Jelaskanlah
bagaimana hubungan bidang-bidang ilmu tertentu dengan biologi molekular dan
juga terapannya?
Hubungan dengan ilmu-ilmu biologi lainnya
Para
peneliti biologi molekular menggunakan teknik-teknik khusus biologi molekular,
namun kini semakin memadukan tersebut dengan teknik dan gagasan-gagasan dari
genetika dan biokimia. Tidak ada garis yang jelas antara disiplin ilmu ini.
Gambar di atas adalah skema yang menggambarkan satu mungkin melihat hubungan
antara bidang:
- '' Biokimia '' adalah studi zat kimia dan proses
penting yang terjadi dalam organisme hidup. Ilmuwan fokus berat pada peran,
fungsi, dan struktur biomolekul. Studi kimia di belakang proses-proses biologis
dan sintesis molekul biologis aktif adalah contoh biokimia.
- '' Genetika '' adalah studi tentang efek
perbedaan genetika pada organisme. Sering ini dapat disimpulkan oleh tidak
adanya komponen normal (misalnya gen). Studi "mutan"-organisme yang
kekurangan satu atau lebih komponen fungsional dengan menghormati apa yang
disebut "wild type" atau normal fenotipe. Genetik interaksi
(epistasis) dapat sering memalukan interpretasi yang sederhana seperti
"knock-out" studi.
- '' Biologi molekuler '' adalah studi tentang
dasar-dasar molekul proses replikasi, transkripsi dan translasi bahan genetik.
Dogma sentral dari biologi molekuler di mana materi genetik ditranskripsi
menjadi RNA dan kemudian diterjemahkan ke dalam protein, meskipun gambaran yang
disederhanakan biologi molekular, masih menyediakan titik awal yang baik untuk
memahami bidang. Gambar ini, namun, sedang mengalami revisi dalam terang dari
peran novel muncul untuk RNA.
Banyak
pekerjaan dalam biologi molekuler kuantitatif, dan baru-baru ini banyak
pekerjaan yang telah dilakukan pada antarmuka biologi molekuler dan ilmu
komputer di bioinformatika dan computational biology. Dari awal 2000-an, gen
struktur dan fungsi, genetika molekular, telah di antara bagian paling menonjol
dari biologi molekuler.
Semakin
banyak loop biologi memfokuskan diri pada molekul, baik secara langsung
mempelajari interaksi mereka sendiri seperti pada biologi sel dan biologi
perkembangan, atau secara tidak langsung, di mana teknik biologi molekular
digunakan untuk menyimpulkan ciri-ciri historis populasi atau spesies dalam
bidang biologi evolusioner seperti genetika populasi dan filogenetika. Ada juga
tradisi panjang belajar biomolekul "dari bawah ke atas" dalam
biofisika.
Teknik dan
Terapan Biologi Molekular
-
Kloning Ekspresi
Salah satu teknik dasar biologi
molekular adalah kloning ekspresi, yang digunakan misalnya untuk mempelajari
fungsi protein. Pada teknik ini, potongan DNA penyandi protein yang diinginkan
ditransplantasikan ke suatu plasmid (DNA sirkular yang biasanya ditemukan pada
bakteri; dalam teknik ini, plasmid disebut sebagai vektor ekspresi).
Plasmid yang telah mengandung
potongan DNA yang diinginkan tersebut kemudian dapat disisipkan ke dalam sel
bakteri atau sel hewan. Penyisipan DNA ke dalam sel bakteri disebut
transformasi, dan dapat dilakukan dengan berbagai metode, termasuk
elektroporasi, mikroinjeksi dan secara kimia. Penyisipan DNA ke dalam sel
eukaryota, misalnya sel hewan, disebut sebagai transfeksi, dan teknik
transfeksi yang dapat dilakukan termasuk transfeksi kalsium fosfat, transfeksi
liposom, dan dengan reagen komersial. DNA dapat pula dimasukkan ke dalam sel
dengan menggunakan virus (disebut transduksi viral).
Setelah penyisipan ke dalam sel,
protein yang disandi oleh potongan DNA tadi dapat diekspresikan oleh sel
bersangkutan. Berbagai jenis cara dapat digunakan untuk membantu ekspresi
tersebut agar protein bersangkutan didapatkan dalam jumlah besar, misalnya
inducible promoter dan specific cell-signaling factor. Protein dalam jumlah besar
tersebut kemudian dapat diekstrak dari sel bakteri atau eukaryota tadi.
-
Polymerase chain reaction (PCR)
Polymerase
chain reaction ("reaksi [be]rantai polimerase", PCR) merupakan teknik
yang sangat berguna dalam membuat salinan DNA. PCR memungkinkan sejumlah kecil
sekuens DNA tertentu disalin (jutaan kali) untuk diperbanyak (sehingga dapat
dianalisis), atau dimodifikasi secara tertentu. Sebagai contoh, PCR dapat
digunakan untuk menambahkan situs enzim restriksi, atau untuk memutasikan
(mengubah) basa tertentu pada DNA. PCR juga dapat digunakan untuk mendeteksi
keberadaan sekuens DNA tertentu dalam sampel.
PCR
memanfaatkan enzim DNA polimerase yang secara alami memang berperan dalam
perbanyakan DNA pada proses replikasi. Namun demikian, tidak seperti pada organisme
hidup, proses PCR hanya dapat menyalin fragmen pendek DNA, biasanya sampai
dengan 10 kb (kb=kilo base pairs=1.000 pasang basa). Fragmen tersebut dapat
berupa suatu gen tunggal, atau hanya bagian dari suatu gen.
