PERAN BIOLOGI MOLEKULAR DALAM KESEHATAN

DEFINISI

Biologi molekular dapat didefinisikan sebagai ilmu yang mempelajari fungsi dan organisasi jasad hidup (organisme) ditinjau dari struktur dan regulasi molekular unsur atau komponen penyusunnya.

Cakupan biologi molekular kini tidak lagi hanya sebatas struktur kimia atau fisika, melainkan juga fungsi dan organisasi makromolekul tersebut didalam jasad hidup serta interaksi antarkomponen selular.

Produk hasil pengembangan tekhnologi biologi molekular yang bermanfaat dibidang kesehatan diantaranya :

1. Obat-obatan: insulin, hormon, antibiotika, senyawa organik

2. Tanaman atau hewan transgenik untuk menghasilkan produk tertentu atau metabolit sekunder

3. Terapi gen: deteksi adanya kelainan genetik, pengobatan dan pencegahannya seperti pada penyakit kanker, hemofilia, fibrosis sistik dan ALS. Proses ini dilakukan dengan tekhnik rekombinan DNA finger printing dan PCR.

Pengelompokan Jasad Hidup

Jasad hidup (organisme) dibedakan menjadi dua, yaitu :

1. jasad hidup selular (cellular organism) : mempunyai satuan (unit) dasar berupa sel, misal: bakteri dan tanaman tingkat tinggi.

2. jasad hidup bukan selular (non-cellular organism): tidak tersusun atas sel melainkan satuan yang lain, misal virus yang satuan dasarnya adalah virion.

Namun, dalam hal ini pengertian atau batasan jasad hidup tidak dapat sepenuhnya diterapkan, terutama pada kelompok jasad hidup bukan selular.

Jasad Hidup Selular

Istilah sel pertama kali digunakan oleh Robert Hooke (1635-1703), seorang ilmuwan Inggris. Doktrin sel menyatakan bahwa semua sel berasal dari dari sel yang sudah ada sebelumnya dan masing-masing sel mempunyai sistem kehidupan sendiri.

Fungsi utama sel, yaitu:

1. sebagai piranti kimiawi yang melakukan proses metabolisme

2. sebagai piranti yang menyimpan kode-kode informasi biologis yang akan diturunkan kedalam anakannya

Proses metabolisme akan berlangsung sesuai dengan informasi biologis yang disimpan didalam sel yang bersangkutan. Informasi biologis tersebut tersimpan dalam bentuk kode-kode genetik yang berada didalam bahan genetik, yaitu DNA (deoxyribonucleic acid). Informasi genetik tersebut harus disalin dan diterjemahkan melalui proses ekspresi genetik yang komplek menjadi rangkaian asam-asam amino yang spesifik. Rangkaian asam amino (protein) tersebut kemudian akan digunakan dalam proses metabolisme sel.

Penggolongan jasad selular dari satuan dasar hidup :1. bersel tunggal (unicellular organism)2. jasad bersel banyak (multicellular organism).Berdasar atas struktur dan organisasi sel yaitu jasad

prokaryot dan jasad jasad eukaryot. Satuan Dasar Organisasi Sel Contoh

Sel Tunggal Prokaryot Escherichia coli

Eukaryot Saccharomyces cerevisiae

Sel Banyak (multisel)

Eukaryot Tanaman tingkat tinggi, manusia,

hewan

Sel Jasad Prokaryot

Struktur dasar sel Prokaryot: dinding sel, membran plasma sel, ribosom dan bahan genetik.

Secara organisasi, sek prokaryot mempunyai struktur yang lebih sederhana dibanding jasad eukaryot, yaitu tidak adanya membran inti sel (nukleus). Juga tidak adanya organel khudud, misal: mitokondria, badan golgi, retikulum endoplasma.

Dinding sel prokaryot

Dinding sel prokaryot, misal bakteri, mempunyai komposisi kimiawi yang berbeda dari komposisi kimiawi dinding sel tumbuhan. Dinding sel bakteri mengandung protein, lemak dan polisakarida. Pasa kelompok sianobakteri (Cyanobacterya) dinding sel tersiri atas polisakarida sederhana misal selulosa. Berdasar atas komposisi dinding selnya, bakteri dapat dibedakan menjadi dua, yaitu Bakteri Gram Positif (misalnya: Bacillus subtilis) dan Bakteri Gram Negatif (misal: Escherichia coli).

