Dokumen ini membahas teknik elektroforesis, yang digunakan untuk memisahkan dan mengidentifikasi molekul bermuatan seperti DNA berdasarkan pergerakan mereka dalam medan listrik. Elektroforesis melibatkan penggunaan gel sebagai medium untuk memisahkan komponen, dengan berbagai jenis gel yang memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing. Aplikasi elektroforesis sangat penting dalam bidang kesehatan dan biologi molekuler, termasuk dalam analisis DNA untuk kepolisian dan penelitian ilmiah.

1. TUGAS INTRUMEN DIASNOTIG KESEHATAN
ELEKTROFORESIS
DISUSUN OLEH :
KELOMPOK 2
Ferri Febrianto (111501076)
Surya Ramayani (121501005)
Nurhotimah Siregar (121501025)
Leonardo Kesuma (121501092)
Christin N purba (121501104)
Meighina Atika (121501126)
Balqis Natasya (131501005)
Elvi Syahrina (131501035)
Kartika Utami (131501038)
Siti Alita Yasmi (131501040)
Ayu Indah Lestari (131501044)
Rizka Damela (131501119)
Izmi Yolanda Rusdi (131501121)
Nabila Arlis (131501123)
Nurul Anisha Hakim (131501128)
FAKULTAS FARMASI
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016

2. ELEKTROFORESIS
Pengertian
Elektroforesis adalah teknik pemisahan suatu partikel/ spesies/ ion atau
partikel koloid berdasarkan kemampuan berpindah melalui medium konduktif,
biasanya berupa larutan bufer, sebagai respon adanya suatu medan listrik (Harvey
2000). Secara teknis, elektroforesis merupakan istilah yang diberikan untuk
migrasi partikel yang bermuatan akibat diberikan arus listrik searah atau DC
(Direct Current). Umumnya teknik dari cikal-bakal elektroforesis digunakan
untuk menentukan muatan dari suatu koloid (Patnaik 2004). Teknik elektroforesis
ditentukan oleh ciri molekular ionik dan adanya muatan sebagai sifat fisik. Arah
dan laju pergerakan tergantung pada spot dan intensitas muatan ionik (Rouessac
2007). Bufer elektroda digunakan untuk konduktor arus dengan menjadi jembatan
konduksi diantara dua elektroda sehingga memungkinkan terjadinya aliran medan
listrik (Skoog 2002).
Elektroforesis adalah teknik pemisahan komponen atau molekul bermuatan
berdasarkan perbedaan tingkat migrasinya dalam sebuah medan listrik.
Medan listrik dialirkan pada suatu medium yang mengandung sampel yang
akan dipisahkan. Teknik ini dapat digunakan dengan memanfaatkan muatan listrik
yang ada pada makromolekul, misalnya DNA yang bermuatan negatif. Jika
molekul yang bermuatan negatif dilewatkan melalui suatu medium, kemudian
dialiri arus listrik dari suatu kutub ke kutub yang berlawanan muatannya maka
molekul tersebut akan bergerak dari kutub negatif ke kutub positif. Kecepatan
gerak molekul tersebut tergantung pada muatan terhadap massanya serta
tergantung pula pada bentuk molekulnya. Pergerakan ini dapat dijelaskan dengan
gaya Lorentz, yang terkait dengan sifat-sifat dasar elektris bahan yang diamati dan
kondisi elektris lingkungan,
F adalah gaya Lorentz, q adalah muatan yang dibawa oleh objek, E adalah
medan listrik.Secara umum, elektroforesis digunakan untuk memisahkan,
mengidentifikasi, dan memurnikan fragmen DNA.
Berdasarkan bentuk alat, elektroforesis dibagi menjadi 2, yaitu :

