasi asam lemak yang dijelaska diatas dapat juga mengoksidasi asam lemak tidak jenuh. Kerja enzim ini, yang satu isomerase dan yang lain sebagai epimerase.

Oksadasi Asam Lemak Berkarbon Ganjil
Walaupun hamper semua lipid yang kita jumpai dialam mengandung asam lemak dengan jumlh atom karbon genap, asam lemak dengan jumlah atom ganjil ditemukan. Salah satu contoh dasr asam lemak berkarbon ganjil adalah asam propionate. Asam lemak berantai lemak ganjil, dioksidasi dengan lintasan yang sama seprti asam lemak berantai genap, dimulai pada ujung karboksil rantai ini. Akan tetapi, substrat bagi putaran terakhir rangkaian oksidasi asam lemak adalah asil lemak KoA, komponen asam lemaknya hanya memiliki 5 atom karbon. Bilamana molekul ini teroksidasi dan terurai , produknya adalah aseti KoA dan propionil- KoA.





Oksidasi propionil-KoA menjadi suksinil KoA


Molekul KoA tentulah dioksidasi pada siklus asam sitrat, tetapi propionil KoA dikarboksilasi menjadi stereoisomer D molekul metilmalonil-KoA oleh enzim yamg mengandung biotin yaitu karboksilase propionil-KoA. D metilmalonil-KoA yang dibentuk ini lalu mengalami epimerasi enzimatik membentuk L-nya oleh kerja metilmalonil epimerase. L-metilmalonil-KoA akan mengalami penyusunan intra molekul membentuk suksinil-KoA, yang dikatalis oleh metilmalonil-KoA mutase, yang memerlukan deoksiadenosilkobalamin sebagai koenzim. Molekul ini merupakan bentuk koenzim dari B12 atau kobalamin. Suksinil-KoA tentulah merupakan suatu senyawa antara siklus asam sitrat dan akhirnya berubah menjadi oksaloasetat.



BIOSINTESIS ASAM LEMAK
Lipids adalah penting dalam pembentukan struktur dan fungsi membrane sel prokariotik. Sintesis asam pada bacteria merupakan sintesis asam lemak tipe II. Terdapat 2 tipe dalam biosintesis asam lemak yaitu:
─ Sintesis asam lemak tipe I yang terjadi pada mamalia dan aves.
─ Sintesis asam lemak tipe II yang terjadi pada bacteri dan tanaman.
Biosintesis asam lemak bukan merupakan kebalikan dari degradasi asam lemak. Terdapat beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam sintesis asam lemak yaitu:
1. Lipogenesis terjadi dalam sitoplasma akibat bekerjanya suatu kompleks multienzim yang disebut kompleks asam lemak sintetase
2. Pada sintesis asam lemak memerlukan CO2
3. Sintesis asam lemak bukan merupakan kebalikan dari beta oksidasi. Sementara hasil akhir β-oksidasi adalah asetil KoA, maka pada pembangunan utama dari sintesis asam lemak adalah malonil KoA, yang merupan suatu turunan CO2 dan asetil KoA.
Apabila satuan malonil CoA ditambahkan kepada suatu rantai asam lemak yang sedang tumbuh , maka CO2¬ dilepaskan. Ini membuat penambahan bersih suatu satuan dua karbon kepada rantai asam lemak .


Pembentukan Malonil CoA
Asetil CoA karboksilase, suatu enzim yang memerlukan biotin yang mengkatalisis penambahan suatu gugus karboksil kepada asetil KoA sehingga menghasilkan produk yang berupa malonil KoA yang merupaka precursor utama dalam sintesis asam lemak.



Proses pembentukan malonil KoA dengan bantuan enzim aseti KoA karbosilase

Pembentukan rantai asam lemak
Reaksi dasar dalam pembentukan ikatan-ikatan karbon pada lipogenesis (sintesis asam lemak) dapat digambarkan sebagai berikut:
Gugus asil lemak + Gugus malonil Rantai lebih panjang dengan enzim terikat dengan enzim terikat enzim terikat


Reaksi yang menonjol pada sintesis asam lemak adalah bahwa senyawa antara asil dalam proses ini adalah senyawa tioester, bukan KoA separti yang terjasi pada asam lemak, tetapi merupakn protein dengan berat molekul yang lebih rendah yang disebut protein pembawa asil (ACP) yang mempuyai gugus SH-esensial.

