1. Teknologi Sel
Biologi Sel
Semester Gasal 2011/2012
Esti Widowati,S.Si.,M.P

2. Gen
 Unit dasar perwarisan sifat adalah gen.
 Gen : serangkaian urutan nukleotida yang mengkode
satu molekul protein
 Setiap gen bertanggungjawab untuk satu rantai asam
amino dan sifat lain.
Gen merupakan bagian dari DNA.
 Gen bertanggungjawab untuk membuat protein dan
DNA menginstruksikan untuk membuat protein melalui
mekanisme sintesis protein.

3.  Urutan nukleotida suatu gen dapat diubah sehingga protein dan
fungsi yang dihasilkannya berbeda.
 Teknik ini disebut rekayasa genetika atau teknologi DNA rekombinan
yang prosesnya disebut kloning gen.
 Kloning : proses insersi fragmen nukleotida kedalam vektor dan
menghasilkan molekul DNA rekombinan yang berbeda-beda.
Molekul DNA rekombinan dalam sel inang akan bereplikasi dan
menghasilkan kopi yang identik.
Ketika sel lisis, kopi molekul DNA akan diturunkan dan terjadilah
proses replikasi kembali.
Hasil proses ini adalah klon yang mengandung satu atau lebih
molekul DNA rekombinan.

4.  Struktur sederhana : empat subunit nukleotida yang
diikatkan bersama dalam urutan yang sangat spesifik untuk
membentuk suatu rantai.
 Urutan nukleotida ini menjadi sandi yang menyampaikan
seluruh informasi bagi suatu sel selama kehidupannya.
 Setiap nukleotida terdiri atas gula deoksiribosa, fosfat dan
basa nitrogen (adenine, timin, sitosin dan guanin).
 Bentuk : helix ganda dengan dua rantai nukleotida berputar
mengelilingi satu sama lain dalam bentu helix atau spiral.
Subunit pada setiap rantai diikat bersamaan. Basa pada
masing-masing rantai berhadapan satu sama lain di tengah
helix dan basa berpasangan secara spesifik.
 Adenin dengan Timin dan Sitosin dengan Guanin. Cara ini
berperan untuk membuat salinan DNA.
DNA

5.  Pembelahan sel membuat setiap organisme menerima separuh
kromosom dari setiap induknya sehingga organisme menjadi lebih
kompleks.
 DNA akan bereplikasi sebelum terjadi pembelahan. Pesan
ditranskripsi menjadi mRNA yang secara kimiawi serupa
dengan DNA.
 Urutan basa pada mRNA menentukan urutan asam amino pada
protein disebut kodon. Setiap kodon memberi perintah untuk
mensintesis protein
 Proses pembentukan protein mempengaruhi kemampuan
organisme bertahan hidup.

8. Kultur Sel
 Kultur sel adalah menumbuhkan sel atau jaringan
pada medium tertentu dalam kondisi aseptis
 Perbanyakan tumbuhan/hewan dapat dilakukan
secara cepat, jumlahnya terbatas, hemat tempat
dan waktu, serta memiliki sifat identik. Perbanyakan
itu melalui teknik kloning.
 Kultur sel tumbuhan dapat ditumbuhkan menjadi
individu baru, sedangkan kultur sel hewan tidak
bisa.
(Kemampuan totipotensi)

9. Kultur Sel

10. Sel Attach atau Suspensi

12. Rekayasa Genetika
 Rekayasa genetika merupakan upaya untuk
mengubah sifat makhluk hidup dengan
mengubah materi genetik yang ada di dalam
selnya, cara mengubah materi genetik (DNA)
dengan melalui persilangan, mutasi,
transplantasi inti, fusi, rekombinasi DNA.

