BIOTEKNOLOGI, REKAYASA DAN SUBSTANSI GENETIKA, DOGMA CENTRAL, KLONING

1. Jelaskan apa perbedaan anatara Bioteknologi Konvensional dengan Bioteknologi Modern?

Jawab : Bioteknologi adalah pemanfaatan prinsip-prinsip ilmiah yang menggunakan makhluk hidup untuk menghasilkan produk dan jasa guna kepentingan manusia. Ilmu-ilmu pendukung dalam bioteknologi meliputi mikrobiologi, biokimia, genetika, biologi sel, teknik kimia, dan enzimologi. Dalam bioteknologi biasanya digunakan mikroorganisme atau bagian-bagiannya untuk meningkatkan nilai tambah suatu bahan. Bioteknologi Konvensional  merupakan bioteknologi yang memanfaatkan mikroorganisme untuk memproduksi alkohol, asam asetat, gula, atau bahan makanan, seperti tempe, tape, oncom, dan kecap. Mikroorganisme dapat mengubah bahan pangan. Proses yang dibantu mikroorganisme, misalnya dengan fermentasi, hasilnya antara lain tempe, tape, kecap, dan sebagainya termasuk keju dan yoghurt. Proses tersebut dianggap sebagai bioteknologi masa lalu. Ciri khas yang tampak pada bioteknologi konvensional, yaitu adanya penggunaan makhluk hidup secara langsung dan belum tahu adanya penggunaan enzim.  Bioteknologi Modern, mengembangkan bioteknologi dengan memanfaatkan prinsip-prinsip ilmiah melalui penelitian. tidak hanya dimanfaatkan dalam industri makanan tetapi telah mencakup berbagai bidang, seperti rekayasa genetika, penanganan polusi, penciptaan sumber energi, dan sebagainya. Dengan adanya berbagai penelitian serta perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, maka bioteknologi makin besar manfaatnya untuk masa-masa yang akan datang. Contoh, Rekayasa genetika, Biteknologi Kedokteran. dsb.

2. Apa yang dimaksud dengan Rekayasa Genetika? Bagaimana pendapat anda terhadap rekayasa genetika? Jelaskan!

Jawab : Rekayasa genetika merupakan suatu cara memanipulasikan gen untuk menghasilkan makhluk hidup baru dengan sifat yang diinginkan. Rekayasa genetika disebut juga pencangkokan gen atau rekombinasi DNA. Dalam rekayasa genetika digunakan DNA untuk menggabungkan sifat makhluk hidup. Hal itu karena DNA dari setiap makhluk hidup mempunyai struktur yang sama, sehingga dapat direkomendasikan. Selanjutnya DNA tersebut akan mengatur sifatsifat makhluk hidup secara turun-temurun. Untuk mengubah DNA sel dapat dilakukan melalui banyak cara, misalnya melalui transplantasi inti, fusi sel, teknologi plasmid, dan rekombinasi DNA. Menurut pendapat saya, hal ini merupakan solusi termutakhir ketika kita hendak membutuhkan atau mengahsilkan produk/bibit dengan kualitas unggul, serta bermanfaat juga ketika telah terjadi disfungsi beberapa organ pasien (kedokteran) maka rekayasan genetika sangat berguna. Namun dalam pelaksanaannya diharapkan tetap melihat kaidah dan undang-undang yang berlaku.

3. DNA merupakan substansi genetika yang memiliki peranan pentingdalam bioteknologi. Jelaskan menurut pendapat anda, Apa hubungan DNA, Gen, dan Kromosom?