Gambar perbandingan gugus prostetik dari ACP dan coenzim A

Protein pembawa asil
Seperti yang terlihat pada gambar dibawah, ACP bekerja sebagai suatu alat pembawa yang mengankut rantai asil lemak, yang terikat pada gugus –SH ujung akhir dari tingakatan perpanjangan rantai asam lemak yang satu ke rantai berikutnya didalam asam lemak sintetase komples. Daya kerja ACP, mengahpuskan diperlukannya suatu difusi acak zat pereaksi dari satu unit didaam kompleks ke unit lainnya.


Gugus prostetik dari ACP
Protein pembawa asil merupan protein kecil yang mengandung suatu gugus asam pentotenat terikat secara kovalen pada sisa serin dari protein dengan perantaraan jembatan fosfat. Gugus –SH pada ujung akhir dari bagian asam pentatonat dari ACP , memebetuk sebuah ikatan tioester dengan gugus asetil, gugus malonil atau gugus asil lemak.
O
R─C─S

Tahap-Tahap lipogenesis (sintesis asam lemak)
1. Permulaan lipogenesis.
Sebelum memulai tahap yang sebenarnya yang terlibat didalam pembentukan asam lemak, kedua gugus sufhidril harus dimuati oleh asil yang benar. Ini terjadi dari dua tahap enzimatik. Yang pertam dikatalisis oleh ACP transferase. Dimana gugus asetil-S-KoA dipindahkan ke gugus sistein –SH pada sintetase.

Asetil CoA + HS-ACP CoASH + asetil-S-ACP

Pada reaksi yang kedua , gugus malonil pada malonil-S-KoA dipindahkan pada gugus fosfopantein sufhidril ACP, suatu gugus asetil pada gugus sistein-SH, dan satu gugus malonil pada gugus fosfopantetein. Gugus asetil dari asetil-S-ACP untuk sementara pindah kegugus –SH suatu sisa sistein, bearti membebaskan ACP untuk penambahan gugus malonil.








2. Penambahan setiap unit 2-karbon
Pada pembahan setiap unit dua karbon tersebut memerlukan beberapa tahap yang harus dilalui, yaitu:
a. Tahap kondensasi.
Dalam tahap ini rantai asil lemak menjadi menjadi panjang dua karbon dengan perantaraan reaksi malonil-S-ACP dengan gugus asetil (atau asil lemak) terikat pada enzim pada tahap sebelumnya. Pada tahap pertama ini, gugus asetil dan gugus malonil yang berikata secara kovalen dengan gugus SH pada sintetase, mengalami reaksi kondensasi untuk membentuk suatu gugus asetoastil. Pada waktu yang bersamaa, dibebaskan molekul CO2. Reaksi ini dikatalis oleh 3-ketoasil-ACP sintetase



b. Tahap reduksi pertama
Molekul asetoasetat-S-ACP lalu mengalami reduksi pada gugus karbomil, dengan menggunakan NADPH sebagai pembawa elekron, untuk membentuk D-3-hidroksibutiril-S-ACP. Didalam reaksi ini dikatalis oleh 3-ketoasil-ACP-reduktase.

c. Tahap Dehidrasi
Pada tahap ketiga didalam intesis asam lemak, senyawa D-3-hidroksibutiril-S-ACP didehidrasi oleh 3-hidroksiasil ACP dehidratase untuk menghasilkan krotonil-S-ACP. Akhirnya reduksi dalam tahap ini menghasilkan gugus asil lemak, yang mengandung dualebih banyak dari pada yang memulai urutan tahapan ini.






d. tahap penjenuhan/ reduksi kedua.
pada tahap keempat ini, yang melengkapi satu putaran melalui kompleks sintetase asam lemak crotonyl-S-ACP direduksi atau dijenuhkan untuk membentuk butiril –S-ACP melalui aktifitas enoil-ACP reduktase. Disini, kembali NADH berperan sebagai pemberi elektron.








