Teknik teknik Dalam Bioteknologi Modern

Bioteknologi
Judul :

?

      PCR merupakan  suatu  teknik  atau  metode  perbanyakan 
(replikasi) DNA secara enzimatik tanpa menggunakan organisme.
Saat ini PCR sudah digunakan secara
luas untuk berbagai macam kebutuhan,
diantaranya:
a.    Isolasi Gen
b.   DNA Sequencing
c.    Forensik
d.   Diagnosa Penyakit

Manfaat  teknik  PCR ini  berdampak  sangat  luas  terhadap  kemajuan 
sains dan teknologi secara umum yaitu antara lain sebagai berikut:
1. Memperkuat gen spesifik sebelum diklon.
2. Membuat fragmen gen DNA secara berlimpah
3. Dapat mendeteksi DNA gen virus yang sulit untuk dideteksi
4. Dapat mendeteksi/ mendiagnosis  DNA sel embrionik yang mengalami 

kelainan sebelum dilahirkan.
5. Bidang kedokteran forensik. Contohnya mendeteksi penyakit yang dapat 
menginfeksi, variasi dan  mutasi dari gen.
6. Mengetahui hubungan kekerabatan antar spesies atau untuk mengetahui 
dari mana spesies tersebut berasal.
7. Melacak asal usul seseorang dengan membandingkan “finger print”

1. Tahap peleburan (melting)/denaturasi. Pada tahap 
ini (suhu tinggi, 94–96 °C) ikatan H DNA terputus 
(denaturasi)  dan  DNA  menjadi  berberkas  tunggal. 
Biasanya pada tahap awal PCR tahap ini dilakukan 
agak  lama  (sampai  5  menit)  untuk  memastikan 
semua berkas DNA terpisah. Durasi 1–2 menit.
2. Tahap  penempelan  atau  annealing.  Primer 
menempel  pada  bagian  DNA  templat  yg 
komplementer  urutan  basanya.  Ini  dilakukan  pada 
suhu  antara  45–60°C.  Penempelan  ini  bersifat 
spesifik. Suhu yang tidak tepat menyebabkan tidak 
terjadinya  penempelan  atau  primer  menempel  di 
sembarang tempat. Durasi tahap ini 1–2 menit.

3. Tahap  pemanjangan  atau  elongasi.  Suhu  untuk 
proses  ini  tergantung  dari  jenis  DNA  polimerase 
(ditunjukkan  oleh  P  pada  gambar)  yang  dipakai. 
Dengan  Taq-polimerase,  proses  ini  biasanya 
dilakukan pada suhu 76 °C. Durasi waktu 1 menit.

Klik tengah untuk melihat video prinsip kerja PCR

1. Memiliki spesifisitas tinggi
2. Sangat cepat, dapat memberikan hasil yang sama pada hari yang sama
3. Dapat membedakan varian mikroorganisme
4. Mikroorganisme yang dideteksi tidak harus hidup
5. Mudah di set up   

1.Sangat mudah terkontaminasi
2.Biaya peralatan dan reagen mahal
3.Interpretasi hasil PCR yang positif belum tervalidasi untuk semua penyakit 
infeksi (misalnya infeksi pasif atau laten)
4.Teknik prosedur yang kompleks dan bertahap membutuhkan keahlian khusus 
untuk melakukannya.


Elektroforesis utk pemisahan campuran senyawa  yg berbeda  
dengan teknik analisis serta pemisahan yang pernah didiskusikan. 
Pemisahan tergantung pada ;
•Struktur kimia
•pH,
•Gugus fungsional
•Dan bobot molekulnya.
Analisis ini sangat informatif tentang data:
• Senyawa metabolit maupun senyawa biokimia dengan BM 
besar
•Tidak diperlukan jumlah besar, dan pemurnian yang tinggi.
•Dapat digunakan sampel langsung tanpa pemisahan, misalnya 
urin dan cairan limpa.

  Menyediakan informasi mengenai  ukuran,  konfirmasi  dan 
muatan dari protein dan asam nukleat
 Sebagai  metode  pemisahan  yang  dapat  digunakan  untuk 
menentukan komponen dari protein  atau asam nukleat setiap 
individu

 Pada  bidang  kepolisian  teknik  ini  digunakan  nuntuk 
pemeriksaan  DNA,  karakteristik  khusus,  misalnya  sidik  jari. 
Sehingga membantu polisi dalam mengungkap sebuah kasus.
 Dalam biologi molekuler, elektroforesis merupakan salah satu 
cara untuk memvisualisasikan keberadaan DNA, plasmid, dan 
produk PCR.

Pemisahan  ini  terjadi  akibat  adanya  gradasi 
konsentrasi  sepanjang  sistem  pemisahan. 
Pergerakan  partikel  dalam  kertas  tergantung 
pada  muatan  atau  valensi  zat  terlarut,  luas 
penampang,  tegangan  yang  digunakan, 
konsentrasi  elektrolit,  kekuatan  ion,  pH, 
viskositas, dan adsorpsivitas zat terlarut.