Jawab : Asam deoksiribonukleat, lebih dikenal dengan DNA (bahasa inggris: deoxyribonucleic acid), adalah sejenis asam nukleat yang tergolong biomolekul utama penyusun berat kering setiap organisme. Di dalam sel, DNA umumnya terletak di dalam inti sel. Secara garis besar, peran DNA di dalam sebuah sel adalah sebagai materi genetik; artinya, DNA menyimpan cetak biru bagi segala aktivitas sel. Ini berlaku umum bagi setiap organisme. Di antara perkecualian yang menonjol adalah beberapa jenis virus (dan virus tidak termasuk organisme) seperti HIV (Human Immunodefisiensy Virus). Gen (dari bahasa belanda: gen) adalah unit pewarisan sifat bagi organisme hidup. Bentuk fisiknya adalah urutan DNA yang menyandi suatu protein, polipeptida, atau seuntai RNA yang memiliki fungsi bagi organisme yang memilikinya. Batasan modern gen adalah suatu lokasi tertentu pada genom yang berhubungan dengan pewarisan sifat dan dapat dihubungkan dengan fungsi sebagai regulator (pengendali), sasaran transkripsi, atau peran-peran fungsional lainnya.Kromosom (Yunani: chroma, warna; dan soma, badan) merupakan struktur di dalam sel berupa deret panjang molekul yang terdiri dari satu molekul DNA dan berbagai protein terkait yang merupakan informasi genetik suatu organisme, seperti molekul kelima jenis histon dan faktor transkripsi yang terdapat pada beberapa deret, dan termasuk gen unsur regulator dan sekuens nukleotida. Kromosom yang berada di dalam nukleus sel eukariota, secara khusus disebut kromatin.          

Gen adalah bagian kromosom atau salah satu kesatuan kimia (DNA) dalam kromosom, yaitu dalam lokus yang mengendalikan ciri genetis suatu makhluk hidup. Kromosom adalah suatu struktur makromolekul yang berisi DNA di mana informasi genetik dalam sel disimpan. Kromosom adalah pembawa gen yang terdapat di dalam inti sel (nukleus). Kromosom terdiri dari DNA, RNA (asam ribo nukleat) dan protein. Asam deoksiribonukleat, lebih dikenal dengan DNA merupakan sejenis asam nukleat yang tergolong biomolekul utama penyusun berat kering setiap organisme. Di dalam sel, DNA umumnya terletak di dalam inti sel. 

HUBUNGAN GEN, KROMOSOM DAN DNA

Bagian utama sebuah sel adalah nukleus, di dalam nukleus terdapat benang-benang halus yang disebut kromatin. Pada saat sel akan mulai membelah diri, benang-benang halus tersebut menebal, memendek dan mudah menyerab warna membentuk kromosom. Kromosom adalah struktur padat yang terdiri dari dua komponen molekul, yaitu DNA dan protein. Secara struktural perubahan DNA dan protein menjadi kromosom di awali pada saat profase. Molekul DNA akan berikatan dengan protein histon dan nonhiston membentuk sejumlah nukleosom. Unit-unit nukleosom bergabung memadat membentuk benang yang lebih padat dan terpilin menjadi lipatan-lipatan solenoid. Lipatan solenoid tersusun padat menjadi benang-benang kromatin. Benang-benang kromatin akan tersusun memadat membentuk lengan kromatin. Selanjutnya kromatin akan mengganda membentuk kromosom.

4. Apa yang dimaksud dengan Dogma Central? Jelaskan secara rinci!

Jawab : Dogma sentral pada dasarnya adalah sebuah kerangka kerja yang menguraikan transfer informasi berurutan dari DNA untuk penyimpanan sebagai ekspresi dari informasi sebagai sebuah entitas fungsional sebagai protein. Dogma central semua informasi yang terkandung dalam DNA, kemudian akan digunakan untuk menghasilkan molekul RNA melalui transkripsi, dan beberapa informasi pada RNA tersebut akan digunakan untuk menghasilkan protein melalui proses yang disebut translasi. Sebenarnya dalam proses dogma central, ada beberapa referensi yang mencakup replikasi DNA, dan ada yang tidak. Karena ada yang mengartikan dogma central adalah proses ekspresi gen dari DNA –> RNA –> protein. Ada pula yang menyebutkan sebelum ekspresi gen berlangsung, DNA harus dilipat gandakan  dulu. 

■ REPLIKASI

Proses replikasi DNA adalah proses pengandaan DNA dimana proses ini diperlukan dalam pembelahan sel. Sebelum proses ekspresi gen, biasanya DNA dilipatgandakan menjadi lebih banyak. Proses replikasi DNA pada dasarnya adalah 1 double stranded DNA dicopy menjadi 2 buah, dari 2 buah akan dicopy menjadi 4 buah. Jadi berawal dari denaturasi DNA yang akan membuka pilinan dari double stranded menjadi single stranded. Kemudian dengan bantuan sebuah enzim yang disebut DNA Polimerase, DNA akan terikat DNA polimerase kemudian copy DNA terjadi. Melalui prinsip replikasi DNA ini lah PCR (Polymerase Chain Reaction) dilakukan.