3. 1. Elektroforesis Planar
2. Elektroforesis Kolom
Pemisahan pada elektroforesis, selain disebabkan oleh fenomena
elektrokinetik juga dapat disebabkan karena adanya filtrasi, yakni interaksi
dengan fasa diam. Pemisahan yang disebabkan karena interaksi tersebut tidak
disebut elektroforesis melainkan “elektrokromatografi”. Arus yang digunakan
pada elektroforesis adalah arus DC dengan nilai tegangan kurang dari 1000 volt.
Apabila digunakan lebih dari 1000 volt maka akan terjadi efek pemanasan pada
media gel. Efek pemanasan tersebut disebut “efek joule” yang disebabkan karena
adanya tumbukan partikel electron. Efek pemanasan dapat dihilangkan dengan
dua cara, yakni :
1. Pendinginan
2. Efek Konveksi
Efek konvensi adalah suatu cara untuk membebaskan panas dengan mengganti
bentuk planar menjadi bentuk kolom atau kapiler. Kapiler yang digunakan dibuat
dari silica yang bermuatan netral atau negative. Bagian luar kapiler dilapisi
dengan polimer agar bersifat lentur.
Secara umum, elektroforesis digunakan untuk memisahkan, mengidentifikasi,
dan memurnikan fragmen DNA.
Pergerakan molekul terutama tergantung di muatan yang ada pada permukaan
partikel, tanda dan besarnya muatan pembawa oleh variasi group ionogenik.
Tergantung kepada kekuatan molekul listrik dan pH dari medium dalam
mengkateristik, sehingga pemisahan molekul dapat terjadi karena efek seleksi dan
medium yang sesuai.
Prinsip
Prinsip kerja dari elektroforesis adalah adanya pergerakan komponen
bermuatan positif (+) pada kutub negatif (-) serta komponen bermuatan negatif (-)
pada kutub positif (+). Pegerakan yang terjadi disebut "elektrokinetik" . Hasil
yang didapatkan dari elektroforesis adalaha elektroforegram yang memberikan
informasi mengenai seberapa cepat perpindahan komponen (tm) atau biasa
disebut kecepatan migrasi. Besaran yang digunakan sama dengan pada proses
kromatografi.

4. Medan listrik dialirkan pada suatu medium yang mengandung sampel yang
akan dipisahkan. Teknik ini digunakan dengan memanfaatkan muatan listrik yang
ada pada makromolekul, misalnya DNA yang bermuatan negatif.
Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa komponen yang bermuatan positif
akan bergerak searah dengan medan listrik menuju kutub negatif. Apabila dalam
campuran terdapat dua jenis komponen, yakni (1) komponen negatif (-), dan (2)
komponen netral (N), maka komponen negatif akan bergerak menuju kutub positif
(+) sedangkan komponen netral (N) akan tetap diam. Skema alat elektroforesis
secara sederhana dapat dilihat pada gambar di bawah ini. Pada gambar tersebut
dapat dilihat komponen yang bermuatan positif akan mengalir ke arah kutub
negatif, sedangkan komponen bermuatan negatif akan mengalir ke arah kutub
positif.
Metode kerja
Jika molekul yang bermuatan negatif dilewatkan melalui suatu medium,
kemudian dialiri arus listrik dari suatu kutub ke kutub yang berlawanan
muatannya maka molekul tersebut akan bergerak dari kutub negatif ke kutub
positif. Laju migrasi molekul bermuatan negatif disebut elektromobilitas.
Elektromobilitas suatu molekul dipengaruhi oleh beberapa faktor, sebagaimana
yang dijabarkan oleh Switzer bahwa semakin besar muatan molekul maka
semakin besar pula elektromobilitasnya, nilai elektromobilitas berbanding terbalik
dengan besar ukuran molekul sehingga molekul dengan ukuran lebih besar
memiliki elektromobilitas yang lebih kecil bila dibandingkan dengan molekul
yang berukuran lebih kecil. Selain besar muatan dan ukuran molekul tersebut,
topologi atau bentuk molekul turut berpengaruh pula terhadap elektromolitas

