BIOTEKNOLOGI

1. BIOTEKNOLOGI MACAM-MACAM PANDANGAN BIOTEKNOLOGI Wiseman : Principle of Biotechnology Smith, J.E. : Biotechnology Principle Thorwald,E. : Biotechnology Brown : Gene Clonning

2. PENDAHULUAN BIOTEKNOLOGI : Kesepakatan para ahli diberikan untuk / sinonim dengan : REKAYASA GENETIKA (genetic enggineering). Tetapi lebih dari itu ada 3 pengertian tambahan : Isolasi dari makhluk hidup 2. Ekstraksi Produk Metabolisme hasil manipulasi gen, misal esktraksi produk hormon 3. Studi Biologi (biomolekuler) dan Biokimia pada sel hidup atau komponen sel atau keduanya dengan bantuan enzim REKAYASA GENETIKA : Usaha memilih gen khusus kemudian merekombinasikan sebagai DNA primer kemudian diinsersikan dan digandakan sebagai rekombinan DNA dalam sel (sel target)

3. BIOTEKNOLOGI (Definisi paling luwes) PENERAPAN PRINSIP-PRINSIP SAINS DAN REKAYASA TERHADAP PEMROSESAN BAHAN DENGAN MENGGUNAKAN AGEN BIOLOGIK UNTUK MENGHASILKAN BARANG DAN JASA

4. Bio(tekno)logi Molekuler Penerapan Ilmu mempelajari sifat, sifat, fungsi dan interaksi molekul-molekul yang ditemui pada organisme Biomolekul : Senyawa-senyawa kimia yang secara alami hanya ditemukan pada makhluk hidup. Komposisi Biomolekul suatu organisme akan menentukan suatu organisme Fungsi-fungsi kehidupan life functions pada dasarnya merupakan manifestasi interaksi biomolekul

5. BIOTEKNOLOGI MODERN Sama artinya dengan Manipulasi Gen = DNA Rekombinan Menetapkan Peranan Gen Dalam Sel DNA merupakan molekul utama kehidupan DNA pemberi kode untuk tumbuh dan berbiak DNA “otak” semua sel, dari DNA keluar perintah mengatur sifat dan jumlah jenis molekul DNA pembuka rahasia cetak biru genetik makhluk hidup DNA merupakan bahan genetik primer, terletak eksklusif pada kromosom sbg.histon DNA merupakan protein genetik,salah satu buktinya DNA pada virus

6. RUANG LINGKUP BIOTEKNOLOGI Bioteknologi merpakan penerapan biosains dan teknologi penerapan organisme hidup atau komponen sub-selulernya pada industri jasa dan manufaktur serta pengelolaan lingkungan Cakupan : Transformasi kimia Produksi sel/biomassa

7. 1. Transformasi kimia : a. Pembentukan produk akhir : enzim, antibiotik, asam organik, steroid b. Penguraian bahan baku : dekstruksi buangan industri, degradasi tumpahan minyak 2. Produksi Sel/Biomassa : Produksi protein sel tunggal, produksi khamir makanan (Food yeasts). Reaksi-reaksi kimia proses bioteknologi, bersifat Katabolik : kompleks sederhana Anabolik : sederhana kompleks

8. Cenderung lebih ekonomis • Pemakaian energi lebih sedikit • Lebih aman >< proses tradisional • Residu dapat terurai, hingga • tak beracun • 5. Jangka panjang memberikan • harapan pemecahan masalah • utama dunia : pangan, polusi, • obat2an, sumber enersi baru. Keuntungan Proses Bioteknologi

9. 1. Proses Bioteknologi Tidak steril 2. Proses Bioteknologi steril 3. Bioteknologi Makanan Minuman Kuno (zaman Louis Pasteur) 4 Bioteknologi Modern a. Rekombinan DNA/Rekayasa genetika b. Teknologi Enzim (amobilisasi enzim) c. Rekayasa Biokimia ( Bioreaktor dengan Komputerisasi ) d. Rekayasa Sistem Produksi (Sensor baru) Sejarah Evolusi Bioteknologi

10. REPLIKASI,TRANSKRIPSI,DAN TRANSLASI Replikasi : Proses pembelahan asam nukleat untai ganda manjadi untai tunggal. Proses pembelahan untai gandamenjadi tunggal yang identik melalui proses replikasi “semi konservatif” Model replikasi :bentuk O,bentuk Y, D-loop,DNA sirkul;er, sirkuler berulang,

