Kamis, 05 April 2012

Materi Biologi : Sel Molekular, Mikrobiologi, Bioteknologi

1. Fungsi Retikulum Endoplasma
  • Menjadi tempat penyimpan Calcium, bila sel berkontraksi maka calcium akan dikeluarkan dari RE dan menuju ke sitosol
  • Memodifikasi protein yang disintesis oleh ribosom untuk disalurkan ke kompleks golgi dan akhirnya dikeluarkan dari sel. (RE kasar)
  • Mensintesis lemak dan kolesterol, ini terjadi di hati (RE kasar dan RE halus)
  • Menetralkan racun (detoksifikasi) misalnya RE yang ada di dalam sel-sel hati.
  • Transportasi molekul-molekul dan bagian sel yang satu ke bagian sel yang lain (RE kasar dan RE halus)
  • Berperan dalam proses transportasi zat ( Antara nukleus dan sitoplasma )
  • Digunakan dalam pembentukan fospolipid ( Fosfat + Lemak ), kolesterol, karbohidrat
  • Menyediakan enzim enzim


2. Agen penginfeksi

Virion

Partikel lengkap virus disebut virion. Virion berfungsi sebagai alat transportasi gen, sedangkan komponen selubung dan kapsid bertanggung jawab dalam mekanisme penginfeksian sel inang.

Mycoplasma

Mycoplasma adalah mikroorganisme kecil yang dapat beriplikasi sendiri. Mikroorganisme ini tidak mempunyai kemampuan membentuk dinding sel, tetapi diselaputi oleh membran plasma. Mycoplasma mempunyai berbagai macam bentuk seperti coccus, spiral, filament dan cincin, tetapi semua dapat dicirikan berdasarkan pertumbuhan mikrokoninya yaitu seperti telur mata sapi. Bakteri ini termaksuk golongan Gram negative, tetapi pewarnaan giemsa lebih baik hasilnya dari pada pewarnaan Gram.

Prion

Prion adalah pembawa penyakit menular yang hanya terdiri dari protein. Prion tidak dapat dimusnahkan dengan panas, radiasi, atau formalin. Prion menyebabkan berbagai penyakit degenerasi seperti kuru, scrapie, Creutzfeldt-Jakob disease (vCJD), dan bovine spongioform encephalopathy (BSE atau sapi gila). Semua penyakit ini menyerang otak atau sistem syaraf lainnya, mematikan, dan belum dapat disembuhkan. Namun sebuah vaksin telah dikembangkan untuk tikus dan sedang dikembangkan lebih lanjut untuk manusia.

Viroid

Viroids adalah molekul RNA yang tidak diklasifikasikan sebagai virus karena mereka tidak memiliki mantel protein. Namun, mereka memiliki karakteristik yang umum untuk beberapa virus dan sering disebut agen subviral. Viroids merupakan patogen penting tanaman. Mereka tidak kode untuk protein, tetapi berinteraksi dengan sel inang dan menggunakan mesin host untuk replikasi mereka. Virus hepatitis delta manusia memiliki genom RNA mirip dengan viroids namun memiliki mantel protein yang berasal dari virus hepatitis B dan tidak dapat menghasilkan satu sendiri. Oleh karena itu virus yang rusak dan tidak dapat mereplikasi tanpa bantuan dari virus hepatitis B. Demikian pula, 'sputnik' yang virophage tergantung pada mimivirus, yang menginfeksi protozoa Acanthamoeba''''castellanii. Virus ini yang bergantung pada keberadaan spesies virus lain dalam sel inang disebut''satelit''dan mungkin mewakili intermediet evolusi viroids dan virus.

Pada tahun 1971, ahli patologi tumbuhan O. T. Diener menemukan partikel RNA infektif yang lebih kecil dari pada virus dan dapat menyebabkan peny

akit pada tumbuhan. Ia menamakannya viroid. Viroid menginfeksi tanaman kentang, menyebabkan umbi kentang menggelendong (spindle tuber disease).

Selain itu viroid juga dikenal menginfeksi chrysanthemum (sejenis tanaman bunga) dan menghambat pertumbuhan tanaman tersebut. Viroid juga menyebabkan kepucatan pada mentimun. Jutaan dolar hilang setiap tahun di ladang akibat aksi viroid.

