BIOINFORMATIKA

LAPORAN PRAKTIKUM BIOTEKNOLOGI FARMASI

Oleh :

NAMA : Erika Dwi Rahmawati

NIM : 142210101017

KELOMPOK : B2

KELAS : B

BAGIAN BIOLOGI FARMASI FAKULTAS FARMASI

UNIVERSITAS JEMBER

2016

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perkembangan teknologi DNA rekombinan memainkan peranan penting dalam l a h i r n y a

b i o i n f o r m a t i k a . T e k n o l o g i D N A r e k o m b i n a n m e m u n c u l k a n

s u a t u pengetahuan baru dalam rekayasa genetika organism yang dikenal dengan

bioteknologi. Perkembangan bioteknologi dari bioteknologi tradisional ke bioteknologi

modern salah satunya ditandai dengan kemampuan manusia dalam

melakukan analisis DNA organisme, sekuensing DNA dan manipulasi DNA. Kemampuan untuk

memahami dan memanipulasi kode genetik DNA ini sangat didukung oleh teknolog  informasi

melalui perkembangan hardware dan software. Baik pihak pabrikan software dan

hardware maupun pihak ketiga dalam produksi perangkat lunak.

Salah satu contohnya dapat dilihat pada upaya Celera Genomics, perusahaan

bioteknologi Amerika Serikat yang melakukan pembacaan sekuen genom manusia

yang secara maksimal memanfaatkan teknologi informasi sehingga bias

melakukan pekerjaannya dalam waktu yang singkat. Kemajuan teknik biologi molekuler

dalam mengungkap sekuens biologi protein (sejak awal 1950an) dan asam nukleat

(sejak 1960an) mengawali perkembangan pangkalan data dan teknik analisis sekuens

biologi. Pangkalan data se kuens p ro t e i n mu la i d ikem bangkan pada t ahun

1960an d i A me r ika Se r ika t , sementara pangkalan data sekuens DNA dikembangkan

pada akhir 1970an di Amerika Serikat dan Jerman pada Laboratorium Biologi Molekuler Eropa

(European Molecular  Biology Laboratory).

Penemuan teknik sekuensing DNA yang lebih cepat pada pertengahan 1970an menjadi

landasan terjadinya ledakan jumlah sekuens DNA yang dapat

diungkapkan pada 1980an dan 1990an. Hal ini menjadi salah satu pembuka jalan bagi

proyek-proyek pengungkapan genom, yang meningkatkan kebutuhan akan pengelolaan

dananalisis sekuens dan pada akhirnya menyebabkan lahirnya bioinformatika.

P e r k e m b a n g a n j a r i n g a n i n t e r n e t j u g a m e n d u k u n g

b e r k e m b a n g n y a bioinformatika. Pangkalan data bioinformatika yang

terhubungkan melalui internet memudahkan ilmuwan dalam mengumpulkan hasil

sekuensing ke dalam pangkalan data tersebut serta memperoleh sekuens biologi

sebagai bahan analisis. Selain itu, penyebaran program-program aplikasi

bioinformatika melalui internet memudahkan ilmuwan dalam mengakses program-

program tersebut dan kemudian memudahkan pengembangannya

B io in fo rma t i ka me ru pak an i lm u t e r apan yang l ah i r da r i

pe rkem bang an teknologi informasi dibidang molekular. Pembahasan dibidang bioinformatik ini

tidak  terlepas dari perkembangan biologi molecular modern, salah satunya

peningkatan pemahaman manusia dalam bidang genomic yang terdapat dalam

molekul DNA. Mempelajari penerapan teknik komputasi untuk mengelola dan menganalisis

informasi hayati. Bidang ini mencakup penerapan metode-metode matematika,

statistika, dan informatika untuk memecahkan masalah-masalah biologi, terutama

yang terkaitdengan penggunaan sekuens DNAdan asam amino.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah yang ada, maka perumusan masalah dalam makalah

ini adalah sebagai berikut:

1. Apa yang dimaksud dengan DNA, gen, dan genom ?

2. Apa yang dimaksud dengan dogma sentral dalam bioteknologi ? Jelaskan !

3. Bagaimana proses perubahan yang terjadi dari DNA hingga menjadi protein?

4. Bagaimana deskripsi singkat tentang protein transkripsi / gen NF-KB ?

5. Bagaimana fungsi dan mekanisme kerja, dan juga alur signaling serta target gen yang

ditranskripsi ?