5. suatu molekul. Pergerakan ini dapat dijelaskan dengan gaya Lorentz yang terkait
dengan sifat-sifat dasar elektris bahan yang diamati dan kondisi elektris
lingkungan.
Fe = qE
F = gaya Lorentz
q = Muatan yang dibawa oleh objek
E = Medan listrik
Kegunaan dibidang kesehatan
Secara umum, elektroforesis digunakan untuk memisahkan, mengidentifikasi
dan memurnikan fragmen DNA.
Elektroforesis digunakan untuk meneliti DNA dalam berbagai bidang,
misalnya dalam bidang kepolisian, teknik ini digunakan untuk pemeriksaan DNA,
setiap orang memiliki karakteristik khusus, misalnya sidik jari. Sehingga
membantu polisi dalam mengungkap sebuah kasus. Sementara itu, dalam kegiatan
biologi molekuler, elektroforesis merupakan salah satu cara untuk
memvisualisasikan keberadaan DNA, plasmid, dan produk PCR.
Keuntungan dan Kekurangan Elektroforesis
Keuntungan elektroforesis adalah merupakan teknik yang relatif murah dan
sederhana untuk menganalisa dan memurnikan macam-macambiomolekul, khususnya
protein dan asam nucleat, cepat terbentuk, dan mampu memisahkan campuran
potongan DNA sesuai dengan ukurannya secara akurat, dibanding dengan densitas
gradient sentrifugasi.
Kekurangan metode ini sulit dilakukan dengan media larutan, oleh sebab
itu digunakan gel. Media yang digunakan dapat berupa gel poliakrilamida, dapat
pula gel agarosa. Namun yang kita gunakan gelpoliakrilamida. Perbandingan gel
poliakrilamida dengan gel agarosa.
1. Gel poliakrilamida
 Lebih effektif untuk pemisahan fragmen DNA antara 5-500bp
 Power: ekstrim tinggi
 Ukuran perbedaan DNA yang terpisah sampai 1bp

6.  Pembuatannya lebih sulit dibanding gel agarose, karena
biasanyadigunakan poliakrilamid dengan resolusi yang tinggi.
 Medan gerak secara vertikal dan listriknya konstan.
2. Gel Agarose
 Power lebih rendah
 Mempunyai laju pemisahan lebih cepat
 Dapat memisahkan fragmen DNA antara 100bp – 50kb
tergantungdari konsentrasi gel agarose yang digunakan
 Medan gerak biasanya horisontal
Contoh alat beserta gambar
a. Elektroforesis kertas
Kisah teknik pemisahan DNA/RNA ini berawal dari sekelompok ilmuwan
biokimia di awal tahun 1950-an yang sedang meneliti mekanisme molekular
DNA/RNA hidrolisis. Saat itu, tepatnya tahun 1952, Markham dan Smith
mempublikasikan bahwa hidrolisis RNA terjadi melalui mekanisme pembentukan
zat antara (intermediate) posfat siklik, yang kemudian menghasilkan nukleosida
2’-monoposfat dan 3’-monoposfat. Ternyata mereka menggunakan suatu
peralatan yang dapat memisahkan komponen campuran reaksi hidrolisis tadi,
salah satunya yaitu nukleotida ‘siklik’ yang membawa pada kesimpulan bahwa
hidrolisis RNA terjadi melalui pembentukan intermediate posfat siklik. Peralatan
itu dinamakan ‘elektroforesis’, yang dibuat dari kertas saring Whatman nomor 3,
sebuah tangki kecil dan berbagai larutan penyangga (buffer). Nukleotida yang
sudah terhidrolisis ditaruh diatas kertas saring, kemudian arus listrik dialirkan
melalui kedua ujung alat elektroforesis.
Elektroforesis kertas adalah jenis elektroforesis yang terdiri dari kertas
sebagai fase diam dan partikel yang terlarut sebagai fase gerak, erutama ion-ion
kompleks. Pemisahan ini terjadi akibat adanya gradasi konsentrasi sepanjang
system pemisahan. Pergerakan partikel dalam kertas tergantung pada muatan atau
valensi zat terlarut, luas penampang, tegangan yang digunakan, konsentrasi
elektrolit, kekuatan ion, pH, viskositas, dan adsorbsivitas zat terlarut.

7. Gambar Elektroforesis Kertas
Kelemahan penggunaan kertas selulosa asetat adalah: adanya gangguan
yang disebabkan oleh adanya gugus OH- yang terdapat pada selulosa yang dapat
berinteraksi dengan molekul polar sehingga daya migrasi molekul tersebut
terganggu dan menjadi lebih rendah (Harjadi 1993). Kelemahan ini dapat diatasi
dengan cara asetilasi gugus hidroksil dengan menggunakan kertas selulosa asetat
yang tidak polar. Hal ini menyebabkan migrasi molekul polar tidak terganggu,
resolusi lebih baik, dan proses pemisahan berlangsung lebih cepat.
Keuntungan penggunaan kertas selulosa asetat adalah:
 proses migrasi lebih cepat
 pemisahan spot menjadi lebih kecil
 mudah memisahkan sampel dengan spektrofotometri
 mudah dilarutkan dalam pelarut dalam jumlah sedikit.
Pada elektroforesis kertas selulosa asetat, kertas selulosa asetat harus