Viroid mirip dengan virus, yaitu hanya mampu bereproduksi di dalam sel hidup sebagai partikel RNA. Akan tetapi, viroid berbeda dengan virus dimana setiap partikel RNA berisi RNA tunggal yang spesifik. Sebagai tambahan, viroid tidak mempunyai kapsid ataupun dinding luar.

Liposom

Liposom adalah gelembung kecil (vesikel), terbuat dari bahan yang sama sebagai membran sel. Liposom dapat diisi dengan obat-obatan, dan digunakan untuk memberikan obat untuk kanker dan penyakit lainnya. Membran biasanya terbuat dari fosfolipid, yang merupakan molekul yang memiliki kelompok kepala dan kelompok ekor. Kepala tertarik pada air, dan ekor, yang terbuat dari rantai hidrokarbon yang panjang, yang ditolak oleh air.


3. Kelompok molekul penyusun matriks ekstraseluler

Dinding sel hewan : kolagen

Dinding sel tumbuhan : Selulosa

Struktural Protein : Kolagen

Specialized Protein :Fibronektin dan Laminin

Proteoglikan

Serangga : Keratin

4. Isolasi plasmid bakteri E. coli pada proses elektroforesis di matriks agrose

Pita-pita DNA yang terbentuk seharusnya terdiri atas 4 pita, yaitu open circular, linear, circular dan supercoiled. Setiap DNA tersebut mempunyai bentuk berbeda-beda sehingga kecepatan migrasinya juga berbeda. Hal tersebut menyebabkan letak DNA berurutan sesuai dengan kecepatan laju migrasinya. DNA supercoiled memiliki bentuk yang membuatnya fleksibel untuk bergerak (Campbell 2002).

Supercoiled

5. Spektrum targen senyawa anti mikroba yang dihasilkan oleh Bacillus sp.

6. Isolasi dan Purifikasi protein

Untuk download materi, klik disini

7. Sifat reaksi spontan/eksorgenik

Untuk melihat materi, klik disini

8. Mekanisme bakteri memperoleh nutrisi

Bakteri Heterotrof

Bakteri Heterotrof

Sumber karbon menggunakan senyawa organik. Bakteri heterotrof adalah bakteri yang hidup dengan memperoleh makanan berupa zat organik dari lingkungannya karena tidak dapt menyusun sendiri zat organic yang dibutuhkannya. Zat-zat organic diperoleh dari sisa organism lain, sampah, atau zat-zat yang terdapat di dalam tubuh organisme lain. Bakteri yang mendapatkan zat organic dari sampah, kotoran, bangkai, dan juga makanan biasanya disebut sebagai bakteri saprofit. Bakteri ini menguraikan zat-zat organic yang terkandung di dalam makanan menjadi zat-zat anorganik yaitu karbondioksida, hydrogen, energi, dan mineral-mineral. Bakteri ini berfungsi sebagai pengurai dan penyedia nutrisi bagi tumbuhan. Penting untuk pengomposan, namun merugikan jika terdapat pada makanan karena menyebabkan makanan menjadi busuk. Gambar disamping adalah bakteri Escherichia coli yang terdapat di dalam usus manusia juga hidup secara saprofit. Tanpa bakteri ini, kita akan sulit buang air. Bakteri heterotrof lain adalah bakteri parasit, baik parasit pada hewan, tumbuhan, maupun manusia. Kebutuhan zat organic diperoleh dari inangnya. Bakteri ini dapat menyebabkan sakit sehingga disebut pathogen. Contoh bakteri yang hidup pada manusia adalah Clostridium tetani (penyebak penyakit tetanus), Mycobacterium tuberculosis (penyebab TBC), dan Mycobacterium leprae (penyebab lepra).
Bakteri Autotrof

