Makalah Bioteknologi Insulin Rekombinan [PDF]

Citation preview

Makalah Bioteknologi Insulin Rekombinan



Disusun Oleh : 1. 2. 3. 4.



Sueb Ribbi Ikhrofani (18312241053) Sandra Ari Fitriani (18312241055) Azzakia Oofy Aurelie (18312241056) Muhammad Zaki R (18312241058) Pendidikan IPA C 2018



JURUSAN PENDIDIKAN IPA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA 2021



1



DAFTAR ISI



Daftar Isi…………………………………………………………………………………………………2 BAB 1 PENDAHULUAN A. Latar Belakang………………………………………………………………………………….3 B. Rumusan Masalah ……………………………………………………………………………...4 C. Tujuan Penulisan Makalah…………………………………………………………………… 4 D. Manfaat Penulisan Makalah…………………………………………………………………...4 BAB II PEMBAHASAN 1. Pengertian insulin rekombinan………………………………………………………………...5 2. Prosedur pembuatan insulin rekombinan…………………………………………………….6 3. Keunggulan insulin rekombinan………………………………………………………………8 BAB III PENUTUP 1. Kesimpulan……………………………………………………………………………………..10 2. Saran……………………………………………………………………………………………10 DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………………………………………..11



2



BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Perkembangan zaman yang semakin berkembang membuat manusia semakin berusaha untuk memperbaharui apa yang diinginkannya. Salah satunya adalah insulin, dahulu sebelum ditemukan insulin, penyakit kencing manis pupus harapan, akan tetapi karena adanya insulin rekombinan hasil sintesis insulin dengan teknik plasmid menggunakan bakteri membuat penyakit kencing manis bisa teratasi. Sebelum ditemukan teknik sintesis insulin, hormon ini hanya bisa diperoleh dari ekstrak pankreas babi atau sapi, dan sangat sedikit insulin bisa diperoleh. Setelah ditemukan teknik sintesis insulin di bidang bioteknologi inilah, harga insulin bisa ditekan dengan sangat drastis sehingga bisa membantu para penderita diabetes mellitus. Insulin adalah salah satu protein pertama yang mengkristal dalam bentuk murni, pada tahun 1926. Bentuk kristal memungkinkan peneliti untuk mempelajari struktur dengan teknik yang disebut x-ray kristalografi dan perkiraan bentuk tiga dimensi. Mengetahui bentuk molekul membantu memahami cara kerjanya dalam tubuh dan sejak itu para ilmuwan telah mencoba untuk memilah-milah bagaimana insulin bertindak dan apa molekul lain mungkin berinteraksi dengan. Banyak protein memiliki lebih dari satu rantai, bergabung bersama dengan cara tertentu. Insulin manusia memiliki dua peptida. Sebuah rantai (untuk asam) memiliki 21 asam amino dan rantai B (untuk dasar) memiliki 30 asam amino. Dua rantai yang dihubungkan oleh dua jembatan disulfida, obligasi terbentuk antara atom belerang dalam asam amino yang sistin. Rantai A juga memiliki sebuah jembatan disulfida internal yang ketiga. Jembatan disulfida memegang molekul bersama-sama. Tanpa mereka, protein mungkin tidak akan aktif dalam tubuh (Riza,et all,2012:2). Para peneliti diabetes awal tidak tahu betapa beruntungnya mereka. Ternyata urutan asam amino insulin hampir persis sama pada spesies hewan yang berbeda, sehingga insulin dari sapi dan babi juga bekerja pada manusia. Struktur dasar insulin dua rantai peptida dengan tiga jembatan disulfida - dikonservasi dalam semua hampir 100 spesies yang berbeda diselidiki sejauh ini. 3