1.3 Tujuan

Dalam penulisan makalah ini terdapat beberapa tujuan yang ingin dicapai antara lain:

1. Mahasiswa mengetahui dan mampu melakukan penelusuran bioinformatika di

internet

2. Mahasiswa dapat menentukan DNA, sekuen gen dan protein, serta jalur yang

berperan dalam proses transduksi sinyal yang melibatkan protein tersebut

BAB II

METODE KERJA DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 METODE KERJA

Pencarian Sekuen DNA, Sekuen Asam Amino, Struktur Protein, dan

Domain Fungsional Protein

Pencarian struktur sekunder suatu protein

Dibuka situs www.genenames.org . Dimasukkan mana protein yang ingin dicari. Diklik bagian search.

Diklik bagian protein yang ingin dicari. Klik beberapa link pada laman tersebut seperti Entrez Gene, GenBank, NCBI Sequence Viewer, dan OMIM.

Diklik link protein untuk memperoleh informasi lebih lanjut mengenai sekuens protein tertentu.

Diklik link pathways untuk mengetahui pathways suatu protein

Diklik link Protein ID, selanjutnya klik link CDD search result untuk mengetahui domain fungsional protein.

Dibuka situs pdb di www.pdb.org lalu dimasukkan protein yang ingin dicari

Dipilih salah satu hasil pencarian dengan cara meng-klik link tersebut

Setelah diperoleh struktur kuarterner suatu protein lalu dibuka situs pdb sum di www.ebi.ac.uk/pdbsum

Pencarian transduksi sinyal terkait dengan protein tertentu.

2.2 TINJAUAN PUSTAKA

Bioinformatika, sesuai dengan asal katanya yaitu "bio" dan "informatika", adala

h gabungan  antara  ilmu  biologi  dan  ilmu  Teknologi  Informasi  (TI).  Pada 

umumnya,  Bioinformatika  didefenisikan  sebagai  aplikasi  dari  alat  komputasi  dan 

analisa  untuk menangkap  dan menginterpretasikan  data‐ data biologi. Ilmu ini

merupakan ilmu baru yang merangkup berbagai disiplin ilmu termasuk ilmu komputer,

matematika dan fisika, biologi, dan ilmu kedokteran, dimana kesemuanya saling

menunjang dan saling bermanfaat satu sama lainnya.

Ilmu bioinformatika lahir atas insiatif para ahli ilmu computer berdasarkan

artificial intelligence. Mereka berpikir bahwa semua gejala yang ada di alam ini bias

dibuat secara artificial melalui simulasi dari gejala‐gejala tersebut. Untuk mewujudkan

hal ini diperlukan data‐data yang menjadi kunci penentu tindak‐tanduk gejala alam

tersebut, yaitu gen yang meliputi DNA atau RNA. Bioinformatika ini penting untuk

manajemen data‐data dari dunia biologi dan kedokteran modern. Perangkat utama

Bioinformatika  adalah  program  software 

dan didukung oleh kesediaan internet (Utama, 2002). 

Diklik protein chain untuk memperoleh struktur sekunder protein. Pada laman tersebut dapat pula diketahui motif protein

Dibuka situs http://cgap.nci.nih.gov/pathways. Setelah laman tersebut muncul lalu diklik pathway searcher pada kolom keyword dan diklik Go.

Setelah laman hasil pencarian tersebut muncul lalu dipilih H (human) untuk melihat transduksi sinyal di manusia.

Diklik legend untuk melihat keterangan pathways. Pathways yang berkaitan dengan protein tersebut dapat dijelaskan dengan melihat keterangan pada legend.