Putaran satu biosntesis lemak berakhir pada tahap ini. Dan untuk melanjutkan atau memulai putran reaksi selanjutnya, dalam hal perpanjangan rantai dengan unit 2-karbon lainnya, gugus malonil selnjutnya dipindahkan dari malonil KoA kegugus fosfopantein –SH pada ACP. Gugus butiril lalu meninggalkan gugus SH-sis dan menggantikan CO2 dari gugus malonil pada ACP-SH. Saat ini telah terdapat gugus asil 6 karbon, yang berikantan secara kovalen. Gugus 3-ketonya direduksi pada tiga tahap selanjutnya pada siklus sintase untuk menghasilkan gugus asil 6-karbon jenuh, sama seperti pada putaran pertama pada reaksi ini
Setelah melalui tujuh siklus seperti ini, dihasilkan palmomitoil –SH-ACP sebagai produk akhir. Proses perpanjangan ini berhenti pada karbon 16, dan asam palmitat bebas dilepaskan dari molekul ACP oleh aktifitas enzim hirolitik.












METABOLISME PROTEIN
Protein merupakan salah satu komponen penting yang ada dalam mikroba. Protein kadang –kadang diperkenalkan sebagai molekul makro pemberi keterangan karena urutan asam amino dari protein tertentu mencerminkan keterangan genetic yang terkandung dalam urutan basa dari bagian yang bersangkutan dalam DNA yang mengarahkan pada biosintesis protein. Metabolism nitrogen sering juga disebut dengan metaolisme senyawa nitrogen, kerana dalam protein terdapat unsure nitrogen yang menjadi tanda khusus dari protein ini. Metabolism nitrogen pada mikroorganisme dapat mencakup bagaimana organism tersebut dapat mengasimilasi maupun denitrifikasi terhadap nitrogen untuk digunakan dalam proses metabolism. Metabolism protein juga mencakup bagaimana proses katabolisme protein dan bagaimana prosses penyusunan (biosintesi) kembali dari protein tersebut.
Catabolism dari protein dan asam amino
Ingat bahwa protein adalah Polimer. Protein berukuran besar dan seperti lipids harus dihidrolisis menjadi potongan-potongan kecil sebelum diangkut ke dalam sel. Mikroba terutama bakteri extracellular enzymes disebut proteases yang mengubah protein menjadi monomer-monomernya yand disebut peptides. Sedangkan peptide-peptide tersebut dapat lagi diuraikan menjadi asam-asam amino. Ada berbagai proteases synthesized oleh sel dan masing-masing memiliki kekhususan yang berbeda. Yang digunakan dalam catabolism protein cenderung nonspecific dan menyerang atau menhidrolis berbagai ikatan peptide antara asam amino.
Peptides dihasilkan melalui hidrolis oleh enzim terebut, kemudian dapat diangkut ke dalam sel, melalui membrane sel. Didalam sel tersebut peptide dapat diturunkan menjadi asam amino. Beberapa di antara asam amino yang secara struktural mirip dengan intermediates penting dalam siklus TCA metabolis dan jalur utama lainnya adalah bahwa hal sederhana untuk mengkonversikannya menjadi "pusat metabolites". Asam-asam amino yang tersebut dapat diubah menjadi energy melalui siklus TCA yang dapat menghasilkan energy. Tetapi fungsi utama dari protein tersebut bukanlah untuk memperoleh energy.
Pada kebanyakan kasus ini melibatkan penghapusan yang gugus amino yang disebut deaminasi. Di bawah ini tercantum beberapa deaminatisi dan produk-produk yang dihasilkan dalam proses tersebut.
Asam amino
Reaksi
Produk

glutamate
oxidative deamination
2-oxoglutarate

aspartate
oxidative deamination
oxaloacetate

alanine
oxidative deamination
pyruvate

serine
deamination
pyruvate

valine
oxidative deamination
2-oxoisovalerate

leucine
oxidative deamination
2-oxoisocaproate

Sedangkan 2-oxoglutarate, oxaloacetate dan pyruvate adalah pusat metabolites dan dapat dengan mudah metabolized dalam TCA. 2-oxoisovalerate dan 2-oxoisocaproate dan tidak harus ditangani oleh catabolic jalur khusus. Jalan setapak ini akhirnya mengarah ke glycolysis atau siklus TCA.
Spesifikasi catabolic produk yang dihasilkan tergantung pada asam amino. Perlu diperhatikan adalah untuk memahami pola dimana protein akan dihidrolis menjadi asam amino. Asam amino yang telah dihidrolis tersebut, oleh berbagai jalur dapat masuk ke dalam siklus TCA untuk menghasilkan energi.