Melihat enzim secara lebih rinci, urutan babi (babi) insulin dan insulin manusia hampir identik, tetapi tidak benar - itu berbeda dengan satu asam amino. Bovine (sapi) insulin yang berbeda dengan tiga asam amino dari manusia. Inilah sebabnya mengapa orang mampu menggunakan insulin dari sapi di tahun 1920, meskipun mereka tidak tahu pada saat itu (Riza,et all,2012:2). Setelah itu, insulin mulai berkembang sesuai dengan perkembangan zaman dan unculanteknik insulin menggunakan dna rekombinan, yang dikenal dengan insulin rekombinan yang akan dibahas dalam makalah ini. B. Rumusan Masalah 1. Apa Pengertian dari insulin rekombinan? 2. Bagaimana proses pembuatan insulin rekombinan? 3. Apa saja keunggulan dari insulin rekombinan? C. Tujuan Penulisan Makalah 1. Untuk mengetahui pengertian dari insulin rekombinan. 2. Untuk mengetahui prosedur pembuatan insulin rekombinan. 3. Untuk mengetahui keunggulan dari insulin rekombinan. D. Manfaat Penulisan Makalah Manfaat dari penulisan makalah ini adalah untuk sebagai media informasi bagi mahasiswa, siswa atau masyarakat umum agar mengetahui pengertian dari insulin rekombinan, prosedur pembuatan insulin rekombinan, dan keunggulan dari insulin rekombinan.



4



BAB II PEMBAHASAN



1. Pengertian insulin rekombinan Insulin adalah hormon utama yang mengendalikan glukosa dari darah ke dalam sebagian besar sel. Insulin merupakan sinyal kontrol utama untuk konversi dari glukosa ke glikogen untuk penyimpanan internal dalam hati dan sel otot. Hal ini sudah sesuai dengan teori Insulin merupakan hormon sepanjang 51 asam amino yang diproduksi oleh sel β pankreas. Hormon ini berfungsi dalam pengaturan metabolisme gula darah (Gurramkonda et al., 2010). Insulin adalah protein kecil sederhana yang terdiri dari 51 asam amino, 30 diantaranya merupakan satu rantai polipeptida, dan 21 lainnya yang membentuk rantai kedua. Kedua rantai dihubungkan oleh ikatan disulfida.Kode genetik untuk insulin ditemukan dalam DNA di bagian atas lengan pendek dari kromosom kesebelas yang berisi 153 basa nitrogen (63 dalam rantai A dan 90 dalam rantai B) (Riza,et all,2012:2). DNA yang membentuk kromosom, terdiri dari dua heliks terjalin yang dibentuk dari rantai nukleotida, masing-masing terdiri dari gula deoksiribosa, fosfat dan nitrogen. Ada empat basa nitrogen yang berbeda yaitu adenin, timin, sitosin dan guanin. Sintesis protein tertentu seperti insulin ditentukan oleh urutan dasar tersebut yang diulang.



Gambar 1.1 Struktur Insulin Sumber : (Riza, et all, 2012: 2)



5



Insulin rekombinan adalah proses mengkloning gen plasmid yang disisipkan ke plasmid yang mengandung gen lacZ (mengkode ß-galaktosidase). Hal ini sudah sesuai dengan teori insulin rekombinan dibuat dengan mengklon gen insulin ke dalam plasmid yang terdapat gen lacZ (mengkode ß-galaktosidase) (Lili,2018:8). Gen setiap unit akan diklon ke dalam plasmid yg berbeda yang terdapat gen lacZ mengkode enzim ß-gal.



Plasmid rekombinan kemudian ditransformasikan ke dalam



E.coli untuk menghasilkan protein fusi ß-gal-insulin. 2. Prosedur pembuatan insulin rekombinan Teknologi rekayasa genetika dalam proses ini menggunakan Teknik Plasmid yaitu : A. Mengisolasi plasmid dari bakteri E.coli B. Memotong plasmid yang telah diisolir dengan enzim restriksi C. DNA yang berasal dari sel pankreas dipotong pada suatu segmen pengkodean insulin D. DNA yang terbentuk lalu disisipkan ke bakteri E.coli E. Bakteri pembawa gen DNA insulin yang selanjutnya disisipkan ke dalam bakteri Agrobacterium tumefaciens sebagai sektor Salah satu rekayasa genetika yang rekombinasi gen Escherichia coli dengan gen tanaman padi sehingga dihasilkan varietas baru berupa beras berinsulasi. Bakteri Agrobacterium tumefaciens digunakan sebagai sektor untuk disisipkan pada tanaman padi sehingga menghasilkan padi berinsulasi. Adapun penjelasan proses pembuatan beras insulin adalah sebagai berikut : A. Proses pembuatan insulin pada E.Coli dengan menggunakan Teknologi DNA Rekombinan sebagai suplayer insulin dari bakteri E.Coli Langkah yang dilakukan yaitu mengisolasi plasmid E.coli kemudian plasmid yang telah diisolir dipotong pada segmen tertentu menggunakan restriksi endonuklease. Sementara itu, DNA yang diisolasi dari sel pankreas dipotong dengan enzim restriksi pada suatu segmen untuk mengambil segmen pengkode insulin. Setelah itu, DNA kode insulin dari pankreas tersebut disambungkan pada plasmid menggunakan bantuan enzim DNA ligase sehingga menghasilkan kombinasi DNA 6