Bioinformatika  adalah  organisasi  dan  analisis  komplek  data  yang 

dihasilkandarianalisa  molekuler  dan  teknik  biokimia. Disamping itu bioinformatika

merupakan teknologi untuk koleksi, peyimpanan analisis, interprestasi,  pelepasan dan

aplikasi untuk informasi biologi. Analisi dilakukan dengan cara membandingkan data

yang masuk dengan ribuan data lain yang tersedia di dalam pangkalan data

(Nuswantara, 2000). Seiring dengan perkembangan bioinformatika yang amat pesat,

informasi‐informasi baru dalam bidang ini terus bermunculan. Pangkalan data urutan

DNA, RNA dan protein sanga  berperan untuk mendukung berbagai kegiatan penelitian

bioteknologi termasuk menggali berbagai potensi biologis di tengah beraneka ragamnya

organism (Nuswantara, 2000). Secara rutin para peneliti mengirimkan urutan‐urutan

DNA, RNA atau asam amino kepada bank data dan diolah menurut kebutuhan. Hasil

yang diperoleh umumnya berupa analisis kesamaan dan 1 beberapa jenis statistic dari

urutan basanya yang dilakukan secara cepat oleh computer dengan membandingkan

data yang di input dengan data yang disimpan oleh bank data (Nuswantara, 2000).

Pada  suatu  proyek  penelitian  biologi  molekuler  khususnya  yang  berkaitan 

dengan analisis urutan DNA, RNA atau asam amino, esensi keberadaan bank data DNA

sangat besar sehingga keberhasilan  eksperiman  sangat  bergantung  pada  tersedianya 

pangkalan‐pangkalan  data  ini.  Tanpa  pangkalan  data urutan‐urutan DNA tidak dapat

disimpulkan (Lewitter, 1987). Selain analisa kesamaan, bank data biasanya

menyediakan pula fasilitas perangkat lunak yang dapat mengolah DNA, RNA atau

protein menjadi bentuk dua dimensi hingga struktur tiga dimensi yang dapat

diputar dan dilihat dari berbagai sudut (Lewitter, 1987).  Analisis  keragaman  untuk 

asam  nukleat  dan  protein  dalam  bentuk  dendogram  merupakan 

salah satu fasilitas lain dari bank data. Perangkat analisis lainnya adalah untuk pembuata

n harr plot,  peta  restriksi,  analisis  hidrofobisitas  suatu  protein  dan  masih  banyak 

fasilitas  lain  yang  dapat  mempermudah kerja seorang peneliti (Nuswantara, 2000). 

Pada praktikum kali ini saya menggunakan protein NF-KB yang nantinya akan

dilakukan penelusuran bioinformatika mengenai protein tersebut. NF-KB ( Nuclear

factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cell) adalah komplek protein yang

mengontrol proses transkripsi DNA. NFkB ditemukan di hampir semua tipe sel

binatang dan berperan mengendalikan sebagian besar proses seluler organisme normal

seperti respon imun dan respon inflamasi, proses perkembangan, pertumbuhan sel dan

proses apoptosis. NF-kB terlibat dalam respon seluler terhadap berbagai stimuli seperti

stress, sitokin, radikal bebas, iradiasi ultraviolet, LDL teroksidasi dan antigen viral atau

bakterial. Faktor transkripsi ini juga aktif secara terus menerus dalam beberapa kondisi

penyakit seperti kanker, arthritis, inflamasi kronis , asma, penyakit saraf degeneratif dan

penyakit jantung.

NF-kB secara luas telah digunakan oleh sel eukariotik sebagai pengatur

( regulator ) gen – gen yang bertugas mengendalikan proliferasi sel dan survival sel.

Pada umumnya berbagai jenis tumor pada manusia didapatkan kesalahan dalam

regulasi NFkB, yaitu NFkB berfun gsi terlalu aktif. NF kB yang aktif “menghidupkan”

ekspresi gen-gen yang yang membuat sel terus berproliferasi dan melindungi sel dari

kematian sel melalui jalur apoptosis. Defek pada NFkB meningkatkan kerentanan suatu

sel terhadap apoptosis sehingga meningkatkan kematian sel. Hal ini karena NFkB

mengendalikan gen anti-apoptotic khususnya gen TRAF1 dan TRAF 2.

