|
#ALIH [[Biologi molekuler]]
{{sains}}
{{refimprove}}
'''Biologi molekular''' atau '''biologi molekul''' merupakan salah satu cabang [[biologi]] yang merujuk kepada pengkajian mengenai [[kehidupan]] pada skala [[molekul]]. Ini termasuk penyelidikan tentang interaksi molekul dalam benda hidup dan kesannya, terutama tentang interaksi berbagai sistem dalam [[sel]], termasuk interaksi [[DNA]], [[RNA]], dan [[sintesis protein]], dan bagaimana interaksi tersebut diatur. Bidang ini bertumpang tindih dengan bidang [[biologi]] (dan [[kimia]]) lainnya, terutama [[genetika]] dan [[biokimia]].
== Keterkaitan dengan ilmu hayati "skala-molekul" lainnya ==
Para peneliti biologi molekular menggunakan teknik-teknik khusus yang khas biologi molekular (lihat subbab [[#Teknik-teknik biologi molekular|Teknik]] di bagian lain artikel), namun kini semakin memadukan teknik-teknik tersebut dengan teknik dan gagasan-gagasan dari [[genetika]] dan [[biokimia]]. Tidak terdapat lagi garis tegas yang memisahkan disiplin-disiplin ilmu ini seperti sebelumnya. Secara umum keterkaitan bidang-bidang tersebut dapat digambarkan sebagai berikut:
* [[Biokimia]] – telaah zat-zat kimia dan proses-proses vital yang berlangsung.
* [[Genetika]] – telaah atas efek perbedaan genetik pada makhluk hidup (misalnya telaah mengenai [[mutan]]).
* Biologi molekular – telaah dalam skala molekul atas proses [[replikasi]], [[transkripsi]], dan [[translasi]] [[bahan genetik]]
Semakin banyak bidang biologi lainnya yang memfokuskan diri pada [[molekul]], baik secara langsung mempelajari interaksi molekular dalam bidang mereka sendiri seperti pada [[biologi sel]] dan [[biologi perkembangan]], maupun secara tidak langsung (misalnya dengan menggunakan teknik biologi molekular untuk menyimpulkan ciri-ciri historis [[populasi]] atau [[spesies]]) seperti pada [[genetika populasi]] dan [[filogenetika]].
== Teknik biologi molekular ==
=== Kloning ekspresi ===
Salah satu teknik dasar biologi molekular adalah [[kloning]] ekspresi, yang digunakan misalnya untuk mempelajari fungsi [[protein]]. Pada teknik ini, potongan DNA penyandi protein yang diinginkan ditransplantasikan ke suatu plasmid (DNA sirkular yang biasanya ditemukan pada [[bakteri]]; dalam teknik ini, plasmid disebut sebagai vektor ekspresi).
Plasmid yang telah mengandung potongan DNA yang diinginkan tersebut kemudian dapat disisipkan ke dalam sel bakteri atau sel hewan. Penyisipan DNA ke dalam sel bakteri disebut [[transformasi]], dan dapat dilakukan dengan berbagai metode, seperti [[elektroporasi]], [[mikroinjeksi]], dan secara kimia. Penyisipan DNA ke dalam sel [[eukaryota]], misalnya sel hewan, disebut sebagai transfeksi, dan teknik transfeksi yang dapat dilakukan termasuk transfeksi kalsium fosfat, transfeksi liposom, dan dengan reagen komersial. DNA dapat pula dimasukkan ke dalam sel dengan menggunakan [[virus]] (disebut transduksi viral).
Setelah penyisipan ke dalam sel, protein yang disandi oleh potongan DNA tadi dapat diekspresikan oleh sel bersangkutan. Berbagai jenis cara dapat digunakan untuk membantu ekspresi tersebut agar protein bersangkutan didapatkan dalam jumlah besar, misalnya ''inducible promoter'' dan ''specific cell-signaling factor''. Protein dalam jumlah besar tersebut kemudian dapat diekstrak dari sel bakteri atau eukaryota tadi.
