LAPORAN PRAKTIKUM BIOLOGI MOLEKULER (1)

LAPORAN PRAKTIKUM BIOLOGI MOLEKULER
No. Percobaan

:1
Judul Percobaan : Pengenalan Situs Bioinformatika NCBI dan
Penggunaaannyadalam mMemahami Ekspresi Gen

Kelompok

: 8

Nama anggota

: 1. Bimar Putri A (M0615007)
2. Fildza Alya I

(M06150)

3. Niken Rosyana D (M06150)
4. Shabrina Azmatun N (M06150)
Hari/ Tanggal Praktikum : Senin, 17 April 2017

S1 FARMASI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2017

LAPORAN PRAKTIKUM BIOLOGI MOLEKULER
PERCOBAAN 1
PENGENALAN SITUS BOINFORMATIKA NCBI DAN PENGGUNAANYA DALAM
MEMAHAMI PROSES EKSPRESI GEN

I. Tujuan
1. Menelusuri odentitas suatu gen berdasarkan sekuen nukleotida menggunakan gene bank
database.
2. Mahasiswa memahami prinsip ekspresi gen yang meliputi transkripsi dan translasi serta
regulasinya
3. Mahasiswa dapat mengidentifikasi bagian gen yang berperan sebagai promoter, coding
sequence (CDS), intron dan ekson, start dan stop kodon, serta regulating element.
4. Mahasiswa dapat memahami bagaimana satu gen dapat menghasilkan protein yang

berbeda
II. Dasar Teori
DNA terdiri dari gula deoksiribosa, basa nitrogen, dan fosfat. Basa nitrogen terdiri dari
purin (adenine guanine) dan pirimidin (sitosin dan timin). Bertindak sebagai tulang punggung
rantai DNA adalah gula dan fosfat. Struktur DNA adalah double helix dengan gula – fosfat
berada di luar. Dua buah pilinan dihubungkan dengan adanya ikatan hydrogen antara basabasa DNA. Basa Adenin (A) berpasangan dengan Timin (T) melalui 2 ikatan hidrogen,
sedangkan basa sitosin (C) berpasangan dengan Guanin (G) melalui 3 ikatan hydrogen.
Konsep dasar enurunnya sifat secara molekuler adalah merupakan aliran informasi dari DNA
ke RNA ke urutan asam amino. Konsep dasar ini disebut sebagai dogma genetic. Pada dogma
genetic juga tercermin cara mempertahankan cirri khas supaya tetap sama melalui proses
replikasi. Dogma genetic ini bersifat universal yang berlaku bagi prokariot maupun eukariot
(Maulana, 2010).
Sintesis perbanyakan bahan genetic seperti DNA dilakukan melalui peruses yang disebut
replikasi. Replikasi dapat dikatakan merupakan reaksi kimia yang encirikan proses kehidupan
melalui suatu replikasi senyawa kimia dapat membentuk dirinya untuk menghasilan senyawa
baru yang mirip dengan dirinya. Replikasi

hanya terjadi pada Asam nukleat, DNA, dan

RNA. Molekul asam nukleat yang mampu bereplikasi disebu replikon (Guyton, 1996).