Pada praktikum kali ini digunakan penelusuran secara online melalui beberapa

website yang ada yaitu www.ncbi.nlm.nih.gov , www.genenames.org ,

www.pdb.org ,dan www.ebi.ac.uk/pdbsum.

BAB III

HASIL DAN PEMBAHASAN

Simbol resmi : NFKB1

Nama lengkap resmi : Nuclear Factor of Kappa light polypeptide gene enhancer in B-

cells 1

Sumber utama : HGNC:HGNC:7794

Tipe gen : protein coding

RefSeq status : telah diperiksa

Organisme : Homo sapiens

Garis keturunan :Eukaryota; Metazoa; Chordata; Craniata; Vertebrata;

Euteleostomi; Mammalia; Eutheria; Euarchontoglires; Primates;

Haplorrhini; Catarrhini; Hominidae; Homo

Sinonim : p50; KBF1; p105; EBP-1; CVID12; NF-kB1; NFKB-p50;

NFkappaB; NF-kappaB; NFKB-p105; NF-kappa-B

ENTREZ GENE

Tampilan entrez gene yang mencakup informasi-informasi spesifik mengenai

NF-KB. Informasi-informasi tersebut antara lain simbol protein, nama lengkap resmi,

jenis gen, nama lain, dan orthologi. Pada informasi entrez gene dijelaskan bahwa gen

NFkB adalah regulator transkripsi yang diaktifkan oleh berbagai rangsangan intra dan

ekstra-seluler seperti sitokin, radikal bebas oksidan, iradiasi ultraviolet, dan produk

bakteri atau virus. NF KB yang telah aktif ditranslokasikan ke nukleus dan merangsang

ekspresi gen yang terlibat dalam berbagai fungsi biologis. Aktivasi yang tidak tepat dari

NFkB telah dikaitkan dengan sejumlah penyakit inflamasi sementara penghambatan

terus-menerus dari NFkB menyebabkan perkembangan sel kekebalan tubuh atau

pertumbuhan sel yang tertunda. Hasil splicing alternatif di beberapa transkrip varian

pengkodean isoform yang berbeda, setidaknya satu dari yang proteolitik diproses.

[Provided by RefSeq, Feb 2016]

PATHWAYS NF-KB

NF-kB telah lama dianggap sebagai target untuk obat anti-inflamasi yang baru.

Namun, data dari studi genetik pada tikus menunjukkan bahwa NF-kB bisa menjadi

sasaran terapi yang sulit dalam penyakit inflamasi. Pathway NF-kB memang mengatur

produksi sitokin pro inflamasi, perekrutan leukosit, atau kelangsungan hidup sel, yang

merupakan kontributor penting untuk respon inflamasi. Tapi, fungsi anti apoptosis NF-

kB dapat melindungi terhadap peradangan, dalam kasus kelangsungan hidup sel epitel

dan integritas penghalang mukosa, dan juga mempertahankan respon inflamasi melalui

aktivasi leukosit secara terus-menerus. Sebaliknya, NF-kB dapat mempromosikan

leukosit apoptosis dalam konteks tertentu dan memberikan kontribusi pada resolusi

peradangan. Hal ini juga jelas bahwa kontribusi NF-kB untuk kontrol peradangan oleh

berbagai mekanisme untuk mempengaruhi besarnya dan durasi respon inflamasi.

OMIM NF-KB

NF-kappa-B telah terdeteksi di berbagai jenis sel yang mengekspresikan sitokin,

kemokin, faktor pertumbuhan, molekul adhesi sel, dan beberapa protein fase akut dalam

kesehatan dan penyakit di berbagai negara. NF-kappa-B diaktifkan oleh berbagai

rangsangan, seperti sitokin, radikal oksidan bebas, partikel yang dihirup, iradiasi

ultraviolet, dan produk bakteri atau virus. aktivasi yang tidak pantas dari NF-kappa-B

telah dikaitkan dengan peristiwa inflamasi yang terkait dengan arthritis autoimun, asma,

syok septik, fibrosis paru, glomerulonefritis, aterosklerosis, dan AIDS. Sebaliknya,

penghambatan lengkap dan terus-menerus dari NF-kappa-B telah dikaitkan langsung

dengan apoptosis, pantas perkembangan sel kekebalan tubuh, dan pertumbuhan sel

tertunda.