13.  Fusi sel untuk pembentukan generasi baru dengan kombinasi
gen yang baru dalam sel mikroorganisme dengan
menggabungkan dua sel bersamaan.
 Fusi sel diawali oleh peleburan membran sel, diikuti oleh
peleburan sitoplasma (plasmogami) dan selanjutnya peleburan
inti (kariogami). Waktu inti melebur, terjadi penyusunan
kembali kromosom secara acak.
 Fusi sel membentuk hibrid atau rekombinan yang mengandung
materi genetik dua sel atau lebih. Cara ini menghasilkan
kombinasi gen.
 Fusi sel dapat menghasilkan antibiotik baru dengan
mengaktifkan gen yang inaktif.
 Fusi sel menjadi cara untuk menyatukan bersama-sama gen
yang biasanya tidak berdekatan yaitu gen penyandi protein dan
gen daerah pengendali.
Fusi Sel

14.  Fusi sel
1. sel wadah : memiliki sifat cepat
membelah(sel kanker,mieloma).
2. sel sumber gen : memiliki sifat yang
diinginkan.
3. fusigen : zat-zat yang mempercepat
terjadinya fusi sel. zat yang tergolong fusigen
misalnya NaNO3, CsCl, pH tinggi, PEG, medan
listrik dan virus

15.  Manfaat fusi sel yakni untuk pemetaan kromosom,
menghasilkan antibodi monoklonal dan membentuk
spesies baru.
Beberapa alasan melakukan rekombinasi DNA
yakni
1. struktur DNA sama, darimanapun sumbernya
2. DNA dapat disambung-sambung
3. ditemukannya enzim-enzim pemotong dan
penyambung
4. gen dapat mengekspresikan diri di dalam sel
mana saja.

19. Transfer Inti (Nuclear Transfer)

21. DNA Rekombinan
 Teknologi DNA rekombinan : upaya perbanyakan gen tertentu dalam
sel inang nonalami (kloning gen), mengisolasi, memotong,
mengkombinasi dan menginsersi
 Teknologi DNA rekombinan : pembentukan kombinasi materi
genetik baru dengan penyisipan molekul DNA ke dalam vektor sehingga
terintegrasi dan mengalami perbanyakan di dalam suatu sel inang.
 Manfaat. Diperolehnya produk gen tertentu dalam waktu lebih cepat
dan jumlah lebih besar daripada produksi secara konvensional. Produk
pangan, vaksin, kapas, bioinsektisida, agen bioremediasi dan hormon
insulin

22.  Tahapan-tahapan tersebut adalah
1. isolasi DNA genomik/kromosom yang akan diklon
2. pemotongan molekul DNA menjadi sejumlah fragmen
dengan berbagai ukuran
3. isolasi DNA vektor
4. penyisipan fragmen DNA ke dalam vektor untuk
menghasilkan molekul DNA rekombinan
5. transformasi sel inang menggunakan molekul DNA
rekombinan
6. reisolasi molekul DNA rekombinan dari sel inang
7. analisis DNA rekombinan.

23.  Perangkat yang diperlukan adalah
1. Enzim restriksi : memotong DNA
2. Enzim DNA ligase : menyambung DNA
3. Plasmid : vektor
4. Transposon : alat untuk melakukan mutagenesis
dan untuk menyisipkan penanda
5. Pustaka Genom : Menyimpan gen atau fragmen
DNA yang telah diklonkan
6. Enzim Reverse Transcription : membuat DNA
berdasarkan RNA
7. Pelacak DNA/RNA : deteksi gen atau fragmen DNA
yang diinginkan atau deteksi klon yang benar

24.  Sumber DNA sisipan
1. DNA genomik dari DNA library
2. Produk PCR
3. mRNA menjadi cDNA (eukariot)

25.  Vektor DNA yang dapat mereplikasi diri didalam
sel inang.
 Vektor DNA adalah wahana tempat terjadinya
kloning.
 Vektor berupa molekul DNA yang diinsersi oleh
suatu gen untuk menghasilkan molekul DNA
rekombinan yang dapat membawa masuk gen
kedalam sel inang.
Vektor

26. Vektor tersebut antara lain
Plasmid
 Molekul DNA untai ganda berbentuk melingkar dan
terletak diluar kromosom.
 Plasmid memiliki ukuran yang lebih kecil daripada vektor
kloning lain sehingga fragmen DNA yang disisipkan juga
berukuran kecil yaitu kurang dari 10 kb.
 Molekul DNA plasmid dapat diisolasi, dimanipulasi dan
dimasukkan kembali kedalam sel inang. Didalam sel
inang molekul DNA plasmid dapat berjumlah lebih dari
satu dan mampu mereplikasi diri dan diturunkan ke
generasi berikutnya
 Plasmid dipilih karena mudah memasuki sel E.coli dan
proses ini dibantu sutu senyawa kimia.
 Plasmid dapat mereplikasi dirinya termasuk jika telah
mengandung gen rekombinan manusia.