11. Garpu replikasi (Replication fork) • Melibatkan enzim-enzim • Topoisomerase I (Gyrase) • Helikase • Single strand binding protein (SSBP) • Primase DNA polimerase III partikel Okazaki • DNA polimerase I lagging strand • DNA ligase Garpu Replikasi

12. Penjelasan 1.Primase :Sintesis RNA primer 2.DNA Pol III: Sintesis untaianDNA baru 3. DNA Pol I : Memindahkan primer RNA 4. Helikase: Menyusunbentukan heliks 5. SSBP: Stabilisasi untaian tunggal 6. DNA ligase: Menggabungkan yang masih terjadi gap 7. Topoisomerase: mengurangi terjadinya supercoils (bentukan seperti spiral yang mengganggu)

13. PROSES REPLIKASI DNA Tahap Permulaan (Inisiasi) Tahap Pemanjangan (Elongasi, Polimeri sasi) Tahap penghentian (Terminasi) 1. Tahap INISIASI : Origin: Pemisahan dua untai DNA Gelembung replikasi  Garpu replikasi Penyediaan bahan dasar d-TTP,CTP,GTP,ATP Pembentukan primer

15. . 2. Tahap Pemanjangan 1. Arah pemanjangan rantai 5’-3’ 2. Nukleotida tersusun mpk komplemenDNA template 3. Pasangan DNA, A dengan T, C dengan G 4. Pasangan pada RNA A dengan U Pemanjangan RNA “primer”,dengan kaidah : 5. “Primer RNA “ melekat di belakangnya. 6. Replikasi berlangsung kedua arah

16. 3.Penghentian (Terminasi) Pembuangan RNA primer pada potongan Okazaki Memanjangkan rantai DNA dengan ligase, melepas RNA primer Berhenti (stop)

17. TRANSKRIPSI Transkripsi: Proses pembentukan RNA dari DNA Ada 3 macam bentuk RNA : Messenger RNA (m-RNA) Transfer RNA (t-RNA) Ribosomal RNA (r-RNA)

18. Penjelasan m-RNA,t-RNA,r-RNA • m-RNA: membawa sekuen pengkode a.a. dari suatu nukleotida atau lebih yang spesifik pada gen atau satu set gen • t-RNA: penghubung untuk membaca informasi pada m-RNA dan mentransfer ke sistem sintesis protein • R-RNA: molekul yang menyatukan diri dengan protein membentuk mesin sintesis protein. Molekul itu disebut ribosom

22. TRANSLASI Translasi: Penyusunan rantai polinukleotida • Berlangsung dalam ribosom • Urutan a.a. disusun dengan bantuan t-RNA • Susunan mengacu urutan kodon m-RNA • Kodon pertama pada m-RNA di dekat ujung 5’ berinteraksi dengan t-RNA yang telah membawa a.a. yang berada pada gugus terujung amino bebas molekul protein • Demikian seterusnya pemanjangan rantai polinukleotida

23. Gen, Ekspresi Gen, dan Mekanisme Kerja Gen • Gen ?? • 1865MendelTeori Gen • 1900de Vries dkk. mengujimenerimaTeori Mendel • 1902de Vries  Teori mutasi • 1913Morgan Gen terdapat dlm kromosom • 1944Avery, Mc Leod, Mc Carty Gen = DNA • 1953Watson & Crick DNA heliks ganda GENENZIM • 1961Brenner dan JacobsDNAm-RNAProtein Gen : POTONGAN URUTAN NUKLEOTIDA(BASA N) YANG MAMPU MENGKODA PEMBANTUKAN RNA PROTEIN

24. MEKANISME KERJA GEN • GARRORD (1909). Alkaptunoria (penyakit metabolik herediter, karena ketiadaan suatu enzim pemecah cincin benzena pada urineurin mengandung cincin benzena. GEN ENZIM ? • BEADLE & TATUM (1942). Mutasi pada Neurospora crassa menyebabkan hilangnya enzim2 tertentu. GEN = ENZIM

25. LANJUTAN MEKANISME KERJA GEN • PAULING (1949) Sickle Cell Diseases. Adanya Hb abnormal GEN PROTEIN • BRENNER & JACOBS (1961) menemukan m-RNA dikukuhkan “dogma sentral” Gen (DNA) m-RNAProtein, penjabarannya : Urutan nukleotida DNA Urutan nukleotida RNA Urutan asam amino protein