a. Pada praktikum kali ini saya menggunakan protein NF-KB, maka setelah membuka

laman web www.genenames.org diketikkan nama protein NF-KB pada kolom

search lalu tekan enter

b. Setelah hasil pencarian terkait protein NF-KB keluar lalu pilih salah satu

diantaranya

c. Tampilan setelah salah satu link yang telah kita pilih tadi terbuka. Pada laman

tersebut terdapat beberapa pilihan sublink antara lain :

Entrez gene NCBI Sequence Viewer

OMIM GenBank

d. Tampilan GenBank yang berisi informasi mengenai sekuen nukleotida. Pada link

ini kita dapat mengetahui sekuen protein (1) dan juga sekuen gen (2) sehingga

dapat ditentukan kodon start dan kodon stop nya. Kodon start yaitu gct yang

terletak pada urutan ke 1 dan kodon stopnya berupa taa yang terletak pada urutan ke

233.

a) Pada pencarian mengenai protein NF-KB pada laman website www.pdb.org akan

didapatkan gambaran dari struktur quarterner protein

b) Apabila penelusuran mengenai struktur quarterner protein tersebut ditelusuri lebih

lanjut dengan web www.ebi.ac.uk/pdbsum maka akan dapat diketahui struktur

sekunder protein. Selain struktur sekunder protein dapat diketahui pula informasi

mengenai motif dari protein NF-KB melalui laman web ini.

SOAL LATIHAN

1. Apa yang dimaksud dengan DNA, gen, dan genom ?

DNA adalah materi genetik yang menyimpan informasi pada organisme. DNA

pada organisme tingkat tinggi seperti manusia, hewan, dan tumbuhan terdapat

di dalam inti sel, dan beberapa organ lain di dalam sel seperti mitokondria dan

kloroplas. Informasi dalam DNA disimpan sebagai kode terdiri dari empat basa

yaitu adenine (A), guanine (G), sitosin (C), dan timin (T). Urutan basa pada

DNA menentukan informasi yang tersedia untuk membangun dan memlihara

suatu organism. Basa DNA berpasangan satu sama lain, adenine (A) dengan

timin (T), dan sitosin (C) dengan guanine (G). untuk membentuk unit yang

disebut pasangan basa.

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. Gen diwariskan oleh satu

individu kepada keturunannya melalui suatu proses reproduksi, bersama-sama

dengan DNA yang membawanya. Dengan demikian, informasi yang menjaga

keutuhan bentuk dan fungsi kehidupan suatu organisme dapat terjaga.

Genom adalah keseluruhan informasi genetik yang dimiliki

suatu selatau organisme, atau khususnya keseluruhan asam nukleat yang

memuat informasi tersebut. Secara fisik, genom dapat terbagi menjadi molekul-

molekul asam nukleat yang berbeda (sebagai kromosom atau plasmid),

sementara secara fungsi, genom dapat terbagi menjadi gen-gen. Istilah genom

diperkenalkan oleh Hans Winkler dari Universitas Hamburg, Jerman, pada

tahun 1920, mungkin sebagai gabungan dari kata gen dan kromosom atau

dimaksudkan untuk menyatakan kumpulan gen.

2. Apa yang dimaksud dengan Dogma Sentral dalam bioteknologi ? Jelaskan !

Dogma sentral biologi menjelaskan mengenai proses perubahan gen dari DNA

menjadi RNA, dan RNA menjadi protein. Dogma ini menjelaskan bagaimana

proses pembacaan materi genetik menjadi protein yang berperan di setiap tahap

metabolisme di dalam tubuh suatu organisme. Dogma sentral biologi molekuler

menyatakan bahwa DNA berisi instruksi untuk membuat protein, yang disalin oleh

RNA. RNA kemudian menggunakan petunjuk untuk membuat protein. Singkatnya:

DNA → RNA → Protein, atau DNA ke RNA ke protein.