=== ''Polymerase chain reaction'' (PCR) ===
{{utama|Reaksi berantai polimerase}}
''Polymerase chain reaction'' ("reaksi [be]rantai polimerase", PCR) merupakan teknik yang sangat berguna dalam membuat salinan [[DNA]]. PCR memungkinkan sejumlah kecil sekuens DNA tertentu disalin (jutaan kali) untuk diperbanyak (sehingga dapat dianalisis), atau dimodifikasi secara tertentu. Sebagai contoh, PCR dapat digunakan untuk menambahkan situs enzim [[restriksi]], atau untuk me[[mutasi]]kan (mengubah) basa tertentu pada DNA. PCR juga dapat digunakan untuk mendeteksi keberadaan sekuens DNA tertentu dalam sampel.
PCR memanfaatkan enzim [[DNA polimerase]] yang secara alami memang berperan dalam perbanyakan DNA pada proses [[replikasi]]. Namun, tidak seperti pada [[organisme]] hidup, proses PCR hanya dapat menyalin fragmen pendek DNA, biasanya sampai dengan 10 kb (kb=''kilo base pairs''=1.000 [[pasang basa]]). Fragmen tersebut dapat berupa suatu [[gen]] tunggal, atau hanya bagian dari suatu gen.
Proses PCR untuk memperbanyak DNA melibatkan serangkaian siklus [[temperatur]] yang berulang dan masing-masing siklus terdiri atas tiga tahapan. Tahapan yang pertama adalah [[denaturasi]] cetakan DNA (''DNA template'') pada temperatur 94-96 °C, yaitu pemisahan utas ganda DNA menjadi dua utas tunggal. Sesudah itu, dilakukan penurunan temperatur pada tahap kedua sampai 45-60 °C yang memungkinkan terjadinya penempelan (''annealing'') atau [[hibridisasi]] antara [[oligonukleotida]] primer dengan utas tunggal cetakan DNA. Primer merupakan oligonukelotida utas tunggal yang sekuens-nya dirancang komplementer dengan ujung fragmen DNA yang ingin disalin; ''primer'' menentukan awal dan akhir daerah yang hendak disalin. Tahap yang terakhir adalah tahap ekstensi atau elongasi (''elongation''), yaitu pemanjangan primer menjadi suatu utas DNA baru oleh enzim [[DNA polimerase]]. Temperatur pada tahap ini bergantung pada jenis DNA polimerase yang digunakan. Pada akhirnya, satu siklus PCR akan menggandakan jumlah [[molekul]] cetakan DNA atau DNA target, sebab setiap utas baru yang disintesis akan berperan sebagai cetakan pada siklus selanjutnya.
=== Elektroforesis gel ===
{{utama|Elektroforesis}}
[[Elektroforesis]] gel merupakan salah satu teknik utama dalam biologi molekular. Prinsip dasar teknik ini adalah bahwa [[DNA]], [[RNA]], atau [[protein]] dapat dipisahkan oleh [[medan listrik]]. Dalam hal ini, molekul-molekul tersebut dipisahkan berdasarkan laju perpindahannya oleh [[gaya gerak listrik]] di dalam matriks gel. Laju perpindahan tersebut bergantung pada ukuran molekul bersangkutan. Elektroforesis gel biasanya dilakukan untuk tujuan analisis, namun dapat pula digunakan sebagai teknik preparatif untuk memurnikan molekul sebelum digunakan dalam metode-metode lain seperti [[spektrometri massa]], [[PCR]], [[kloning]], [[sekuensing]] DNA, atau ''immuno-blotting'' yang merupakan metode-metode karakterisasi lebih lanjut.
Gel yang digunakan biasanya merupakan [[polimer]] bertautan silang (''crosslinked'') yang porositasnya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan. Untuk memisahkan [[protein]] atau [[asam nukleat]] berukuran kecil ([[DNA]], [[RNA]], atau [[oligonukleotida]]), gel yang digunakan biasanya merupakan gel [[poliakrilamida]], dibuat dengan konsentrasi berbeda-beda antara [[akrilamida]] dan zat yang memungkinkan pertautan silang (''cross-linker''), menghasilkan jaringan poliakrilamida dengan ukuran rongga berbeda-beda. Untuk memisahkan asam nukleat yang lebih besar (lebih besar dari beberapa ratus [[basa]]), gel yang digunakan adalah [[agarosa]] (dari ekstrak [[rumput laut]]) yang sudah dimurnikan.