Sumber karbon menggunakan CO2 atau karbon dioksida. Bakteri ini dapat menyusun sendiri zat-zat organic dari zat-zat anorganik sehingga disebut sebagai bakteri autotrof. Pengubahan zat anorganik menjadi zat organic dilakukan melalui dua cara, yaitu:a. Menggunakan energi cahayaEnergi cahaya digunakan untuk mengubah zat anorganik menjadi organic melaui proses fotosintesis. Karena itu bakteri dikenal sebagai bakteri yang hidup secara fotoautotrof, sehingga biasa disebut bakteri fotoautotrof. Contoh bakteri ini adalah bakteri hijau dan bakteri ungu. Bakteri hijau mengandung pigmen hijau. Pigmen ini disebut bakterioklorofil. Bakteri ungu mengandung pigmen ungu, merah, atau kuning. Pigmen ini disebut bakteriopurpurin.

b. Menggunakan energi kimia
Energi kimia diperoleh ketika terjadi perombakan zat kimia dari molekul yang kompleks menjadi sederhana dengan melepaskan hydrogen. Bakteri jenis ini biasa disebut sebagai bakteri kemoautotrof. Misalnya, bakteri Nitrosomonas yang memecah NH3 menjadi HNO2, air dan energi. Energi yang diperoleh digunakan untuk menyusun zat organic. Contoh lainnya adalah Nitrobacter seperti gambar disamping ini.

Sel yang dapat memperoleh energi dari cahaya disebut fototrof, sedangkan sel yang membutuhkan energi kimia untuk hidupnya disebut kemotrof.

Prototrof : jika suatu jasad renik misalnya bakteri dapat tumbuh dalam keadaan minimal yang berarti dapat menyintesis semua senyawa organik penyusun sel. Kebalikannya adalah bakteri auxotrof yaitu bakteri pengguna senyawa organik tertentu, contohnya faktor tumbuh/vitamin atau asam amino.

9. Kompleks DNA Operon lac
Operon lac adalah operon yang dibutuhkan dalam transpor dan metabolisme dari laktosa di E. Coli dan berbagai macam bakteri enterik lainnya. Operon ini di regulasi oleh berbagai faktor seperti adanya glkukosa dan laktosa. Gen struktural pada operan lac tersebut baru akan aktif bila ada induksi dari laktosa. Sistem regulasinya terjadi pada tahapan transkripsinya karena energi yang diperlukan akan menjadi lebih sedikit dan efisien. Bila tidak ada laktosa, gen lacI akan menghasilkan protein repressor yang mengikat operator lac dan mencegah terjadinya transkripsi karena enzim RNA polimerase tidak lagi dapat melekat di situs tersebut. Akan tetapi, saat laktosa ditambahkan ke dalam mediumnya, represor LacI akan terlepas karena terikat pada alolaktosa lalu transkripsi ketiga gen struktural akan berjalan.


Transkripsi pada Prokariot

Salah satu ciri dari prokariot adalah adanya struktur operon. Operon adalah organisasi dari beberapa gen yang ekspresinya dikendalikan oleh satu promotor. Misal operon lac, pada metabolisme laktosa pada bakteri E.coli. Pada waktu ditranskripsi operon lac akan menghasilkan satu mRNA yang membawa kode2 genetik untuk polipeptida berbeda yang disebut dengan mRNA polisistronik.

Sesuai gambar di atas, pada operon lac punya 3 gen struktural yaitu lac Z, lac Y dan lac A. Masing2 dr gen itu punya start codon dan stop codon sendiri2 namun ekspresinya tetep dikendaliin ama operon yg sama. Trus waktu ditranskripsi hasilnya 1 mRNA yg bawa kodon2 untuk 3 macam polipeptida yg beda. Trus translasinya? nanti akan jd 3 polipeptida yang independen :D

Struktur Gen Prokariot

Pada prokariot gennya secara umum tersusun atas promotor, bagian struktural, dan terminator

Promotor

Promotor adalah urutan DNA spesifik yang berperan dalam mengendalaikan transkripsi gen struktural dan terletak di daerah upstream (hulu) dari bagian struktural gen.

  • Fungsi promotor? Sebagai tempat awal pelekatan enzim RNA polimerase yang nantinya melakukan transkripsi pada bagian struktural

Pada prokariot bagian penting promotornya disebut sebagai Pribnow box pada urutan nukleotida -10 dan -35. Biasanya berupa TATA box.