BLAST adalah membandingkan data urutan nukleotida atau protein dengan data base
nukleotida atau protein di seluruh dunia melalui situs dan beberapa situs lainnya. Selain
sekadar menyimpan informasi biologis database itu juga bisa digunakam untuk menganalisis
gen-gen, fungsi-sungsinya dan evolusinya, sebagai contoh jika ada sebuah gen diklona dan di
sekuensing , sekuens itu bisa digunakan untuk penelusuran yang disebut BLAST terhadap
semua sekuens yang diketahui (Sinaga, 2012).
Software ilmiah terkolaborasi dan terkreasi lebih efektif digunakan dalam studi
penelitian. Kami mengabarkan bahwa studi empiris dari struktur stereoteknik dari inovasi
pada infrastruktural software yaitu Basic Local Alignment Search Tool (BLAST) telah diteliti.
BLAST dikenal sebagai software ilmiah yang paling penting yang pernah ditemukan, yang
berisi segala tentang revolusi bioinformatika yang sangat besar. Sejak tahun 2003 BLAST
menjadi paper yang paling sering disitasi (Howison dan Herbsleb, 2013)
Dengan beberapa sekuen dari berbagai jenis spesies dalam database, ini mungkin bagi
peneliti untuk mengetahui evolusi molekuler dari target yang diinginkan. Dengan
menggunakan BLAST dengan metode phylogenetic berdasarkan karakter umumnya atau
berdasakan jaraknya telah ditingkatkan untuk merekonstruksi phylogeni dan meningkatkan
kekuatan data molekuler meskipun masih ada beberapa kelemahan dari penggunaanya (Wang
et al, 2015).
Sekuen data yang akan dianalisis untuk mengidentifikasi suatu gen dimana konfirmasi

sebaik untuk menemukan homolog yang terdekat dengan menggunakan BLAST. Web
berbasis NCBI BLAST (BLASTn) digunakan untuk mengobservasi sekuen homolog pada non
redundan nukleotida database (Bhattacharyya, 2014).
III.

ALAT DAN BAHAN
a. Alat :
- Laptop

1 buah

- Jaringan Internet

secukupnya

b. Bahan :
1. Sekuen DNA

AGTCCCTGGT GTGAAGCAAG ATCGCTAGAA CACACCTTAC CTGTAAACAG
AGAGACACTG AAAAGGAAGG TTAGTGGGAA CCGTTGCGCC

AGCCCTGTTA CTGGTCCAGG TTCAAAGAGG GATGCTCACT TCTGCGCTGT
CTGCAGCGAT TACGCATCGG GATATCACTA TGGAGTCTGG TCGTGTGAAG
GATGTAAGGC CTTTTTTAAA AGAAGCATTC AAGGACATAA TGATTATATT
TGTCCAGCTA CAAATCAGTG TACAATCGAT AAAAACCGGC GCAAGAGCTG
CCAGGCCTGC
IV. CARA KERJA
1. Buka aplikasi browser lalu ketik http://www.ncbi.nlm.nih.gov , setelah masuk lalu pilih
BLAST

2. Setelah itu pilih “Nucleotide BLAST”

3. Kemudian akan muncul kolom “Entery Query Sequencee”, klik kolom Allign two or more
sequence untuk membandingkan 2 sekuen nukleotida. Kemudian dimasukkan sekuen yang
ingin dibandingkan pada kolom yang telah tersedia. Sekuen yang dimasukkan harus dalam
format FASTA. Kemudian pilihan database klik pilihan “Other”.

4. Pada pilihan “Proogram Selection” klik pada bagian “Optimize for Highly similar
sequences (megablast)” kemudian pilih “BLAST”

5. Kemudian akan muncul “Graphic summary”

6. Kemudian dibawah “Graphic summary” terdapat Description” yang berisikan berbagai
macam DNA yang memiliki kemiripan dengan sequence yang kita punya, lalu pilih
“Accesion NM_.....

7. Kemudian akan muncul GenBank sekuen DNA yang kita pilih dan terdapat beberapa
keterangan seperti locus, definition, accession, source, dll.

8. Catat beberapa data yang akan kita gunakan.
V.

Pembahasan
Pada praktikum kali ini dilakukan pengenalan terhadap situs bioinformatika NCBI dan
penggunaannya dalam memahami proses ekspresi gen. Tujuan dari praktikum adalah dapat
menelusuri identitas suatu gen berdasarkan sekuen nukleotida menggunakan gene bank
database, dapat memahami prinsip ekspresi gen yang meliputi transkripsi dan translasi serta
regulasinya, dapat mengidentifikasi bagian gen yang berperan sebagi promoter, coding
sequence (CDS), intron dan ekson, start dan stop kodon, serta regulating element,dapat
memahami bagaimana suatu gen yang sama dapat menghasilkan protein yang berbeda.
NCBI (National Centre for Biotechnology Information) merupakan institusi yang