3. Bagaimana proses perubahan yang terjadi dari DNA hingga menjadi protein ?

Mekanisme mengenai perubahan yang terjadi dari DNA hingga menjadi protein

dapat dijelaskan melalui dogma sentral. Proses tersebut terbagi menjadi 3 tahapan

utama yaitu replikasi, transkripsi, dan translasi. Ketiga tahap ini memungkinkan

penyalinan materi genetik menjadi protein.

Replikasi

Replikasi merupakan proses duplikasi DNA menjadi DNA dengan

bantuan DNA polimerase. Beberapa jenis protein dan enzim yang terlibat

dalam replikasi DNA adalah helikase, single strand DNA-binding

protein, primase, DNA polimerase, girase, dan ligase. Fungsi utama dari

replikasi adalah untuk menggantikan sel yang tua dengan sel yang baru dan

segar. Selain itu, replikasi juga berperan dalam penurunan sifat dari orang tua

ke anaknya.

Transkripsi

Transkripsi merupakan proses perubahan DNA menjadi RNA dengan

bantuan RNA polimerase. Transkripsi terjadi di nukleus dan hasil RNA akan

dibawa menuju sitoplasma untuk tahap translasi. Perbedaan DNA dan RNA

adalah keberadaan gugus basa Timin (T) pada DNA yang digantikan oleh

gugus basa Urasil (U). Tiga tahapan utama transkripsi yaitu penempelan RNA

polimerase pada DNA (Inisiasi), elongasi, dan terminasi.

Translasi

Translasi merupakan proses sintesis RNA menjadi protein dengan

bantuan ribosom. Pada eukariot, proses ini terjadi di retikulum

endoplasma sedangkan pada prokariot proses ini terjadi di sitoplasma. Tidak

semua RNA dapat disintesis menjadi protein, salah satu jenis RNA yang tidak

dapat ditranslasi adalah mRNA. Yang diperlukan dalam proses translasi adalah

mRNA, ribosom, tRNA, dan asam amino.

DAFTAR PUSTAKA

Basak, S., Kim, H., Kearns, J. D., Tergaonkar, V., O'Dea, E., Werner, S. L., Benedict, C. A., Ware, C. F., Ghosh, G., Verma, I. M., Hoffmann, A. A fourth I-kappa-B protein within the NF-kappa-B signaling module. Cell 128: 369-381, 2007.

Smahi, A., Courtois, G., Rabia, S. H., Doffinger, R., Bodemer, C., Munnich, A., Casanova, J.-L., Israel, A. The NF-kappa-B signalling pathway in human diseases: from incontinentia pigmenti to ectodermal dysplasias and immune deficiency syndromes. Hum. Molec. Genet. 11: 2371-2375, 2002. [PubMed: 12351572, 

LAMPIRAN

1) Tampilan pada laman utama www.genenames.org

2) Tampilan setelah pencarian terkait protein NF-KB telah keluar

3) Laman yang muncul setelah kita mengklik salah satu dari hasil pencarian tadi

4) Tampilan dari entrez gene

5) Tampilan dari NCBI Sequence Viewer

6) Tampilan dari OMIM

7) Tampilan pathways dari protein NF-KB

8) Sekuen protein dari NF-KB yang bisa kita lihat pada laman GenBank

9) Sekuen DNA dari NF-KB yang bisa kita lihat pada laman GenBank

10) Tampilan pada laman utama www.pdb.org

11) Hasil pencarian protein pada web www.pdb.org . Disini dapat diketahui pula

struktur kuarterner dari protein tersebut.

12) Tampilan pada laman utama www.ebi.ac.uk/pdbsum. Dari web ini kita dapat

mengetahui struktur sekunder protein, promotif dan juga motif

13) Hasil tampilan find pada pdbsum yang mencakup informasi tentang struktur

sekunder protein

14) Pada laman ini dapat diketahui motif dari protein NF-KB

15) Tampilan laman utama dari situs http://cgap.nci.nih.gov/pathways

16) Tampilan signaling pathways dari protein NF-KB

17) Tampilan legend yang memuat keterangan-keterangan yang terdapat pada pathways

tersebut