■ Transkripsi

Ini merupakan tahap awal dalam proses sintesis protein yang pada akhirnya proses ini akan mengekspresi sifat-sifat genetik yang muncul sebagai fenotip. Dan untuk mempelajari biologi molekuler tahap dasar yang perlu kita ketahui adalah bagaimana mekanisme sintesis protein dapat dinyatakan sebagai sehingge fenotipe. Transkripsi adalah sintesis molekul RNA dalam template DNA.Proses ini terjadi dalam inti sel (nukleus) tepatnya pada kromosom. 

Komponen yang terlibat dalam proses transkripsi yaitu: DNA template yang terdiri dari basa nukleotida Adenin (A), Guanin (G), Timin (T), Sitosin (S); enzim Polimerase RNA, faktor transkripsi, prekursor (bahan yang ditambahkan sebagai diinduksi) . Hasil dari proses sintesis tiga jenis RNA, yaitu mRNA messeger RNA), tRNA (transfer RNA), rRNA (RNA ribosomal). Sebelum itu saya akan menjelaskan terlebih dahulu bagian utama dari gen. Gen terdiri atas: promoter, bagian struktural (terdiri dari gen yang mengkode sifat yang akan diekspresikan), dan terminator.
Sedangkan struktur RNA Polimerase terdiri atas: beta, beta-prime, alpha, sigma. Pada struktur beta dan beta-prime bertindak sebagai katalisator dalam transkripsi. struktur Sigma untuk polimerase RNA holoenzim berlangsung hanya menempel promotor.Bagian yang disebut enzim inti terdiri dari alfa, beta, dan beta-prime.

Tahapan dalam proses transkripsi pada dasarnya terdiri dari 3 tahap:

   1. Inisiasi (pengawalan)

Transkripsi tidak dimulai di mana saja pada DNA, tapi di hulu (upstream) dari gen promotor. Salah satu bagian terpenting dari promoter adalah kotak Pribnow (TATA box). Inisiasi dimulai ketika holoenzim RNA polimerase menempel pada promotor. Tahapan dimulai dari pembentukan kompleks promoter tertutup, pembentukan kompleks promoter terbuka, penggabungan beberapa nukleotida awal, dan perubahan konformasi RNA polimerase karena struktur sigma holoenzim kompleks dihapus.

2. Elongasi (pemanjangan)

Proses selanjutnya adalah perpanjangan. Berikut ini adalah pemanjangan nukleotida perpanjangan. Setelah promotor RNA polimerase melekat pada enzim tersebut akan terus bergerak sepanjang molekul DNA, mengurai dan meluruskan heliks tersebut. Dalam pemanjangan, nukleotida ditambahkan secara kovalen pada ujung 3 ‘molekul RNA yang baru dibentuk. Misalnya, DNA template nukleotida A, maka nukleotida RNA yang ditambahkan adalah U, dan seterusnya. Pemanjangan maksimum tingkat molekul transkrip RNA berrkisar antara 30-60 nukleotida per detik. Pemanjangan kecepatan tidak konstan.

3. Penghentian (terminasi)

Penghentian juga tidak terjadi di sembarang tempat. Transkripsi berakhir ketika sebuah nukleotida spesifik melihat kodon STOP.Selain itu, terlepas dari template DNA RNA 

■ TRANSLATION

Tahap selanjutnya setelah transkripsi adalah terjemahan.Penerjemahan adalah suatu proses penerjemahan urutan nukleotida molekul mRNA yang ada dalam rangkaian asam amino yang menyusun suatu polipeptida atau protein.

Apa yang dibutuhkan dalam proses penerjemahan adalah: mRNA, ribosom, tRNA, dan asam amino.

Sebelumnya, saya pertama akan menjelaskan tentang struktur ribosom. Ribosom terdiri atas subunit besar dan kecil. Ketika dua subunit digabungkan untuk membentuk sebuah monosom. subunit kecil berisi peptidil (P), dan Aminoasil (A). Sedangkan subunit besar mengandung Exit (E), P, dan A. Kedua subunit mengandung satu atau lebih molekul rRNA. rRNA sangat penting untuk mengidentifikasi bakteri pada tingkat biologi molekuler, pada prokariotik dan eukariotik 16 S 18 S.