  • Apa fungsi dari pribnow box? Pribnow box merupakan daerah tempat pembukaan heliks DNA untuk membentuk kompleks promotor terbuka. Jadi di TATA box itulah DNA dipisahkan dan kalo di luar TATA box helix DNAnya tetep berikatan (beda ama replikasi kan?)

Operator

Operator merupakan urutan nukelotida yang terletak di antara promotor dan bagian struktural dan merupakan tempat pelekatan protein represor (penekan atau penghambat ekspresi gen). Jika ada represor yang melekat di operator maka RNA polimerase g bisa jalan trus ekspresi gen tidak bisa berlangsung.

Kalo di gambar di atas operator disimbolkan dengan warna ungu yg berada di antara promotor (merah) dan structural gene (hijau).

Selain adanya supresor ada juga yg namanya enhancer. kalo supresor untuk menghambat nah enhancer kebalikannya, dia malah meningkatkan transkripsi dengan meningkatkan jumlah RNA polimerase. Namun letaknya tidak pada lokasi yg spesifik spt operator, ada yg jauh di upstream atau bahkan downstream dari titik awal transkripsi.

Coding Region

Gen struktural merupakan bagian yang mengkode urutan nukleotida RNA. Transkripsi dimulai dari sekuens inisiasi transkripsi (ATG) sampai kodon stop (TAA / TGA / TAG).

Pada prokariot tidak ada sekuens intron (yg tidak dapat diekspresikan) sehingga semuanya berupa ekson. Namun kadang pada archaebacteria dan bakteriofag ada yg memiliki intron.

Terminator

Dicirkan dengan struktur jepit rambut / hairpin dan lengkungan yang kaya yang akan urutan GC yang terbentuk pada molekul RNA hasil transkripsi.

RNA Polimerase

RNA polimerase merupakan enzim yang mengkatalisis proses transkripsi. Kalo susunannya lengkap α2ββ’σ disebut holoenzim. Kalo g ada σ cuma α2ββ’ disebut core-enzyme.

Fungsi subuni2 itu:

α = diduga berfungsi dalam penyusunan enzim

β = berfungsi dalam pengikatan nukleotida

β’ = berfungsi dalam penempelan DNA

σ = berfungsi untuk mengarahkan agar RNA polimerase menempel pada promotor.

Mekanisme Transkripsi

Inisiasi


  • Pembentukan kompleks promoter tertutup
RNA polimerase menuju ke promoter atas bantuan faktor σ. Lalu kalo kata pak kus sih diibaratkan pesawat, sigma itu antenanya. Trus promotor itu bandaranya. Kan pesawat selalu mendarat di bandara, dibantu ama signal.
  • Pembentukan kompleks promoter terbuka

Bagian DNA yang berikatan dengan RNA polimerase membentuk struktur gelembung transkripsi (transcription bubble) yang stabil.

  • Penggabungan beberapa nukleotida awal

Dalam transkripsi nukleotida RNA digabung hingga membentuk transkrip RNA. Pada walanya basa2 RNA yang digabung membentuk ikatan hidrogen dengan basa DNA cetakan

  • Pelepasan subunit σ dan perubahan konformasi holoenzim jadi core enzyme
Setelah inisiasi terjadi, subunit σ terlepas dari enzim inti dan dapat digunakan oleh enzim inti RNA polimerase lain.

Elongasi

Dalam elongasi, nukleotida ditambahkan secara kovalen pada ujung 3′ molekul RNA yg baru terbentuk (RNA baru terbentuk dgn arah 5′ -> 3′) pake ikatan fosfodiester. Nukleotida RNA yg ditambahkan bersifat komplementer dgn nukleotida untai DNA cetakan.