Dalam proses elektroforesis, sampel molekul ditempatkan ke dalam sumur (''well'') pada gel yang ditempatkan di dalam [[larutan penyangga]], dan [[listrik]] dialirkan kepadanya. Molekul-molekul sampel tersebut akan bergerak di dalam matriks gel ke arah salah satu [[kutub listrik]] sesuai dengan [[muatan listrik|muatannya]]. Dalam hal asam nukleat, arah pergerakan adalah menuju [[elektrode]] positif, disebabkan oleh muatan negatif alami pada rangka [[gula]]-[[fosfat]] yang dimilikinya. Untuk menjaga agar laju perpindahan asam nukleat benar-benar hanya berdasarkan ukuran (yaitu panjangnya), zat seperti [[natrium hidroksida]] atau [[formamida]] digunakan untuk menjaga agar asam nukleat berbentuk lurus. Sementara itu, protein didenaturasi dengan [[deterjen]] (misalnya natrium dodesil sulfat, SDS) untuk membuat protein tersebut berbentuk lurus dan bermuatan negatif.
Setelah proses elektroforesis selesai, dilakukan proses pewarnaan (''staining'') agar molekul sampel yang telah terpisah dapat dilihat. [[Etidium bromida]], [[perak]], atau pewarna "biru Coomassie" (''Coomassie blue'') dapat digunakan untuk keperluan ini. Jika molekul sampel berpendar dalam sinar [[ultraviolet]] (misalnya setelah "diwarnai" dengan etidium bromida), gel di[[foto]] di bawah sinar ultraviolet. Jika molekul sampel mengandung atom [[radioaktivitas|radioaktif]], [[autoradiogram]] gel tersebut dibuat.
Pita-pita (''band'') pada lajur-lajur (''lane'') yang berbeda pada gel akan tampak setelah proses pewarnaan; satu lajur merupakan arah pergerakan sampel dari "sumur" gel. Pita-pita yang berjarak sama dari sumur gel pada akhir elektroforesis mengandung molekul-molekul yang bergerak di dalam gel selama elektroforesis dengan kecepatan yang sama, yang biasanya berarti bahwa molekul-molekul tersebut berukuran sama. "Marka" atau [[penanda genetik|penanda]] (''marker'') yang merupakan campuran molekul dengan ukuran berbeda-beda dapat digunakan untuk menentukan ukuran molekul dalam pita sampel dengan meng-elektroforesis marka tersebut pada lajur di gel yang paralel dengan sampel. Pita-pita pada lajur marka tersebut dapat dibandingkan dengan pita sampel untuk menentukan ukurannya. Jarak pita dari sumur gel berbanding terbalik terhadap [[logaritma]] ukuran molekul.
== Lihat pula ==
* [[Biologi sel]] (struktur dan komponen sel)
* Struktur [[DNA]] dan [[kromosom]]
* [[Biosintesis protein]] ([[transkripsi]] dari [[DNA]] ke [[RNA]], [[translasi]] dari RNA ke [[protein]])
* [[Genom]]
* [[Proteom]]
<!--* [[List_of_publications_in_biology#Molecular biology| Important publications in molecular biology]]
* [[List of molecular biology topics]]-->
== Bacaan lanjutan ==
* {{en}} Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. 2002. ''Molecular Biology of the Cell''. Edisi ke-4. Garland Science: New York. ISBN 0-8153-3218-1 ([http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?call=bv.View..ShowTOC&rid=mboc4.TOC&depth=10 versi ''online''] di NCBI Bookshelf)
* {{en}} Sambrook J., Russel D.W. 2001. ''Molecular Cloning: A Laboratory Manual''. Edisi ke-3. Cold Spring Harbor Laboratory Press: Cold Spring Harbor, NY. ISBN 0-87969-577-3
== Pranala luar ==
* {{en}} [http://plato.stanford.edu/entries/molecular-biology/ Entri tentang biologi molekular] pada ''Stanford Encyclopedia of Philosophy''
* {{en}} [http://gslc.genetics.utah.edu/units/biotech/gel/ Demonstrasi animasi elektroforesis] dari ''Genetic Science Learning Center'' Universitas Utah, AS
* {{id}} [http://www.eijkman.go.id/app.x/Beranda Lembaga Biologi Molekul Eijkman, Jakarta]
[[Kategori:Biologi molekular| ]]
| 