Seperti transkripsi, terjemahan ini juga dibagi menjadi tiga tahap:

      1. Inisiasi

Pertama tRNA mengikat asam amino, dan ini menyebabkan acara diaktifkan atau tRNA disebut asilasi-amino. Amino-asilasi proses dikatalisis oleh enzim tRNA sintetase. Kemudian ribosom mengalami pemisahan menjadi subunit besar dan kecil.Selanjutnya molekul mRNA subunit kecil menempel pada tongkat dengan kodon awal: 5 ‘- AGGAGG – 3′. Situs order dimana subunit kecil disebut urutan Shine-Dalgarno. Subunit kecil dapat menempel pada mRNA bila IF-3. IF-3/mRNA-fMet IF-2/tRNA-fMet pembentukan kompleks dan asam amino yang disebut N-formylmethionine dan memerlukan banyak GTP sebagai sumber energi. tRNA-fMet, melekat pada kodon pembuka P subunit kecil.Selanjutnya, subunit besar menempel pada subunit kecil. Dalam proses ini IF-1 dan IF-2 dilepas dan GTP dihidrolisis terhadap GDP, dan siap untuk perpanjangan.

     2. Pemanjangan

Perbedaan dalam proses transkripsi, terjemahan dari asam amino diperpanjang. Langkah-langkah yang diambil dalam proses perpanjangan, yang pertama adalah pengikatan tRNA ke sisi A pada ribosom. Transportasi akan membentuk ikatan peptida.

     3. Penghentian

Terjemahan akan berakhir pada satu waktu dari tiga kodon terminasi (UAA, UGA, UAG) yang berada dalam posisi A pada mRNA mencapai ribosom. Pada E. coli ketiga sinyal penghentian proses translasi diakui oleh protein yang disebut faktor rilis (RF).Anil RF pada kodon terminasi mengaktifkan enzim transferase peptidil yang menghidrolisis ikatan antara polipeptida dng tRNA pada P dan menyebabkan tRNA kosong translokasi ke sisi memiliki E (exit).

Itulah mekanisme transkripsi dan proses penerjemahan. Proses selanjutnya adalah protein tersebut akan diekspresikan oleh tubuh kita dalam bentuk fenotipe

           http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=ZjRCmU0_dhY

5. Dalam Bioteknologi terdapat sejumlah metode yang sering digunakan anatara lain adalah PCR dan Sekuensing. Jelaskan masing-masing metode tersebut! Apa perbedaan antara PCR dan Thermocycler?

Jawab : Polymerase Chain Reaction (PCR) adalah metode untuk amplifikasi (perbanyakan) primer oligonukleotida diarahkan secara enzimatik urutan DNA spesifik. Teknik ini mampu memperbanyak sebuah urutan 105-106-kali lipat dari jumlah nanogram DNA template dalam latar belakang besar pada sequence yang tidak relevan (misalnya dari total DNA genomik). Sebuah prasyarat untuk memperbanyak urutan menggunakan PCR adalah memiliki pengetahuan, urutan segmen unik yang mengapit DNA yang akan diamplifikasi, sehingga oligonucleotides tertentu dapat diperoleh. Hal ini tidak perlu tahu apa-apa tentang urutan intervening antara primer. Produk PCR diamplifikasi dari template DNA menggunakan DNA polimerase stabil-panas dari Thermus aquaticus (Taq DNA polimerase) dan menggunakan pengatur siklus termal otomatis (Perkin-Elmer/Cetus) untuk menempatkan reaksi sampai 30 atau lebih siklus denaturasi, anil primer, dan polimerisasi. Setelah amplifikasi dengan PCR, produk ini dipisahkan dengan elektroforesis gel poliakrilamida dan secara langsung divisualisasikan setelah pewarnaan dengan bromida etidium. PCR (Polymerase Chain Reaction) merupakan suatu teknik perbanyakan (amplifikasi) potongan DNA secara in vitro pada daerah spesifik yang dibatasi oleh dua buah primer oligonukleotida. Primer yang digunakan sebagai pembatas daerah yang diperbanyak adalah DNA untai tunggal yang urutannya komplemen dengan DNA templatnya. Proses tersebut mirip dengan proses replikasi DNA secara in vivo yang bersifat semi konservatif. PCR memungkinkan adanya perbanyakan DNA antara dua primer, hanya di dalam tabung reaksi, tanpa perlu memasukkannya ke dalam sel (in vivo). Pada proses PCR dibutuhkan DNA untai ganda yang berfungsi sebagai cetakan (templat) yang mengandung DNA-target (yang akan diamplifikasi) untuk pembentukan molekul DNA baru, enzim , deoksinukleosida trifosfat (dNTP), dan sepasang primer oligonukleotida. Sekuensing DNA atau pengurutan DNA adalah proses atau teknik penentuan urutan basa nukleotida pada suatu molekul DNA. Urutan tersebut dikenal sebagai sekuens DNA, yang merupakan informasi paling mendasar suatu gen atau genom karena mengandung instruksi yang dibutuhkan untuk pembentukan tubuh makhluk hidup.  Sekuensing DNA dapat dimanfaatkan untuk menentukan identitas maupun fungsi gen atau fragmen DNA lainnya dengan cara membandingkan sekuens-nya dengan sekuens DNA lain yang sudah diketahui. Teknik ini digunakan dalam riset dasar biologi maupun berbagai bidang terapan seperti kedokteran, bioteknologi, forensik, dan antropologi.

