Biologi Molekul – Pengertian, Teknik, Ilmu, Sejarah, Ukuran, Rumus, Geometri

Diposting pada

Biologi Molekul – Pengertian, Teknik, Ilmu, Sejarah, Ukuran, Rumus, Geometri : Molekul didefinisikan sebagai sekelompok atom (paling sedikit dua) yang terhubung satu sama lain dengan sangat kuat (kovalen) dalam susunan tertentu dan bermuatan netral dan cukup stabil.


Pengertian Molekul

Molekul didefinisikan sebagai sekelompok atom (paling sedikit dua) yang terhubung satu sama lain dengan sangat kuat (kovalen) dalam susunan tertentu dan bermuatan netral dan cukup stabil. Menurut definisi ini, molekul berbeda dengan ion poliatomik. Dalam kimia organik dan biokimia, sehingga molekul organik dan biomolekul diisi juga dianggap termasuk molekul.


Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Pengertian Jaringan Epitel


Dalam teori kinetik gas, molekul Istilah ini sering digunakan untuk merujuk ke gas tanpa tergantung pada komposisi partikel. Menurut definisi ini, atom-atom gas mulia dianggap sebagai molekul walaupun gas-gas tersebut terdiri dari atom tunggal yang tidak terikat.


Molekul dapat terdiri dari atom-atom dari unsur yang sama (misalnya, O2 oksigen), atau terdiri dari unsur-unsur berbeda (misalnya air H2O). Atom dan kompleks dihubungkan oleh non-kovalen (misalnya terikat oleh ikatan hidrogen dan ikatan ion) umumnya tidak dianggap sebagai molekul tunggal.


 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, termasuk 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).


Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan :  Jaringan Kolenkim Dan Sklerenkim


  • Polymerase chain reaction (PCR)

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 memutasikan (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 demikian, 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.


Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Jaringan Tumbuhan : Pengertian, Ciri, Dan Macam Serta Fungsinya Lengkap


  • Elektroforesis Gel

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.


Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan :√ Jaringan Ikat : Pengertian, Materi Lengkap, Fungsi, Komponen Dan Jenisnya


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 muatannya. Dalam hal asam nukleat, arah pergerakan adalah menuju elektroda 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 difoto di bawah sinar ultraviolet. Jika molekul sampel mengandung atom radioaktif, autoradiogram gel tersebut dibuat.


Ilmu Molekuler

Molekul disebut kimia molekuler atau fisika molekuler bergantung pada fokus penelitian. Penawaran kimia molekul dengan hukum yang mengatur interaksi antara molekul, sementara penawaran fisika molekuler dengan hukum yang mengatur struktur dan sifat molekul. Dalam prakteknya, perbedaan adalah bahwa ilmu tidak jelas dan tumpang tindih.


Dalam ilmu molekuler, molekul terdiri dari sistem yang stabil yang terdiri dari dua atau lebih molekul. Ion poliatomik juga dapat kadang-kadang dianggap sebagai molekul bermuatan. Istilah molekul tidak stabil yang digunakan untuk merujuk kepada spesies kimia yang sangat reaktif.


Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Jaringan Hewan : Jenis, Fungsi, Letak, Gambar Dan Contohnya


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.


Sejarah Molekul

Meskipun kehadiran molekul telah diterima oleh banyak ahli kimia sejak awal abad ke-19, ada beberapa ketidaksepakatan di antara fisikawan seperti Mach, Boltzmann, Maxwell, dan Gibbs, yang melihat molekul seperti konsepsi matematika. Karya Perrin pada gerak Brown (1911) dianggap sebagai bukti akhir untuk meyakinkan para ilmuwan dari molekul.


Demikian pula, definisi molekul telah berubah seiring dengan perkembangan pengetahuan tentang struktur molekul. Molekul sebagai partikel terkecil bahan kimia yang masih mempertahankan komposisi dan kimia sifat-sifatnya. Definisi ini sering diterapkan karena banyak sumber daya material seperti batu, garam, dan logam terdiri dari jaringan atom dan ion yang terikat secara kimiawi dan tidak tersusun dari molekul diskrit.


Pengertian Molekul
Pengertian Molekul

Kebanyakan molekul terlalu kecil untuk dilihat dengan mata telanjang. Pengecualian yang terkandung dalam DNA yang dapat mencapai ukuran makroskopik. Molekul terkecil adalah hidrogen diatomik (H2), dengan panjang keseluruhan sekitar dua kali molekul yang mengikat (0,74 Å). Satu molekul tunggal biasanya tidak dapat dipantau menggunakan cahaya, tetapi dapat dideteksi dengan menggunakan mikroskop atom.

Molekul dengan ukuran yang sangat besar, yang disebut makromolekul atau supermolekul. Radius efektif molekul diamati ukuran molekul dalam larutan.


Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Pengertian Jaringan Pada Hewan Dan Tumbuhan (Termasuk Manusia) Dalam Biologi


Ukuran Molekul

Kebanyakan molekul sangatlah kecil untuk dapat dilihat dengan mata telanjang. Kekecualian terdapat pada DNA yang dapat mencapai ukuran makroskopis. Molekul terkecil adalah hidrogen diatomik (H2), dengan keseluruhan molekul sekitar dua kali panjang ikatnya (0.74 Å). Satu molekul tunggal biasanya tidak dapat dipantau menggunakan cahaya, namun dapat dideteksi menggunakan mikroskop gaya atom. Molekul dengan ukuran yang sangat besar disebut sebagai makromolekul atau supermolekul. Jari-jari molekul efektif merupakan ukuran molekul yang terpantau dalam larutan.


Rumus Molekul

Empiris rumus senyawa menunjukkan nilai perbandingan unsur paling sederhana dari senyawa ini. Sebagai contoh, air selalu memiliki nilai perbandingan atom oksigen hidrogen dibandingkan dengan 2: 1. Ethanol juga selalu memiliki nilai perbandingan antara karbon, hidrogen, dan oksigen 2: 6: 1.


Namun, rumus ini tidak menunjukkan bentuk atau susunan atom dalam molekul. Sebagai contoh, dimetil eter juga memiliki nilai sama dengan rasio etanol. Molekul konstituen dengan nomor atom yang sama tetapi pengaturan yang berbeda disebut sebagai isomer.


Perlu dicatat bahwa rumus empiris hanya memberikan nilai perbandingan atom-atom penyusun dalam molekul, dan tidak memberikan nilai sebenarnya dari jumlah atom. Rumus molekul menggambarkan jumlah atom yang membentuk molekul yang tepat. Misalnya, asetilena memiliki rumus molekul C2H2, namun rumus CH empiris.  Massa molekul dapat dihitung dari rumus kimia. Sering kali massa molekul diekspresikan dalam satuan massa atom sama dengan 1/12 massa atom karbon-12.


Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Pengertian Saraf Parasimpatik Beserta Fungsinya


Geometri Molekul

Molekul berbentuk geometris tetap dalam keadaan keseimbangan. Panjang ikatan dan sudut ikatan akan terus bergetar melalui gerak vibrasi dan rotasi. Rumus kimia dan struktur molekul merupakan dua faktor penting yang menentukan sifat-sifat suatu senyawa.


Senyawa isomer memiliki rumus kimia yang sama tetapi sifat yang berbeda untuk struktur yang berbeda. Stereoisomer adalah salah satu isomer yang memiliki sifat fisik dan kimia yang sangat mirip kegiatan biokimia namun berbeda.


Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Penjelasan Fungsi Saraf Sensorik Dalam Biologi