kode insulin dengan plasmid bakteri yang disebut DNA Rekombinan. Langkah selanjutnya yaitu plasmid yang sudah mengandung DNA insulin disisipkan kembali ke sel bakteri. Bakteri E.coli mengandung insulin dari Teknik plasmid dengan menggunakan teknologi DNA rekombinan. B. Proses Penyisipan Gen Bakteri E.Coli (pembawa gen insulin) ke Bakteri Agrobacterium tumefaciens (sebagai vektor). Langkah-langkahnya adalah yang pertama, mengeluarkan plasmid bakteri Agrobacterium tumefaciens kemudian mengisolasi gen DNA insulin yang ada pada bakteri E.Coli. Langkah ketiga, memotong plasmid pada segmen tertentu dengan menggunakan enzim restriksi endonuklease. Keempat, gen DNA dari bakteri E.coli disambungkan



pada



plasmid



TI



pada



bakteri



Agrobacterium



tumefaciens



menggunakan enzim DNA ligase. Hasilnya adalah kombinasi DNA insulin dengan plasmid bakteri yang disebut DNA rekombinan. Langkah selanjutnya, DNA rekombinan



yang



terbentuk



kemudian



disisipkan



Agrobacterium tumefaciens. Setelah itu, bakteri



kembali



ke



sel



bakteri



Agrobacterium tumefaciens



mengandung insulin dari Teknik plasmid dengan menggunakan DNA rekombinan. C. Persiapan Gen Agrobacterium tumefaciens Berinsulin ke dalam Gen Padi (Oryza sativa). Langkah-langkahnya adalah yang pertama melakukan sekuensing (Pengurutan DNA) pada DNA tanaman padi untuk gen yang akan diubah diidentifikasi dan diperoleh dari organisme donor yaitu bakteri Agrobacterium tumefaciens (Sebelum melakukan sekuensing kita terlebih dahulu mengetahui urutan dari gen yang akan dipilih). langkah kedua gen yang diinginkan dikeluarkan dari bakteri Agrobacterium tumefaciens dengan menggunakan enzim spesifik yang dikenal dengan enzim restriksi. Langkah ketiga, gen yang diinginkan kemudian di polimer melalui polymerase. langkah keempat melakukan metode elektroporasi yaitu dikejutkan dengan listrik tegangan tinggi melalui larutan yang mengandung protoplasma (fungsi kejutan listrik akan menyebabkan sel membran plasma (semiperbiabel) untuk semestara tidak stabil dengan membentuk pori-pori kecil, melalui pori-pori ini, DNA bakteri Agrobacterium 7



tumefaciens yang mengandung insulin dapat masuk melalui proses difusi). Langkah kelima memastikan DNA yang masuk ke nukleus diinjeksikan dalam bentuk transfer plasmid-Ti yang dipindah ke kromosom dan menjadi satu dalam DNA tanaman padi, selanjutnya memberi kejutan listrik dan injeksi, sel membran plasma terbentuk kembali, dinding sel juga terbentuk kembali melalui prose pembalik. Hasil beras insulin Insulin dalam beras ini menyebabkan sebagian besar glukosa diabsorbsi langsung dan disimpan didalam hati ke dalam bentuk glikogen. ketika konsentrasi glukosa darah menurun maka sekresi insulin menurun, glikogen dalam hati dipecah menjadi glukosa dan dilepas kembali ke dalam darah untuk menjaga kembali agar konsentrasi glukosa tidak terlalu rendah. sehingga penderita diabetes melitus dapat mengkonsumsi beras yang telah mengandung insulin tersebut sehingga aman bagi penderita akan tetapi mengetahui kadar atau porsi pengonsumsinya serat