26. UNSUR2 GENETIK PENGENDALI EKSPRESI GEN Gen-gen yang berperan dalam pengendalian ekspresi gen adalah : 1. R = Represor, pengendali sistem enzim perangsang. Pada E. coli nampak adanya perangsang (inducers) timbul untuk membuat enzim β-galaktosidase (bila ada laktosa sebagai sumber makanan). Adanya laktosa sangat meningkatkan kecepatan RNA polimerase mengkode gen penghasil enzim β-galaktosidase

27. LANJUTAN UNSUR2 GENETIK PENGENDALI EKSPRESI GEN • 2.P = PROMOTOR. Tanda mulai (start) untuk mensintesis RNA, pada tempat ini RNA polimerase mengikat diri pada permulaan suatu operon • 3. O = OPERATOR. Tempat kedudukan untuk melekatnya perangsang represor • 4. S = STRUKTURAL. Tempat kedudukan gen-gen untuk proses translasi (sesuai dengan kode-kode genetik yang menyusunnya)

32. MUTASI Mutasi : Perubahan Genetik Menetap Percobaan in vitro membuktikan bahwa ada : • Mutasi Titik (Point Mutation): Pengganti- an satu nukleotida dengan nukleotida lain. • Delesi (Deletion):Penghapusan satu atau lebih nukleotida • Insersi (Insertion): Penambahan satu atau lebih nukleotida • Unequal Cross Over: Persilangan gen menjadi tidak seiring/sesuai dengan pasangan aslinya

33. PENJELASAN MUTASI • Mutasi Titik : • Mutasi titik merupakan penggantian satu nuleotida dapat merubah satu asam amino (a.a.) pada protein atau tidak • Bila perubahan tsb. tidak merubah a.a., maka mutasi tsb. hanya dapat diketahui dengan menentukan urutan nukleotida pada DNA atau m-RNA disebut Mutasi tersembunyi (Silent Mutation) Contoh : UUG Leu UUA Leu

34. LANJUTAN PENJELASAN MUTASI TITIK • Bila penggantian nukleotida merubah asam amino : UUGleu UUGleu UUGleu    UUCphe UCGser GUGval ada 3 macam akibat : • Fungsi protein tak terganggu • Fungsi ptoein menurun • Protein tak berfungsi • Terminasi prematur, Contoh : CAAUAA stop

35. PENJELASAN DELESIdanINSERSI • Delesi: Terhapusnya satu atau lebih nukleotida menyebabkan terjadinya pergeseran tanda baca. • Protein menjadi tidak berfungsi • Tanda baca tak berubah bila delesi meliputi 3 nukleotida secara berurutan • Insersi : Penambahan nukleotida juga menyebabkan pergeseran tanda baca • Protein tak berfungsi • Terminasi prematur • Unequal Cross Over : Sudah jelas di pel. Genetika SLTA/SMU

36. KL0NING (1) Latar Belakang Pentingnya Kloning (DNA Rekombinan): - Belum jelasnya transkripsi dan translasi, dan kode genetik pada gen-genTuntutan: Sifat gen harus dapat diwariskan • Tuntutan: Mekanisme kerja gen harus dapat diramalkan hasilnya • Tuntutan: Peningkatan kualitas dan uantitas pada dunia aplikasi

37. KLONING (2) Pengertian Kloning Gen : 1 Fragmen DNA diinsersikan pada DNA sirkuler sebagai vektor sbg. Wahana, 2 Vektor pembawa gen masuk ke dalam tuan rumah (host), biasanya baketri, 3 Vektor berreplikasi 4 Sel tuan rumah membelahreplikasi vektor selanjutnya 5 Klon sel host yang identikklon mengandung 1 atau lebih mol DNA rekombinan

41. Langkah2 Dasar dlm Kloning Gen • Memotong Gen • Menyisipkan Gen pada Vektor • Menata Mol. DNA Rekombinan • Memasukkan ke dlm sel tuan rumah • Multiplikasi Mol. DNA Rekombinan dlm. Sel tuan rumah • Perbanyakan Sel • Pengujian klon2 sel yang yang mengandung DNA rekombinan di media agar (padat)

50. Pengamatan dengan Elektroforesis