menyediakan sumber informasi terkait perkembangan biologi molekuler. NCBI dapat diakses
oleh publik dan mengembangkan software penganalisis data genom. Data base terus menerus
di update sesuai dengan penemuan-penemuan terkini yang menyangkut DNA,
protein,senyawa aktif dan taksonomi.NCBI merupakan salah satu bank data gen, protein dan
literature khususnya dibidang kesehatan yang terlengkap dan diacu oleh para peneliti di dunia.
National Center of Biotechnology Informatic adalah bagian dari Amerika Serikat National
Library of Medicine (NLM), sebuah cabang dariNational Institutes of Health . Para NCBI
terletak di Bethesda, Maryland dan didirikan pada tahun 1988 melalui legislasi disponsori
oleh Senator Claude Pepper. Untuk mengakses NCBI dapat dibuka di
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ (Widodo dan Miftahkhunnafisah, 2010).Salah satu tools yang
terdapat pada NCBI adalah BLAST (Basic Local Alignment Tool) merupakanperkakas
bioinformatika yang berkaitan erat dengan penggunaan basis data sekuens biologisyang
digunakan sebagai alat pencari untuk menyesuaikan dan mencari sekuen yang mirip dengan
sekuen meragukan yang dimiliki melalui perbandingan sekuen pada gen bank DNA. Hal ini
berguna misalnya untuk menemukan gen sejenis pada beberapa organisme atau untuk
memeriksa keabsahan hasil sekuensing maupun untuk memeriksa fungsi gen hasil
sekuensing. Algoritma yang mendasari kerja BLAST adalah penyejajaran sekuens.Terdapat 5
program utama dari BLAST yaitu :
1. Nucleotide blast (blastn)
Program untuk membandingkan sekuen nukleotida yang kita miliki dengan database

sekuen nukleotida.
2. Protein blast (blastp)
Membandingkan suatu sekuen asam amino yang dimiliki dengan database sekuen protein
3. Blastx
Membandingkan produk translasi konsep 6-frame protein nukleotida (translated
nucleotide) yang dimiliki dengan database sekuen protein
4. Tblastn
Membandingkan sekuen protein yang dimiliki dengan database sekuen nukleotida yang
secara dinamis ditranslasi pada semua pembacaan 6 frame.
5. Tblastx
Membandingkan suatu translasi 6 frame dari nukleotida.

Prinsip kerja pada percobaan ini adalah data sekuen yang didapatkan dimasukkan
kedalam BLAST sehingga memungkinkan untuk mencari sekuens asam nukleat maupun
protein yang mirip dengan sekuens tertentu yang dimiliki. NCBI dimanfaatkan dalam proses
identifikasi nukleotida hasil dari ekspresi gen.
Ekspresi gen merupakan tahapan dimana kode genetik dalam molekul DNA dapat
diterjemahkan melalui proses transkripsi dan translasi. Proses transkripsi merupakan proses
pembentukan mRNA dengan DNA sebagai cetakannya, proses ini terjadi di dalam inti sel
dengan bantuan enzim DNA polimerase. Translasi merupakan proses pembentukan protein

dari mRNA, proses ini terjadi di sitoplasma yaitu di ribosom.