harus



mengetahui tingkat dari penyakit diabetesnya sendiri



3. Keunggulan insulin rekombinan a. Insulin rekombinan membantu mengontrol kadar gula darah (glukosa) dalam tubuh. Caranya dengan memberi sinyal pada sel lemak, otot, dan hati untuk mengambil glukosa dari darah dan mengubahnya menjadi glikogen (gula otot) di sel otot, trigliserida di sel lemak, dan keduanya di sel hati. Ini merupakan bentuk sumber energi yang disimpan oleh tubuh. b. Insulin rekombinan merupakan pengatur kadar glukosa dalam darah. Penumpukan



glukosa



dalam



darah



(hiperglikemia)



dapat



menyebabkan



komplikasi, seperti kerusakan ginjal dan saraf, serta masalah pada mata. Sedangkan terlalu sedikit glukosa dalam darah (hipoglikemia) dapat membuat kita merasa lelah, mudah marah, bingung, hingga kehilangan kesadaran alias pingsan.



8



c. Penggunaan insulin rekombinan secara tepat tidak menyebabkan penyakit diabetes mellitus. Penyakit dimana kadar gula dalam darah menjadi terlalu tinggi akibat ketidakmampuan tubuh untuk menggunakan glukosa menjadi energi. Glukosa tidak bisa diubah karena jumlah insulin dalam tubuh tidak cukup, atau sel tubuh tidak bereaksi terhadap insulin d. Tanpa insulin rekombinan, sel-sel akan kekurangan energi dan harus mencari sumber tenaga alternatif. Akibatnya komplikasi yang mengancam jiwa bisa terjadi.



9



BAB III PENUTUP 1. Kesimpulan Berdasarkan pembahasan yang telah dijelaskan dapat ditarik kesimpulan yaitu: a. Insulin rekombinan adalah proses mengkloning gen plasmid yang disisipkan ke plasmid yang mengandung gen lacZ (mengkode ß-galaktosidase). Gen setiap unit akan diklon ke dalam plasmid yg berbeda yang terdapat gen lacZ mengkode enzim ßgal.



Plasmid rekombinan kemudian ditransformasikan ke dalam E.coli untuk



menghasilkan protein fusi ß-gal-insulin. b. Proses pembuatan insulin rekombinan yaitu dengan teknik plasmid dengan tahapan sebagai berikut: 1) Mengisolasi plasmid dari bakteri E.coli. 2) Memotong plasmid yang telah diisolir dengan enzim restriksi. 3) DNA yang berasal dari sel pankreas dipotong pada suatu segmen pengkodean insulin. 4) DNA yang terbentuk lalu disisipkan ke bakteri E.coli. 5) Bakteri pembawa gen DNA insulin yang selanjutnya disisipkan ke dalam bakteri Agrobacterium tumefaciens sebagai sektor. c. Keunggulan dari insulin rekombinan antara lain: 1) Insulin rekombinan membantu mengontrol kadar gula darah (glukosa) dalam tubuh. 2) Insulin rekombinan merupakan pengatur kadar glukosa dalam darah. 3) Penggunaan insulin rekombinan secara tepat tidak menyebabkan penyakit diabetes mellitus. 4) Tanpa insulin rekombinan, sel-sel akan kekurangan energi dan harus mencari sumber tenaga alternatif. Akibatnya komplikasi yang mengancam jiwa bisa terjadi. 2. Saran 10



Saran untuk makalah berikutnya yaitu menambahkan berbagai macam contoh produk dari insulin rekombinan lainnya selain padi serta prosedur pembuatannya pada masingmasing contoh produk. DAFTAR PUSTAKA Edy Purnawijaya, I Putu. 2015. Pembuatan Beras Insulin melalui Rekayasa Genetika sebagai Alternatif Pencegahan Penyakit Diabetes Melitus. Jurnal Kajian Pendidikan Widya Accarya FKIP Universitas Dwijendra ISSN No. 2085-0018. Gurramkonda C, et all. 2010. Application of simple fed-batch technique to high-level secretory production of insulin precursor using Pichia pastoris with subsequent purification and conversion to human insulin. Microb Cell Fact 9:31. doi : 10.1186/1475-2859-9-31. Lili,Sugiyarto. 2018. Teknologi DNA Rekombinan dan Insulin Rekombinan. Diunduh dari



http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/pendidikan/lili-sugiyarto-ssi-



msi/insulin.pdf pada tanggal 28 April 2021 Pukul 22:54 WIB. Riza, et all. 2012. DNA Rekombinan Dalam Bidang Kesehatan (Pembuatan Insulin). Jambi: FKIP Universitas Jambi.



11