Gambaran umum katabolisme dari protein dan asam amino.
Katabolisme Asam Amino
Pengahapusan gugus –NH2 sering merupakan langkah pertama dalam katabolisme suatu asam amino. Ini terutama terjasi dengan salah satu proses:
─ Transaminasi
─ Deaminasi oksidatif.
1. Transaminase
Transaminasi dikatalisasi oleh enzim yang memerlukan piridoksal fosfat sebagai enzim. Transaminasi terlibat dari asam-asam amino berikut: alanin, arginin, asparagin, asam aspartat, sistein, isoleusin, lisin, fenialanin, triptofan,tirosin, dan valin. Ada dua jenis besar dari transaminase yaitu alanin transaminase, dan transaminase glutamate.
Glutamate transaminase
Alanin transaminasi
Ada beberapa transaminase glutamate yang spesifik bagi berbagai macam-macam asam amino, termasuk satu yang spesifik untuk L-alanin. Transaminase mempunyai akibat total untuk mengumpulkan dari berbeda-beda asam amino pada glutamate, yang merupakan suatu sumber nitrogen baik biosintesa.perhatikan juga bahwa piruvat dan α-ketoglutarat keduanya merupakan metabolic kunci dalam tata kerja transaminase, dan dengan demikian bertindak sebagai penghubung penting antara asam amino dan metabolism karbohidrat.
2. Deaminasi oksidatif.
Pada diaminse oksidatif, gugus amino suatu asam amino dioksidasi menjadi suatu fungsi imin yang kemudian terhidrolisa menjadi gugus fungsional keton. Jalan oksidatif utama adalah reaksi yang dikaalisasikan oleh L-glutamat dehidrigenase meskipun asam-asam amino oksidase dan dehidrogenase lain hadir pada metabolism. Reaksi yang dikatalisasikan oleh glutamate dehidrogenase merupan hubungan vital yang lain antara asam amino dan metabolism karbohidrat dan sekali lagi mengambarkan peranan pusat dari glutamate pada metabolism nitrogen. Enzim ini alosterik dan dapat terhalangi oleh ATP, GTP, dan NADH, serta teraktifkan oleh ADP, asam-asam amino tertentu. Enzim itu dapat menggunakan baik NAD+ maupun NADP+ sebagai koenzim. Ada beberapa macam deaminasi oksidatif yaitu:
1. - L asam amino oxidase

─ Merupakan deaminasi oksidatif yang memerlukan FMN sebagai coenzyme.
─ Deaminates kebanyakan terjadi secara alami dari L-asam amino
2. -D amino acid oxidase

─ D- asam amino yang ada pada tumbuhan dan dinding sel bakteri.
─ Tidak digunakan protein biosynthesis pada manusia dan binatang.
─ D-Amino acid adalah deaminasi oleh D-Amino acid oxidase yang menghasilkan amoniak dan asam keto keto.
─ Memerlukan FAD sebagai coenzyme.
3. Glutamate dehydrogenase

Memerlukan NAD sebagai koenzim

Asimilasi nitrogen
Nitrogen diperlukan terutama untuk sintesis dari asam amino dan nucleotides. Sumber nitrogen dapat diperoleh dari organik dan anorganik sebagai sumberya, namun secara keseluruhan tujuan yang paling penting adalah memindahkannya ke dalam sel mikroba dan kemudian mengkonversinya ke amonia dan asam amino. Mikroorganisme memiliki peranan sentral di hampir semua aspek ketersediaan nitrogen, sehingga dapat mendukung kehidupan di bumi:
─ beberapa bakteri dapat dikonversi N 2 menjadi amonia diistilahkan oleh proses fiksasi nitrogen, bakteri ini adalah salah satu hidup bebas atau bentuk asosiasi simbiotik dengan tanaman atau organisme lainnya bakteri lainnya menyebabkan transformasi dari ammonia ke nitrat, dan nitrat ke N 2 atau gas nitrogen
─ banyak bakteri dan jamur organik menurunkan masalah, tetap nitrogen untuk melepaskannya kembali oleh organisme lainnya
Siklus nitrogen
gambar di bawah ini menunjukkan ikhtisar dari siklus nitrogen di tanah air atau lingkungan. Setiap saat, besar proporsi dari total nitrogen tetap akan terkunci di dalam biomas atau sisa-sisa organism. Jadi, satu-satunya nitrogen tersedia untuk mendukung pertumbuhan dan biosintesis, akan diberikan oleh fiksasi nitrogen dari atmosfer (6 jalan dalam gambar) atau oleh pelepasan sederhana atau ammonium nitrogen organik campuran melalui dekomposisi organik (jalan 2) . Sebagian lainnya dalam tahap ini adalah siklus yang dtengahi khusus oleh kelompok microorganisme dan dijelaskan di bawah ini.