Proses transkripsi merupakan sintesis RNA dari salah satu rantai DNA, yaitu
rantai cetakan atau sense, sedangkan rantai komplemennya disebut rantai antisense. Rantai
double helix di buka oleh enzim helicase sehingga menjadi single strand DNA. Pada proses
transkripsi terjadi tiga tahapan yaitu inisiasi, elongasi, dan terminasi. Pada proses inisiasi
(permulaan), enzim RNA polymerase menempel pada daerah untaian DNA cetakan, daerah ini
disebut sebagai promoter. Promoter selalu membawa urutan basa nitrogen yang tetap atau
hamper tetap sehingga urutan ini disebut sebagai urutan konsensus. Urutan konsensus pada
prokariot adalah kotak Pribnow (TATAAT), sedangkan pada eukariot adalah kotak TATA
(TATAAAT). RNA yang terikat pada daerah promoter disebut dengan tempat awal polimerasi.
Nukleosida trifosfat pertama akan diletakkan dan terjadi sintesis RNA. Tahapan kedua adalah
elongasi (perpanjangan). Pada tahapan ini dibentuk mRNA oleh DNA sense dan akan di
perpanjang. Tahapan ketiga adalah terminasi, tahapan ini merupakan tahapan akhir dari proses
transkripsi. Proses terminasi ini terjadi ketika telah menemukan stop kodon dan kemudian
akan terlepas dari DNA cetakan dan akan keluar menuju ribosom.

Translasi merupakan proses penerjemahan kode genetik (kodon) menjadi protein yang
sesuai. Pada penerjemahan kodon dibantu oleh RNAt. Setiap tipe molekul tRNA
menghubungkan kodon tRNA tertentu dengan asam amino tertentu. Pada proses translasi juga

terdapat tiga tahapan yaitu inisiasi, elongasi, dan terminasi. Tahap inisiasi terjadi dengan
adanya mRNA, sebuah tRNA yang memuat asam amino pertama dari polipeptida, dan dua
sub unit ribosom. Pertama, sub unit ribosom kecil mengikatkan diri pada mRNA dan tRNA
inisiator khusus. Sub unit ribosom kecil melekat pada tempat tertentu di ujung 5` dari mRNA.
Pada arah ke bawah dari tempat pelekatan ribosom sub unit kecil pada mRNA terdapat kodon
inisiasi AUG, yang membawa asam amino metionin, melekat pada kodon inisiasi. Tahapan
kedua adalah elongasi, yaitu mRNA bergerak sepanjang ribosom, terjadi pembentukan
polipeptida berdasarkan kode-kode pada mRNA. Tahap akhir translasi adalah terminasi.
Elongasi berlanjut hingga stop kodon mencapai ribosom. Triplet basa kodon stop adalah
UAA, UAG, dan UGA. Kodon stop tidak mengkode suatu asam amino melainkan bertindak
sebagai sinyal untuk menghentikan translasi. Hasildari proses ini adalah rangkaian
polipeptida.
Pada praktikum kali ini, dilakukan identifikasi suatu sekuen nukleotida melalui tool
blastn dan diperoleh nilai query sebesar 100%. Serta locus NM_001291712. Nilai query
berfungsi untuk memberikan informasi tentang kesesuaian sekuen nukleutida dengan database
pada BLAST. Locus berfungsi untuk menunjukkan informasi mengenai nama sekuen pada
genBank yang meliputi nama sekuen, panjang sekuen dan bentuk molekul. Berdasarkan locus
yang diperoleh maka didapatkan bahwa locus tersebut ialah estrogen receptor 2 (ER2).
Estrogen merupakan suatu hormon steroin yang terletak pada gonad (kelamin) yang
memberikan karakter seksual pada wanita. Estrogen dapat menyebabkan perkembangan

jaringan stroma payudara, pertumbuhan sistem duktus yang luas dan deposit lemak pada
payudara (Guyton and Hall, 1996). Proses metastase kanker payudara diinisiasi oleh adanya
aktivasi atau overekspresi beberapa protein, misalnya reseptor estrogen (ER) dan c-erbB-2
(HER2) yang merupakan protein predisposisi kanker payudara. Sekitar 50% kasus kanker