Terminasi

Penghentian transkripsi atau terminator ada 2:
  1. Rho-independent yaitu terminasi ditentukan urutan nukleotida. DIcirikan struktur jepit rambut / hairpin yang kaya akan basa GC. Mekanisme pemisahan? Akibat struktur itu, RNA polimerase ntr berhenti dan meruka bagian dari sambungan (hibrid) DNA-RNA. lalu sisa hibridnya merupakan urutan oligo U (rU) yg tidak cukup stabil berpasangan dengan A (dA) -> ikatan hidrogen cuma 2. Akibatnya Lepasnya ikatan lemah tersebut dan RNA hasil transkripsi lepas
  2. Rho-dependent yaitu terminasi memerlukan protein rho. Faktor rho terikat pada RNA transkrip kemudian ngikut RNA polimerase sampe ke daerah terminator. Nah baru si faktor rho bikin destabilisasi ikatan RNA-DNA hingga RNA terlepas
Transkripsi pada Eukariot Struktur gen Secara umum hampir sama ama prokariot ada promotor, bagian struktural dan terminator. Yg beda pada bagian strukturalnya Bagian struktural pada eukariot

Nah kenapa bagian struktural/coding region nya beda? karena kalo di eukariot ada bagian intron dan ekson.

Intro (intervening sequences) merupakan sekuens yg tidak mengkode asam amino. Kalo di gambar yg warnanya biru muda agak ijo. Ntr bagian ini akan dibuang saat pematangan RNA

  • Ekson sekuens yg nantinya dikode jd asam amino. kalo di gambar warnanya merah

Mekanisme Transkripsi

Kalo di eukariot RNA polimerasenya beda2 ada RNA polimerase I, II dan III. Ntr penggunaannya dalam sintesis molekul beda. Sebelum RNA polimerase nempel di promotor, ada faktor transkripsi yang bantu ng-guide si RNA polimerase.

Kalo RNA polimerase I guidenya SL1 dan UBF, RNA polimerase II dibantu ama TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF, TFIIH dan TFIIJ (banyak banget ==”). kalo RNA polimerase III dipandu ama TFIIIA, TFIIIB, TFIIIC ama protein TBP. Nah fyi aja faktor TBP merupakan protein yg diperlukan kalo gen2 g punya TATA box.

Trus setelah si RNA polimerase dibantu ama faktor transkripsi (TF) ke TATA box baru terjadi proses elongasi dan berhenti sampe ketemu terminator. Proses pasca-transkripsi Yep karena adanya intron pada eukariot, makanya mRNA yg dihasilkan g bisa langsung dikeluarin ke sitosol untuk ditranslasi namun harus diolah dulu.

Caranya?
  1. Splicing

Merupakan proses pembuangan intron dan penyambungan ekson. Awalnya RNA hasil transkripsi pd eukariot disebut pre-mRNA karena masih ada intronnya. Trus intron akan dipotong dan ekson2 disambung menjadi mRNA matang (mature mRNA). Untuk lebih jelasnya:

Intron dipotong pake spliceosome. lalu penyambungan ekson2 pake enzim ligase.

2. Poliadenilasi

Merupakan proses penambahan poliA (rantai AMP) pada ujung 3′ nukleotida mRNA. Fungsinya? untuk meningkatkan stabilitas mRNA dan meningkatkan efisiensi translasinya.

3. Capping

Penambahan tudung mRNA berupa molekul 7-metilguanosin. Fungsinya ada 4:

  • Melindungi mRNA dari degradasi
  • Meningkatkan efisiensi translasi mRNA
  • Meningkatkan pengangkutan mRNA dari nukelus ke sitoplasma

Meningkatkan efisiensi proses splicing

10. Kurva pertumbuhan kultur bakteri Bacillus tobi

-

11. Siklus sel

Cell cycle: 4 main stages

seperti yang ada di gambar atas ada 4 tahap yg terjadi selama siklus sel.

1. G1 (Gap 1)

What happens? Growth and normal metabolic roles

Pada tahap ini terjadi pertumbuhan sel. Pada tahap ini disintesis berbagai enzim yg nantinya diperlukan pada fase S

2. S (Synthesis) What happens? DNA Replication

Pada fase ini terjadi replikasi DNA menjadi dua set DNA yang identik

3. G2 (Gap 2) What happens? Growth and preparation for mitosis Fase ini berlangsung sampai sel mengalami mitosis. Kalo di G1 mempersiapkan untuk fase S, kalo di G2 dilakukan persiapan untuk Mitosis 4. M (Mitotic Phase) What happens? production of daughter cells containing identical chromosomes. divided into 4 phases:
1. Profase : kromosom membentuk benang kromatin yg bisa diamati pake mikroskop cahaya
2. Metafase : kromosom berada di bidang equitorial
3. Anafase : sentromer mulai memisah 4. Telofase : terbentuk kembali membran sel di akhir fase terbentuklah 2 sel yg identik dengan kromosom yg identik Yang ngatur?