29.  Bakteriofag : salah satu contohnya adalah lambda yaitu virus
E.coli memiliki ukuran 49 kb berupa molekul DNA yang berukuran
lebih besar daripada plasmid yang dibungkus protein. Fragmen
DNA yang disisipkan juga memiliki ukuran lebih besar yaitu 20 kb
 Phagemid : plasmid rekombinan yaitu gabungan antara plasmid
dan bakteriofag serta dapat disisipi molekul DNA antara 10-20 kb
 Kosmid : molekul DNA yang memiliki nukleotida dengan ukuran
lebih besar daripada bakteriofag sehingga fragmen yang
disisipkan sekitar 45kb
 Ragi atau yeast : vektor kloning yang disisipi oleh framen DNA
ukuran 50-100 kb

30. Bacteriophage

31. Syarat Inang (Hospes)
 Tumbuh cepat
 Nutrisi murah
 Tidak banyak persyaratan
 Bukan patogen/tidak menghasilkan toksin
 Informasi genetiknya sudah sangat dipahami
 Kemampuannya dalam fermentasi telah sangat
dipahami
 Dapat menerima berbagai vektor, mudah
ditransformasi,

32.  Fragmen DNA asing pembawa sifat yang diinginkan. Pada
proses kloning fragmen DNA pembawa sifat yang diinginkan
dapat diperoleh dengan beberapa cara yaitu
a. sintesis DNA secara kimia dengan DNA synthesizer karena
alat ini dapat mensintesis urutan nukleotida sepanjang 80 kb
tetapi dengan biaya mahal.
b. sintesis DNA dari RNA. Proses ini diawali dengan isolasi dan
pemurnian RNA. RNA bersifat tidak stabil dan mudah
terdegradasi. Dengan penambahan enzim reverse transkriptase
RNA akan ditranskripsi menjadi DNA. Cara ini memerlukan biaya
relatif mahal.
Fragmen DNA asing

33. c. fragmentasi DNA secara mekanik. Cara ini diawali dengan
isolasi dan pemurnian DNA (DNA kromosom) kemudian dipotong
secara acak. Biaya relatif murah tetapi fragmen yang terpotong
akan sulit disambung kembali ke vektor kloning.
d. pemotongan DNA dengan enzim restriksi. Cara ini diawali
dengan isolasi dan pemurnian DNA kemudian dilakukan
pemotongan secara terarah dengan enzim restriksi. Enzim
restriksi merupakan endonuklease yang memiliki sisi pengenalan
tertentu. Penyambungan kembali fragmen dengan vektor dapat
direncanakan dan biaya dapat dikalkulasikan.

34.  Metode untuk memotong dan menyambung kembali
DNA asing tersebut dengan vektor untuk menghasilkan
DNA rekombinan.
 Pemotongan dan penyambungan kembali fragmen DNA
asing kedalam suatu vektor dilakukan secara enzimatis.
Pemotongan dan Penyambungan
Kembali DNA

35. Beberapa enzim yang terlibat dalam kloning DNA adalah
 enzim restriksi : endonuklease yang memiliki kemampuan
memotong urutan nukleotida pada basa secara spesifik sehingga
pemotongannya dapat terarah. Oleh karena molekul DNA beruntai
ganda maka hasil pemotongannya berupa ujung tumpul (blunt ends)
atau runcing/kohesif (sticky ends). Pemotongan DNA dengan enzim
restriksi ini bersifat palindrom atau arah pengenalan (5`-3`) dari dua
untai selalu sama.
 DNA ligase untuk menyambung kembali fragmen DNA dengan
vektornya sehingga dihasilkan DNA rekombinan.