Proses
PCR untuk memperbanyak DNA melibatkan serangkaian siklus temperatur yang
berulang dan masing-masing siklus terdiri atas tiga tahapan. Tahapan yang
pertama adalah denaturasi cetakan DNA (DNA template) pada temperatur 94-96 °C,
yaitu pemisahan utas ganda DNA menjadi dua utas tunggal. Sesudah itu, dilakukan
penurunan temperatur pada tahap kedua sampai 45-60 °C yang memungkinkan
terjadinya penempelan (annealing) atau hibridisasi antara oligonukleotida
primer dengan utas tunggal cetakan DNA. Primer merupakan oligonukelotida utas
tunggal yang sekuens-nya dirancang komplementer dengan ujung fragmen DNA yang
ingin disalin; primer menentukan awal dan akhir daerah yang hendak disalin.
Tahap yang terakhir adalah tahap ekstensi atau elongasi (elongation), yaitu
pemanjangan primer menjadi suatu utas DNA baru oleh enzim DNA polimerase.
Temperatur pada tahap ini bergantung pada jenis DNA polimerase yang digunakan.
Pada akhirnya, satu siklus PCR akan menggandakan jumlah molekul cetakan DNA
atau DNA target, sebab setiap utas baru yang disintesis akan berperan sebagai
cetakan pada siklus selanjutnya.
-
Elektroforesis gel
Elektroforesis
gel merupakan salah satu teknik utama dalam biologi molekular. Prinsip dasar
teknik ini adalah bahwa DNA, RNA, atau protein dapat dipisahkan oleh medan
listrik. Dalam hal ini, molekul-molekul tersebut dipisahkan berdasarkan laju
perpindahannya oleh gaya gerak listrik di dalam matriks gel. Laju perpindahan
tersebut bergantung pada ukuran molekul bersangkutan. Elektroforesis gel
biasanya dilakukan untuk tujuan analisis, namun dapat pula digunakan sebagai
teknik preparatif untuk memurnikan molekul sebelum digunakan dalam
metode-metode lain seperti spektrometri massa, PCR, kloning, sekuensing DNA,
atau immuno-blotting yang merupakan metode-metode karakterisasi lebih lanjut.
Gel
yang digunakan biasanya merupakan polimer bertautan silang (crosslinked) yang
porositasnya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan. Untuk memisahkan protein
atau asam nukleat berukuran kecil (DNA, RNA, atau oligonukleotida), gel yang
digunakan biasanya merupakan gel poliakrilamida, dibuat dengan konsentrasi
berbeda-beda antara akrilamida dan zat yang memungkinkan pertautan silang
(cross-linker), menghasilkan jaringan poliakrilamida dengan ukuran rongga
berbeda-beda. Untuk memisahkan asam nukleat yang lebih besar (lebih besar dari
beberapa ratus basa), gel yang digunakan adalah agarosa (dari ekstrak rumput
laut) yang sudah dimurnikan.
Dalam
proses elektroforesis, sampel molekul ditempatkan ke dalam sumur (well) pada
gel yang ditempatkan di dalam larutan penyangga, dan listrik dialirkan
kepadanya. Molekul-molekul sampel tersebut akan bergerak di dalam matriks gel
ke arah salah satu kutub listrik sesuai dengan muatannya. Dalam hal asam
nukleat, arah pergerakan adalah menuju elektrode positif, disebabkan oleh
muatan negatif alami pada rangka gula-fosfat yang dimilikinya. Untuk menjaga
agar laju perpindahan asam nukleat benar-benar hanya berdasarkan ukuran (yaitu
panjangnya), zat seperti natrium hidroksida atau formamida digunakan untuk
menjaga agar asam nukleat berbentuk lurus. Sementara itu, protein didenaturasi
dengan deterjen (misalnya natrium dodesil sulfat, SDS) untuk membuat protein
tersebut berbentuk lurus dan bermuatan negatif.
Setelah
proses elektroforesis selesai, dilakukan proses pewarnaan (staining) agar
molekul sampel yang telah terpisah dapat dilihat. Etidium bromida, perak, atau
pewarna "biru Coomassie" (Coomassie blue) dapat digunakan untuk
keperluan ini. Jika molekul sampel berpendar dalam sinar ultraviolet (misalnya
setelah "diwarnai" dengan etidium bromida), gel difoto di bawah sinar
ultraviolet. Jika molekul sampel mengandung atom radioaktif, autoradiogram gel
tersebut dibuat.
Pita-pita
(band) pada lajur-lajur (lane) yang berbeda pada gel akan tampak setelah proses
pewarnaan; satu lajur merupakan arah pergerakan sampel dari "sumur"
gel. Pita-pita yang berjarak sama dari sumur gel pada akhir elektroforesis
mengandung molekul-molekul yang bergerak di dalam gel selama elektroforesis
dengan kecepatan yang sama, yang biasanya berarti bahwa molekul-molekul tersebut
berukuran sama. "Marka" atau penanda (marker) yang merupakan campuran
molekul dengan ukuran berbeda-beda dapat digunakan untuk menentukan ukuran
molekul dalam pita sampel dengan meng-elektroforesis marka tersebut pada lajur
di gel yang paralel dengan sampel. Pita-pita pada lajur marka tersebut dapat
dibandingkan dengan pita sampel untuk menentukan ukurannya. Jarak pita dari
sumur gel berbanding terbalik terhadap logaritma ukuran molekul.
Untuk Download File Word dari Tugas diatas klik Gambar dibawah ini
Untuk Download File PDF dari Tugas diatas klik gambar dibawah ini