1. Nitrifikasi
Nitrifikasi merujuk kepada konversi ke ammonium ke nitrat (jalan 3-4). Hal ini yang bantu oleh nitrifying bakteri yang khusus untuk mendapatkan energi mereka oleh oksidasi ammonium, sedangkan dengan menggunakan CO 2 sebagai sumber karbon sintesis bahan organik. Pada prinsipnya yang oksidasi dari ammonium oleh bakteri ini tidak berbeda dengan cara di mana manusia mendapatkan energi oleh oksidasi Gula. Mereka menggunakan CO 2 untuk menghasilkan bahan.

Nitrifying bakteri yang ditemukan di sebagian besar tanah dan air, namun tidak aktif dalam tanah sangat asam. Contoh dari nitrifying adalah Nitrosomonas yang merupakan spesies - yang khusus mengkonversi ammonium menjadi nitrit (NO 2 -), sedangkan yang lain - misalnya Nitrobacter spesies, mengkoversi nitrit menjadi nitrat (NO 3 -- )
• Nitrifying Bacteria
Bakteri ini menghasilkan energi oleh oksidasi dan mengurangi bentuk nitrogen ke NO 2 atau NO3.
Nitrosomonas oxidizes amonia pada reaksi ...
NH 3 + 1 ¬¬1/2 O 2 HNO 2 + H 2 O

Gambar pengurangan amonia oleh bakteri nitrifying
Pada oksidasi electron oleh bakteri Nitrifying electron hasil oksidasi, disumbangkan langsung ke ETS dan tidak ada operator yang terlibat. Hasinya electron yang dihasilkan tersebut masuk ke dalam ETS. Pada ETS, proton yang telah terbentuk tersebut yang kemudian mempersatukan ATP dengan menggunakan ATP sintetase.

Gambar – produksi energi Nitrosomonas. Hanya dua enzymes, amonia monooxygenase (AMO) dan hydroxylamine oxidoreductase (Hao) yang terlibat dalam oksidasi dari ammonia ke nitrite.
Nitrite dapat bertindak lebih lanjut di lain nitrifying bakteri, Nitrobacter. Mikroba ini mengoksidasi nitrite ke nitrat menggunakan oksigen sebagai terminal penerima electron. Nitrobacter sering ditemukan bersama-sama dengan Nitrosomonas kerana produk akhir dari dari metabolismenya. Produk akhir dari metabolisme Nitrosomonas adalah energi substrat untuk Nitrobacter. Jenis asosiasi ini mungkin umum di lingkungan dan dalam hal ini menguntungkan baik organisme. Nitrobacter disediakan dengan substrat dan Nitrosomonas memiliki produk akhir dihilangkan, yaitu berupa nitrogen yang membantu metabolisme drive-nya.

2. Denitrification
Denitrification merujuk kepada proses dikonversinya ke nitrat adalah gas penyusunannya yaitu nitrogen (berhubung dgn sendawa oksida, nitro dan N 2) oleh mikroorganisme. Jika nitrat mengalami denitrification akan mengurangi gas nitrogen, sehingga nitrogen tersebut terlepas ke atmosfer. Urutan biasanya melibatkan produksi nitrite (NO 2 -) sebagai intermediate langkah ini akan ditampilkan sebagai "5" dalam diagram di atas. Beberapa jenis bakteri ketika melakukan konversi ini berkembang pada organik dalam hal kondisi anaerobic. Karena kurangnya oksigen untuk respirasi aerobik biasa, mereka menggunakan nitrat di tempat oksigen sebagai terminal electron penerimanya. Ini adalah istilah anaerobic respirasi dan dapat digambarkan sebagai berikut:
Karena ketiadaan oksigen, setiap substansi diturunkan seperti nitrat (NO 3 -) dapat memiliki peran yang sama dan akan dikurangi menjadi nitrit, berhubung dgn sendawa oksida, nitro atau N 2. Contoh dari denitrifying bakteri termasuk beberapa jenis Pseudomonas, dan Bacillus Alkaligenes
Fiksasi nitrogen
Nitrat dalam lingkungan alam relatif langka. Mikroba mampu menggunakan sumber nitrogen alternative dan memiliki beberapa keuntungan. Sekumpulan mikroba mampu mendapatkan nitrogen yang mereka butuhkan dari gas nitrogen. Gas nitrogen banyak tersedia dialambebas shingga mudah untuk diperoleh. Molekul nitrogen yang stabil tidak reaktif. Proses fiksasi gas nitrogen, merupan proses yang sangat memerlukan banyak energy. Gas nitrogen yang memiliki dua atom N dan untuk pengurangan molukul N ke amonia merupakan proses energi mahal. Banyaknya jumlah ATP, proton elektron dan diminta untuk mengurangi salah satu dari molekul gas nitrogen. Proses ini dibantu oleh nitrogenase