Membran plasma prokaryot

Membran plasma terdiri atas campuran lemak dan protein, berfungsi sebagai selaput sel yang bersifat semipermeabel yang mengatur keluar masuknya molekul dan ion-ion. Pada bakteri Gram-positif, membran plasma membentuk lipatan yang dikenal sebagai mesosom. Pada bagian yang menghadap sitoplasma, mesosom sering berasosiasi dengan DNA sehingga diduga berperanan sebagai tempat perlekatan DNA terutama pada waktu replikasi. Disamping itu, mesosom jiga berperan dalam proses sekresi.

Sel Jasad Eukaryot

Mempunyai struktur lebih kompleks dibanding eukaryot. DNA berada didalam suatu membran nukleus sehingga jasad eukaryot mempunyai struktur nukleus yang jelas. Organisasi bahan genetik (DNA kromosom) pasa eukaryot mempunyai beberapa perbedaan mendasar dengan organisasi DNA kromosom prokryot.

Pemanfaatan sel eukaryot dalam studi biologi molekuler

Salah satu contoh jasad eukaryot yang paling banyak digunakan dalam studi biologi molekular adalah khamir Saccharomyces cerevisiae, banyak digunakan debagai model eukaryot karena merupakan jasad renik bersel satu yang mudah ditumbuhkan, dasar-dasar biologi selnya sudah dipelajari selama bertahun-tahun, serta mempunyai derajat kemiripan struktural dan organisasi sel yang dekat dengan sel eukaryot tingkat tinggi.

Continue..

Khamir juga banyak digunakan untuk kepentingan-kepentingan praktis, misal dalam industri minuman beralkohol dan bahkan sekarang juga digunakan sebagai inang unuk produksi protein heterolog, termasuk vaksin. Delain khamir, jasad eukaryot bersel satu yang juga banyak diteliti adalah Chlamydomonas dan Tetrahymena.

Virus

Adalah suatu partikel yang mengandung bahan genetik berupa DNA atau RNA yang diselubungi oleh protein yang disebut kapsid dan pada beberapa virus ada juga komponen lain, misal: lemak. Satuan dasar virus disebut virion

Pembagian virus berdasar inang yang ditumpangi:1. virus hewan, 2. virus tumbuhan dan 3. virus bakteri (bakteriofag).

Bahan genetik virus ada yang berupa DNA adapula yang berupa RNA. Ada yang berupa molekul untai ganda maupun tunggal. Ada partikel yang lebih sederhana dari virus yaitu: viroid dan prion. Viroid adalah molekul kecil RNA yang terdiri atas 359 basa nukleotida dan tidak diselubungi oleh protein. Prion adalah suatu partikel yang terdiri atas molekul kecil protein (ada yang terdiri atas hanya 250 asam amino) yang tidak mempunyai asam nukleat. Prion diketahui penyakit pada domba dan penyakit Creutzfeldt-jakob pada manusia.

Energi dan Reaksi Kimia Selular

1. Reaksi Biosintetik Merupakan reaksi biokimia yang dilakukan oleh sel untuk menyusun komponen- komponen sel, misal: asam amino, asam nukleat dan lain-lain.

2. Reaksi Degradarif Merupakan reaksi biokimia perombakan senyawa

kimia untuk diubah menjadi senyawa lain, baik untuk produkdi energi selular maupun sebagai prekursor dalam biosintesis komponen-komponen sel.

Arah suatu reaksi biokimia dapat dijelaskan dengan suatu konsep termodinamika yang disebut dengan perubahan energi bebas. (∆G)

1.Suatu reaksi akan berlangsung senara spontan jika nilai ∆G negatif

2.Sistem akan berada dalam keseimbangan jika nilai ∆G sama dengan nol

3.Jika nilai ∆G berharga positif maka reaksi tidak dapat berlangsung secara spontan sehingga diperlukan masukan energi agar reaksi dapat berlangsung

Pertumbuhan Jasad RenikFase pertumbuhan jasad renik, meliputi:1.Fase lag/fase adaptasi2.Fase logaritmik. Dalam fase ini, jasad renik sudah dapat beradaptasi secara baik dengan lingkungan .3.Fase pertumbuhan stasioner Dalam fase ini jumlah sel yang hidup seimbang dengan jumlah sel yang mati.4.Fase kematian Pertumbuhan adalah resultan bermacan-macam factor fisiologis dan genetic dasar.

Oleh karena itu perubahan pada system biologis dasar jasad akan berpengaruh terhadap laju pertumbuhannya. Studi menunjukkan bahwa ekspresi gen heterolog pada jasad renik, misalnya khamir, cenderung menurunkan laju pertumbuhan. Hal ini dapat terjadi karena sel mempunyai beban fisiologis yang lebih besar, antara lain untuk melakukan ekspresi gen heterolog tersebut atau untuk mempertahankan keberadaan sen tersebut.