37.  Pemasukan molekul DNA rekombinan kedalam sel inang dapat
dilakukan dengan kejut panas yaitu dengan mencampur DNA
rekombinan hasil ligasi dengan sel inang dan dipanaskan pada
42°C selama 30 detik kemudian diinkubasi pada es selama 2
jam. Proses tersebut adalah transformasi yaitu sel yang
mengalami perubahan.
 Transforman ditumbuhkan pada media tertentu untuk dilakukan
proses skrining atau identifikasi klon rekombinan. E.coli dapat
sebagai inang karena metabolismenya telah banyak dipelajari.
Memasukkan DNA Rekombinan

38.  Skrining diperlukan untuk memperoleh klon hasil yang
mengandung gen pengkode protein yang kita inginkan.
 Setelah klon yang diduga mengandung fragmen DNA
yang diinginkan diperoleh kemudian dilakukan isolasi
DNA untuk menentukan urutan nukleotidanya.
 Populasi sel dari satu induk asal disebut klon dan
seluruh sel dalam satu klon memiliki susunan genetik
yang sama.
Identifikasi Klon Rekombinan

39. 1.Isolasi gen
2. Memodifikasi gen sehingga fungsi
biologisnya lebih baik
3. Mentransfer gen tersebut ke organisme baru
4. Membentuk produk organisme transgenik

40.  Prosedur pembentukan organisme transgenik
1. Proses introduksi gen
a. membentuk sekuen gen yang diinginkan yang ditandai
dengan penanda yang spesifik.
b. Mentransformasi sekuen gen yang sudah ditandai ke
jaringan
c. Mengkultur jaringan yang sudah mengandung gen yang
ditransformasikan
d. Uji coba kultur tersebut di lapangan
2. Mutagenesis
Memodifikasi gen pada organisme tersebut dengan
mengganti sekuen basa nitrogen pada DNA yang ada untuk
diganti dengan basa nitrogen lain sehingga terjadi
perubahan sifat pada organisme tersebut, contoh: semula
sifatnya tidak tahan hama menjadi tahan hama.

41.  Transfer DNA secara alami
1. Konjugasi : perpindahan DNA antara satu
sel ke sel lainnya dengan adanya kontak
fisik
2. Transformasi : pengambilan DNA dari
lingkungan disekitarnya
3. Transduksi : Pemindahan DNA dari satu sel
ke sel lainnya dengan bantuan phage

42.  Pembuatan tanaman buah, sayur, bunga, serealia, daun
tembakau yang tahan lama, upaya produksi susu sapi
dengan kualitas seperti ASI, wool berkualitas tinggi, padi
dengan kandungan vitamin A, sintesis antibiotik baru dan
produksi vaksin, insulin dan hormon.
 Gen dipindah antar organisme. Rekayasa genetika
melibatkan penyisipan informasi genetik baru kedalam
organisme biasanya bakteri untuk menghasilkan
kemampuan baru.
 Gen dapat terekspresi atau tidak tergantung digunakannya
dalam sintesis protein.
Aplikasi Rekayasa Gen
KLONING

46. Tugas Presentasi
 Buat 5 kelompok dan tentukan judul materi yang akan
dipresentasikan
 Tema presentasi
1. Peran teknologi sel dalam ketahanan pangan
2. Metode pengawetan pangan dan kaitannya dengan
selaput plasma
3. Peran rigor mortis dan kaitannya dengan kualitas daging
4. Efek penyimpangan dalam pembelahan sel pada tanaman
pangan
5. Stress Management pada sel (stress lingkungan dan
nutrisi)

47.  Info dari jurnal atau sumber lain
 Bisa berupa info terkini, pro-kontra, produk
atau jenis tanaman pangan
 Efek dapat positif dan negatif
 Dapat disertai penyataan sikap kelompok
terhadap suatu teknologi atau pernyataan
 Presentasi sekreatif mungkin dan
mengangkat isu terkini terutama berkaitan
dengan ketahanan dan keamanan pangan
 Presentasi dilakukan berurutan sesuai tema