N 2 + 8H + + 8e - + 16ATP 2 NH 3 + H 2 + 16ADP i + 16P

Gambar pengurangan gas nitrogen untuk amonia oleh nitrogenase.
Enzim yang mengkatalisis reaksi ini disebut nitrogenase dan dibuat dari dua komponen protein, dinitrogenase reductase dan dinitrogenase. Dinitrogenase reductase mempersiapkan dan donor dua potensi tinggi elektron pada suatu waktu ke dinitrogenase. Berisi sebuah Fe-S pusat yang memegang elektron sebelum sumbangan. Dinitrogenase sebenarnya yang mengkatalisi pengurangan N 2. Mekanisme pengurangan yang tidak diketahui, tetapi pemikiran untuk melibatkan tiga 2e - transfer ke nitrogen. Pembentukan gas hidrogen selalu mendampingi pembentukan amonia oleh dinitrogenase dan merupakan proses boros

Bakteri merupan prokariotik yang satu-satunya dapat memfiksasi nitrogen.Beberapa dari mereka hidup mandiri dari organisme lainnya - yang disebut nitrogen-fixing bacteria yang hidup bebas Lain tinggal di intim simbiotik dengan tanaman atau asosiasi dengan organisme lain (misalnya protozoa). Contoh yang akan ditampilkan dalam tabel di bawah ini.
Contoh nitrogen-fixing bacteria (* menandakan sebuah bakteri photosynthetic)
Hidup bebas
Simbiotik dengan tanaman
Aerobik
Anaerobic (lihat Winogradsky kolom untuk informasi lebih lanjut) Kacang
Tanaman lain
Azotobacter
Beijerinckia
Klebsiella (ada)
Cyanobacteria (beberapa) * Clostridium (beberapa)
Desulfovibrio
Bakteri belerang ungu *
Ungu non belerang bakteri *
Bakteri belerang hijau * Rhizobium Frankia
Azospirillum




Fiksasi nitrogen simbiotik
Yang paling umum dari contoh nitrogen-fixing symbioses adalah akar dari kacang


Mewah di root nodules tinggi pengerasan, menampilkan dua sebagian digerus nodules (arrowheads) dengan isi berwarna pink. Warna ini disebabkan oleh adanya pigmen yang leghaemoglobin - metabolite yang unik dari jenis simbiosis. Leghaemoglobin ditemukan hanya dalam nodules dan tidak diproduksi oleh bakteri baik atau ketika tanaman tumbuh sendiri.
Dalam asosiasi ini leguminous bakteri biasanya adalah spesies Rhizobium, tetapi root nodules dari kedelai, dan beberapa lainnya chickpea kacang kecil yang dibentuk oleh-celled rhizobia diistilahkan Bradyrhizobium. Nodules pada beberapa leguminous tanaman tropis yang belum dibentuk oleh genera lainnya. Dalam semua kasus bakteri "menyerbu" tanaman dan menyebabkan pembentukan sebuah bintil oleh inducing setempat proliferasi dari tanaman host sel. Namun bakteri tetap dipisahkan dari host yang ditutupi oleh cytoplasm dalam selaput - fitur yang diperlukan dalam symbioses (lihat gambar di bawah). Nodules di tempat-nitrogen fiksasi ini terjadi, sel-sel tanaman berisi oksigen scavenging-molekul, leghaemoglobin (melayani fungsi yang sama seperti yang membawa oksigen-hemoglobin dalam darah). Fungsi ini molekul dalam nodules adalah untuk mengurangi jumlah oksigen bebas, dan dengan demikian untuk melindungi nitrogen-fixing nitrogenase enzim yang irreversibly inactivated oleh oksigen.