PCR dengan Thermocycler (juga dikenal sebagai thermocycler, mesin PCR atau penguat DNA) merupakan peralatan laboratorium yang paling umum digunakan untuk memperkuat segmen DNA melalui polymerase chain reaction (PCR). [1] cyclers Thermal juga dapat digunakan di laboratorium untuk memfasilitasi reaksi suhu-sensitif lainnya, termasuk namun tidak terbatas pada enzim restriksi atau diagnostik cepat. [2] perangkat ini memiliki blok termal dengan lubang di mana tabung memegang campuran reaksi dapat disisipkan. Pengendara sepeda kemudian menimbulkan dan menurunkan suhu blok di diskrit, langkah pra-diprogram.

6. Jeaskan pendapat anda mengenai Kloning!

Kloning dalam biologi adalah proses menghasilkan individu-individu dari jenis yang sama (populasi) yang identik secara genetik. Kloning merupakan proses reproduksi aseksual yang biasa terjadi di alam dan dialami oleh banyak bakteria, serangga, atau tumbuhan. Dalam bioteknologi, kloning merujuk pada berbagai usaha-usaha yang dilakukan manusia untuk menghasilkan salinan berkas DNA atau gen, sel, atau organisme. Arti lain kloning digunakan pula di luar ilmu-ilmu hayati. Kata ini diturunkan dari kata clone atau clon, dalam inggris, yang juga dibentuk dari kata Yunani, κλῶνος ("klonos") yang berarti "cabang" atau "ranting", merujuk pada penggunaan pertama dalam bidang hortikultura sebagai bahan tanam dalam perbanyakan vegetatif. 

Menurut pendapat saya Teknologi kloning diharapkan dapat memberi manfaat kepada manusia, khususnya di bidang medis. Beberapa keuntungan terapeutik dari teknologi kloning adalah sebagai berikut: 

1. Kloning manusia memungkinkan banyak pasangan tidak subur untuk mendapatkan anak. 

2. Organ manusia dapat dikloning secara selektif untuk dimanfaatkan sebagai organ pengganti bagi pemilik sel organ itu sendiri, sehingga dapat meminimalisir resiko penolakan. 

3. Sel-sel dapat dikloning dan diregenerasi untuk menggantikan jaringan-jaringan tubuh yang rusak, misalnya urat syaraf dan jaringan otot. Kemungkinan bahwa kelak manusia dapat mengganti jaringan tubuhnya yang terkena penyakit dengan jaringan tubuh embrio hasil kloning, atau mengganti organ tubuhnya yang rusak dengan organ tubuh manusia hasil kloning. Di kemudian hari akan ada kemungkinan tumbuh pasar jual-beli embrio dan sel-sel hasil kloning. 

4. Teknologi kloning memungkinkan para ilmuan medis untuk menghidupkan dan mematikan sel-sel. Dengan demikian, teknologi ini dapat digunakan untuk mengatasi kanker. 

5. Teknologi kloning memungkinkan dilakukan pengujian dan penyembuhan penyakit-penyakit keturunan. Dengan teknologi kloning, kelak dapat membantu manusia dalam menemukan obat kanker, menghentikan serangan jantung, dan membuat tulang, lemak, jaringan penyambung, atau tulang rawan yang cocok dengan tubuh pasien untuk tujuan bedah penyembuhan dan bedah kecantikan.