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).