BIOSINTESIS PROTEIN
Sintesis dan / atau kumpulan asam amino ini penting untuk kelangsungan hidup sel. Mereka tidak hanya berfungsi sebagai blok bangunan untuk protein, tetapi juga sebagai tahap awal untuk sintesis dari banyak sel molekul penting termasuk vitamin dan nucleotides.
Dalam kebanyakan kasus, bakteri memilih menggunakan asam amino di lingkungan mereka daripada membuat dari awal. Memerlukan waktu yang cukup besar jumlah energi untuk membuat enzymes untuk jalan serta energi yang diperlukan untuk mengarahkan beberapa reaksi dari asam amino biosynthesis. Gen yang pada kode untuk sintesis asam amino enzymes dan enzymes sendiri berada di bawah pengawasan ketat dan hanya dihidupkan ketika mereka diperlukan.
Sintesis asam amino yang jalur dapat dikelompokkan menjadi beberapa unit logis. Unit ini secara umum mencerminkan mekanisme atau penggunaan umum enzymes yang mempersatukan lebih dari satu asam amino. Kategori ini adalah: reaksi sederhana, rantai cabang asam amino, asam amino aromatik, threonine / lysine, serine / glycine, dan jalur unik. Yang aromatik asam amino, threonine / lysine dan serine / glycine jalur umum memiliki awal dan kemudian bercabang untuk membentuk asam amino yang menarik. Perhatikan bahwa setiap jalan dimulai dengan pusat metabolite atau yang berasal dari "pusat metabolisme".

Sintesis asam amino
Reaksi sederhana
glutamine, glutamate, aspartate, asparagine dan alanine
Pada kebanyakan kasus ini amino acid dapat mempersatukan oleh satu langkah reaksi dari pusat metabolites. Mereka sederhana dalam struktur dan sintesis juga lurus ke depan.
Glutamate dapat disintesis oleh penambahan amonia ke-ketoglutarate
Sintesis dari glutamate
Glutamine dibuat oleh penambahan molekul lain amonia ke glutamate.
Sintesis dari glutamine
Sisa reaksi sederhana yang melibatkan transfer amino group (transamination) dari glutamate atau glutamine ke pusat metabolite untuk membuat asam amino yang diperlukan. Aspartate adalah mempersatukan oleh transfer dari amonia dari grup glutamate ke oxaloacetate.

Sintesis dari aspartate.
Asparagine dilakukan baik oleh transamination dari glutamine atau dengan menambahkan amonia langsung ke aspartate.

atau

Formasi yang asparagine. Perhatikan penggunaan AMP bukan ADP dalam reaksi ini. pembebasan ini energi yang diperlukan untuk mendorong sintesis.
Ada beberapa jalur dan kemungkinan besar adalah pembentukan alanine oleh transamination dari glutamate ke pyruvate. Jtransamination menggunakan valine bukan glutamate juga mungkin.

Gambar Sintesis dari alanine

















DAFTAR PUSTAKA
1. http://web.virginia.edu/Heidi/chapter25/chp25.htm/lipidbiosynthesis
2. http://medgenmed.medscape.com/content/lipidcatabolism
3. http://www.biochem.duke.edu/faculty/christian-raetz/research-interests&/ lipidbiosynthesis
4. http://osp.mans.edu.eg/medbiochem_mi/Cources/Biochemistry/2nd_year_medicine/Protein_metabolism
5. http://www.blc.arizona.edu/courses/bioc462b/grimes/nitrogen06
6. http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/N/NitrogenCycle
7. Page. S. P. 1989. Prinsip-prinsip biokimia. Edisi 2. Erlangga. Jakarta
8. Jawetz, dkk. 1996. Mikrobiologi kedokteran. Edisi 20. Penerbit buku kedokteran. EGC
9. Yeremia. M, dkk.2009. mikrobiologi. FIMA.UNIMA.
10. Strayer, L. 2000. Biokimia, jilid 2. Edisi 4. Penerbit buku kedokteran. EGC
11. Lehninger. 1982. Dasar-dasar biokimia. Jilid 2. Erlangga. Jakarta.
12. Michael, J. dkk. 2005. Dasar-dasar mikrobiologi. Jilid 1. UI-press. Jakarta.
13. Irianto, s. 2007. Mikrobiologi. Jilid 2. Dharma widya. Bandung.

Kamis, 24 Maret 2011