Kertas sebagai fase diam dan partikel bermuatan
yang terlarut sebagai fase gerak, terutama ion-ion
komleks

Pemisahan ini terjadi akibat adanya

gradasi konsentrasi sepanjang sistem
pemisahan.
Pergerakan
partikel
dalam
kertas
tergantung
pada
muatan atau valensi zat terlarut, luas
penampang,
tegangan
yang
digunakan,
konsentrasi
elektrolit,
kekuatan ion, pH, viskositas, dan
adsorpsivitas zat terlarut.

Keunggulan Elektroforesis Kertas
•Proses migrasi lebih cepat

•Pemisahan spot menjadi lebih kecil
•Mudah
memisahkan
sampel
dengan
spektrofotometri
•Mudah dilarutkan dalam pelarut dalam jumlah
Kekurangan Elektroforesis Kertas
sedikit. 
Adanya  gangguan  yg  disebabkan  oleh  adanya  gugus  OH-  yg 
terdapat  pada  selulosa  yg  dapat  berinteraksi  dengan  molekul 
polar  sehingga  daya  migrasi  molekul  tersebut  terganggu  dan 
menjadi lebih rendah



Jika atom akan membentuk ikatan dengan atom lain maka
atom tersebut harus merubah bentuk orbitalnya sehingga
memiliki bentuk dan tingkat energi yang sama.


Molekul CH4
• 6C 1 s2 2s2 2p2







Atom C harus menyediakan 4 orbital dengan 
e tunggal, karena akan mengikat 4 atom H
6C 1 s2    2s1   2p3
Hibridisasinya sp3










Bentuk orbital   2s dan 2p

Bentuk terpisah

S

Px

Py

Pz

Bentuk orbital   2s dan 2p

Bentuk terpisah

S


Px

Py

Pz

Proses Hibridisasi

S

Setelah mengalami
hibridisasi

Px Py Pz

Hibrida

Hibrida siap menerima atom lain.

H


H
H
H
Karena yang mengalami hibridisasi terdiri 1
orbital S dan 3 orbital P, maka jenis

Hibridisasinya sp3

Bentuk hibridanya

Tetrahedral
H
C

H
H

H


Antar Orbital dalam molekul saling 
tolak menolak sehingga bentuk ruang 
geometrinya sangat ditentukan oleh 
jumlah Orbitalnya

Prinsip Sekuensing
Sintesis DNA in vitro dengan  DNA Polymerase dan penggunaan 2`, 
3`dideoxynucleotida.
Hilangnya molekul 3`-OH menyebabkan berthentinya reaksi sintesis untai 
DNA pada point dimana molekul dideoxynukleotida disintesis,  karena tidak ada reaksi 
yang bisa dilakukan tanpa adanya molekul tersebut
Sintesis untai DNA baru diawali pada posisi spesifik dengan menggunakan 
primer yang menempel pada ujung 3` pada daerah yang akan disekuensing
Reaksi sintesis DNA menggunakan deoxynucleotida dan dideoxynucleotida 
akan menghasilkan beberapa fragment DNA yang memiliki residu nukcleotida yang 
serupa
Perbedaan ukuran fragment DNA dapat dianalisis dengan polyacrilamide gel
elektroforesis
Dua Teknik Sekuensing:
Metode Enzymatic (Metode Sanger)
Metode Degradasi Kimiawi (Metode Maxam - Gilbert)

Sekuensing DN
    adalah proses penentuan urutan nukleotida pada suatu
fragmen DNA.
Dewasa
ini,
hampir
semua
usaha sekuensing
DNA dilakukan dengan menggunakan metode terminasi rantai yang
dikembangkan oleh Frederick Sanger. Teknik tersebut melibatkan
terminasi atau penghentian reaksi sintesis DNA in vitroyang spesifik
untuk sekuens tertentu menggunakan substrat nukleotida yang telah
dimodifikasi.
Pada
metode
sekuensing
terminasi
rantai
(metode
Sanger),
perpanjangan atau ekstensi rantai DNA dimulai pada situs spesifik pada
DNA cetakan dengan menggunakan oligonukleotida pendek yang
disebut primer yang komplementer terhadap DNA pada daerah situs
tersebut. Primer tersebut diperpanjang menggunakan DNA polimerase
, enzim yang mereplikasi DNA. Bersama dengan primer dan DNA
polimerase, diikutsertakan pula empat jenis basa deoksinukleotida, juga
nukleotida pemutus atau penghenti rantai (terminator rantai) dalam
konsentrasi rendah. Penggabungan nukleotida pemutus rantai tersebut
secara terbatas kepada rantai DNA oleh polimerase DNA menghasilkan
fragmen-fragmen DNA yang berhenti bertumbuh hanya pada posisi pada
DNA tempat nukleotida tertentu tersebut tergabungkan. Fragmenfragmen DNA tersebut lalu dipisahkan menurut ukurannya dengan 
elektroforesis.