Dalam siklus sel tentu ada yg ngatur. tidak semua sel setelah G1 langsung masuk ke S. atau setelah G2 langsung M. Kenapa? karena ada suatu sistem yg ngecek apakah mereka sudah siap ke fase berikutnya atau belum.

cyclin-CDK complex mereka adalah Cyclin dan Cyclin Dependent Kinases (CDKs) Cyclin sebagai regulatory subunit CDK sebagai katalitik subunit namun saat mereka sendiri2 maka tidak ada aktivitas yg berjalan. untuk aktif keduanya harus gabung dan membentuk cyclin-CDK complex gunanya? kompleks tersebut berfungsi untuk memfosforilasi protein lain. Cell Regulation sekarang kita liat cyclin-CDK complex itu berpengaruh gimana sih di regulasi sel.
1. G1 Restriction Checkpoint Pada fase ini yang terjadi adalah sebagai berikut: 1. cyclinnya : Cyclin D CDKnya : CDK 4 dan CDK 6 kemudian keduanya membentuk kompleks CyclinD-CDK 4 / 6
2. kemudian kompleks tersebut akan memfosforilasi Protein Retinoblastoma (PRb).
3. Fosforilasi tsb akan menyebabkan pelepasan Hyston Deacetylase (HDACs). sehingga ikatan histon pada DNA lepas
4. PRb yg semula ngiket faktor transkrips E2F akan nglepas si faktor transkripsi tsb. E2F saat berikatan dengan PRB g aktif sbg faktor transkripsi.

5. Karena ikatan dengan histon udah lepas, E2F bisa melaksanakan tugasnya untuk memacu transkripsi
6. Dihasilkan gen2:
1.) DHFR (Dihidro Folat Reduktase)
2.) Tymidine kinase keduanya diperlukan dalam replikasi DNA di fase S
3.) CycE 4.) CycA Akhir dari fase G1 ditandai dengan kadar CycE yg mulai meningkat Restriction Point G1-S Tidak semua sel bisa langsung melewati tahap G1. Untuk itu sel harus bisa melewati Restriction Point (R) dan masuk dalam fase istirahat Go Pada keadaan apa sel masuk G0? Bila kadar p21 dan p27 (disebut juga cip/kip famili) tinggi. Keduanya merupakan CKI (CDK inhibitor). Apabila kadar keduanya tinggi maka akan menghambat aktivitas CyclinD-CDK4/6 untuk memfosforilasi PRb untuk menanggulangi hal tersebut diekspresikanlah CycE diakhir fase G1. CycE akan membentuk kompleks dengan CDK2 membentuk CycE-CDK2


Dengan adanya kedua protein tersebut maka akan mendegradasi p21 dan p27 dan Sel dapat melanjutkan ke fase berikutnya atau bisa juga inhibitor tersebut berupa INK4a/ARF family yang mengikat CDK4 dan mencegah pembentukan kompleks CyclinD-CDK4 Namun yg perlu diingat adanya p21 dan p27
2. G2 Checkpoint Selain check poin di antara fase G1 dan S, ada juga cek poin antara G2 dan M. Salah satu syarat untuk masuk ke fase M adalah semua DNA telah tereplikasi. Jika tidak? ya g bisa melanjutkan perjalanannya. Untuk itu dibentuklah mitotic CDK complex. selain itu ada juga maturation Promoting Factor (MPF). untuk dapat masuk ke fase M, MPF harus diaktivasi. Caranya?

1. Pertama Cyc B harus nempel ke CDK 1 tp itu masih belum aktif
2. Untuk mengaktifkannya, datanglah cdc25 yang akan menghilangkan residu fosfat.
3. setelah fosfat dihilangkan maka CycB-CDK1 atau Maturation Promoting Factor (MPF) akan aktif.
4. dan sel dapat masuk ke fase M.



.....to be continued

»»  READMORE....