payudara merupakan kanker yang tergantung estrogen dan sekitar 30% kasus merupakan
kanker yang positif mengekspresi HER-2 berlebihan.Kedua protein tersebut selain berperan
dalam metastasis, juga berperan dalam perkembangan kanker payudara (early cancer
development). Estrogen berikatan dengan reseptor estrogen (ER) membentuk kompleks
reseptor aktif dan mempengaruhi transkripsi gen yang mengatur proliferasi sel.Aktivasi
protein ini mengakibatkan pertumbuhan berlebih cell cycle progression menyebabkan
perkembangan kanker yang dipercepat (Gibbs, 2000).
Definition yang memberikan informasi mengenai pemilik sekuen nukleotida terkait.
Definition yang diperoleh adalah Homo sapiens estrogen receptor 2 (ESR2), transcription
variant k, mRNA. Kemudian bagian summary yang memberikan informasi tentang nukleutida
yang diidentifikasi. Diperoleh hasil bahwa gen tersebut mengkode anggota famili dari
reseptor estrogen dan superfamili transkripsi reseptor inti. Gen tersebut berisi N-terminal yang
berikatan dengan DNA dan C-terminal kemudian dilokalisasi ke nukleus, sitoplasma dan
mitokondria. Selanjutnya bagian features dapat kita ketahui mengenai keterangan karakter
tiap sekuen. Hasil yang diperoleh CDS 1729. . .3216, exon 1. . .653, 654. . .961, 962. . .4037.
Origin berguna untuk menghubungkan data yang terdapat pada bagian features yang akan
dihubungkan dengan CDS. Tujuannya untuk mencari promotor, start kodon dan stop kodon.
promotor berfungsi untuk menentukan awal mula terjadinya trasnkripsi. Promotor yang
diperoleh ialah TATAdi 1644 pada kolom 1621. Start kodon merupakan kodon pertama yang
diterjemahkan berupa CTT di 1645 pada kolom 1621. Stop kodon berupa TAA.
VI. Kesimpulan
1. Penelusuran identitas gen berdasarkan nukleotida menggunakan bankdatabase diperoleh
hasil berupa gen Homo sapiens estrogen receptor 2 (ESR2) dengan nilai query cover
sebesar 100%.
2. Ekspresi gen merupakan tahapan dimana kode genetik dalam molekul DNA dapat
diterjemahkan melalui proses transkripsi dan translasi. Transkripsi merupakan proses
pembentukan mRNA dengan DNA sebagai cetakannya. Translasi merupakan proses
pembentukan protein dari mRNA.
3. Promotor berupa TATA pada kolom 1621, sekuen gen berada pada CDS 1729 sampai 3216,
start kodon CTT pada kolom 1621 , stop kodon berupa TAA.
4. Perbedaan pola ekspresi gen dan jumlah ketersediaan protein pada tiap sel dapat
menghasilkan protein yang berbeda dalam suatu gen yang sama.

VII.

Daftar pustaka

Bhattacharyya, P. N., Tanti, B., Barman, P., Jha, D. K. 2014. Culture-Independent
Metagenomic Approach To Characterize The Surface And Subsurface Soil Bacterial
Community In The Brahmaputra Valley, Assam, North-East India,An Indo-Burma
Mega-Biodiversity Hotspot. World Journal of Microbiology Biotechnology
Gibbs, J.B. 2000. Anticancer Drug Targets: Growth Factors & Growth Factor Signaling. J
Clin Invest 105(1): 9-13.
Guyton and Hall. 1996. Buku Ajar Fisiologi Kedokteran. Edisi 9. Jakarta : EGC.
Howison, J., dan Herbsleb, J. D. 2013. Incentives and Integration In Scientific Software
Production. Collaboration and Sharing in Scientific Work
Maulana, R.A. 2010. Isolasi DNA dan Elektroforesis DNA. Jakarta : Universitas
Pendidikan Indonesia.
Sinaga, N.R. 2012. Isolasi DNA dan Teknik PCR. Jakarta : PT factorry.
Wang, Y.C., Wang, J.D., Chen, C. H., Chen, Y. W., Li, C. 2015. A Novel BLAST-Based
Relative Distance (BBRD) Method Can Effectively Group Members Of Protein
Arginine Methyltransferases And Suggest Their Evolutionary Relationship.
Molecular Phylogenetics And Evolution.