Sekuensing
RNA lebih tidak stabil daripada DNA di dalam sel dan lebih rentan
terhadap penguraian oleh enzim nuklease secara laboratorium.
Dalam sekuensing RNA, metode yang umum digunakan adalah
mula-mula membentuk fragmen DNA dari RNA tersebut dengan
enzim transkrip balik. Misalnya, DNA dapat disintesis dari cetakan
mRNA dan disebut sebagai DNA komplementer. Fragmen DNA
tersebut kemudian dapat disekuensing dengan cara seperti yang
disebutkan di atas.

Sekuensing protein atau sekuensing peptida adalah penentuan urutan
asam anino pada suatu protein atau peptida (oligopeptida maupun
polipeptida). Metode untuk sekuensing protein umumnya melibatkan
pemutusan ikatan yang diikuti dengan identifikasi asam amino.
Pada metode degradasi Edman, residu
pada
ujung-N
(ujung
amino) protein dipotong satu per satu
dengan reaksi kimia. Setelah setiap
pemotongan, residu as. amino yang telah
dipotong tersebut dapat diidentifikasi
menggunakan
kromatografi.
Prosedur
tersebut diulangi untuk setiap residu asam
amino. Kelemahan metode ini adalah
bahwa polipeptida yang di-sekuensing tidak
dapat lebih panjang dari 50–60 residu
(dapat disiasati dengan memotong-motong
polipeptida berukuran besar menjadi
peptida-peptida berukuran lebih kecil
sebelum dilakukan reaksi).

Sekuensing Polisakarida
Walaupun  polisakarida juga  merupakan  biopolimer (yang  termasuk 
dalam karbohidrat dengan  monomer  monosakarida,  tidaklah  lazim  untuk 
melakukan  'sekuensing'  polisakarida,  karena  beberapa  alasan.  Walaupun 
banyak  polisakarida  yang  berstruktur  rantai  lurus,  banyak  pula  yang 
berstruktur  bercabang.  Terdapat  banyak  sekali  jenis  monosakarida yang 
dapat  menyusun  polisakarida  dengan  banyak  macam  cara  ikatan kimia
 pula.  Selain  itu,  alasan  teoretis  utama  ketidaklaziman  sekuensing 
polisakarida adalah bahwa masing-masing polimer lain yang disebutkan di 
atas  secara  umum  dibentuk  oleh  satu  jenis enzim berdasarkan  'cetakan' 
tertentu,  sedangkan  satu  penggabungan  monomer  pada  polisakarida  dapat 
dibentuk 
oleh 
berbagai 
jenis 
enzim. 
Sering 
kali 
pembentukan ikatan polimer  polisakarida  tidaklah  spesifik;  bergantung 
pada  enzim  yang  beraksi,  satu  dari  beberapa  jenis  monomer  dapat 
digabungkan.  Hal  ini  dapat  mengakibatkan  terbentuknya  sekelompok 
molekul yang mirip satu sama lain.

Antibodi monoklonal adalah  antibodi  monospesifik  yang  dapat 
mengikat satu epitop saja. Antibodi monoklonal ini dapat  dihasilkan 
dengan teknik hibridoma. Sel hibridoma merupakan fusi sel dan sel.

Pembuatan sel hibridoma terdiri dari tiga tahap utama yaitu  imunisasi, 
fusi, dan kloning. 
Imunisasi dapat  dilakukan  dengan  imunisasi  konvensional,  imunisasi 
sekali suntik intralimpa, maupun imunisasi in vitro. 
Fusi sel ini menghasilkan sel hibrid yang mampu menghasilkan antibodi 
seperti  pada  sel  limpa  dan  dapat  terus  menerus  dibiakan  seperti  sel 
myeloma.  Frekuensi  terjadinya  fusi  sel  ini  relatif  rendah  sehingga  sel 
induk  yang  tidak  mengalami  fusi  dihilangkan  agar  sel  hasil  fusi  dapat 
tumbuh.

Frekuensi fusi sel dapat  diperbanyak  dengan  menggunakan  Polietilen 
glikol  (PEG),  DMSO,  dan  penggunaan  medan  listrik.  PEG  berfungsi 
untuk  membuka  membran  sel  sehingga  mempermudah  proses  fusi.  Sel 
hibrid  kemudian  ditumbuhkan  pada  media  pertumbuhan.[Penambahan 
berbagai  macam  sistem  pemberi  makan  dapat  meningkatkan 
pertumbuhan sel hibridoma.

Any
question...
!!!

Rizki.2012.Bahan Ajar Bioteknologi.Rios Multicipta.Padang
http://www.wikipedia.co.id/
https://www.youtube.com/watch?v=iQsu3Kz9NYo
Diakses : 25/2/15 16:42
https://www.youtube.com/results?search_query=elektroforesis
Diakses : 25/2/15 17:25

Sumber Lain yang Relevan

• Mahasiswa

dapat

elektroforesis,

menjelaskan

hibridisasi,

prinsip

sekuensing

dari
dan

PCR,
antibodi

monoklonal
• Mahasiswa dapat menjelaskan prinsip dari teknik biologi
molekuler seperti isolasi DNA, isolasi protein, isolasi enzim, dll
• Mahasiswa

dapat

rekombinasi DNA

menegtahui

manfaat

dari

teknik