8. dibersihkan dengan cara kering dalam percobaan ini. Cara kering lebih
baik resolusinya dan spotnya lebih kecil daripada cara basah. Oleh karena
itu, percobaan ini menggunakan medium selulosa asetat.
b. Elektroforesis gel kanji
Selanjutnya teknik elektroforesis dikembangkan untuk memisahkan
biomolekul yang lebih besar. Tahun 1995 Smithies mendemonstrasikan bahwa
gel yang terbuat dari larutan kanji dapat digunakan untuk memisahkan protein-
protein serum manusia. Caranya yaitu dengan menuangkan larutan kanji panas ke
dalam cetakan plastik,setelah dibiarkan mendingin kanji tersebut akan membentuk
gel yang padat namun rapuh. Gel kanji berperan sebagai fasa diam (Stationary
phase) menggantikan kertas saring Whatman pada teknik terdahulu. Ternyata
elektroforesis gel yang diperkenalkan Smithies memicu para ilmuwan untuk
menemukan bahan kimia lain yang dapat digunakan sebagai bahan kimia lain
yang dapat digunakan sebagai bahan gel yang lebih baik, seperti agarosa dan
polimer akrilamida. Dan penemuan elektroforesis gel kanji di awal karir Smithies
membawanya menerima hadiah nobel dibidang kedokteran tahu 2007.
Gambar Elektroforesis Gel Kanji Gambar Elektroforesis Gel
Teknik elektroforesis gel makin berkembang dan disempurnakan, hingga 12
tahun kemudian ditemukan gel poliakrilamida (PAGE = Polyacrilamide Gel
Electrophoresis) yang terbentuk melalui proses polimerisasi akrilamida dan bis-
akrilamida. PAGE ini sanggup memisahkan campuran DNA/RNA atau protein

9. dengan ukuran lebih besar. Meskipun aplikasi elektroforesis makin berkembang
luas, namun ternyata teknik ini masih menyerah jika digunakan untuk
memisahkan DNA dengan ukuran yang super besar, misalnya DNA kromosom.
Campuran DNA kromosom tidak dapat dipisahkan meskipun ukuran mereka
berbeda-beda.
Gambar Prosedur Kerja Elektroforesis Gel
c. Pulse-Field Gel Electrophoresis (PFGE)
Pertengahan 1980-an, Schwartz dan Cantor memberitahukan ide
cerdasnya untuk memisahkan campuran DNA berukuran super besar
menggunakan teknik yang dinamakan Pulse-Field Gel Electrophoresis (PFGE),
yang menggunakan pulsa-pulsa pendek medan listrik tegak lurus yang arahnya
berganti-berganti. Teknik PFGE kini digunakan secara luas oleh para ahli biologi
dalam studi genotyping berskala masif, juga analisa epidemiologi molekular pada
patogen.

10.  Medium pendukung
Elektroforesis untuk makromolekul memerlukan medium
pendukung untuk mencegah terjadinya difusi karena timbulnya panas dari
arus listrik yang digunakan. Gel poliakrilamid dan agarosa merupakan
medium pendukung yang banyak dipakai untuk separasi protein dan asam
nukleat. Efek penguapan juga dapat diturunkan minimal jika elektroforesis
dilakukan di medium pendukung yang dicelupkan dengan larutan buffer.
Pemisahan sempurna suatu campuran dapat terjadi efektif dalam zona
tertentu.
Meskipun medium pendukung relatif stabil (inert), komposisinya mungkin
akan menyebabkan penyerapan, migrasi elektron (elektro osmosis) atau
penyaringan berdasarkan ukuran molekulnya, yang kesemuanya
mempengaruhi kecepatan gerak senyawa.
1. Cellulose asetat
2. Larutan Buffer
Larutan buffer (penyangga) ini menstabilkan pH medium pendukung.
Buffer juga dapat mempengaruhi kecepatan gerak senyawa karena
beberapa hal, yaitu :
a. Komposisi
Buffer harus tidak mengikat senyawa yang dipisahkan karena akan
mempengaruhi kecepatan gerak. Buffer borat dipakai untuk
memisahkan karbohidrat, karena dapat membentuk gabungan yang
bermuatan listrik dengan karbohidrat.
b. Konsentrasi
Dengan naiknya kekuatan ion buffer, jumlah arus listrik yang
terbawa meningkat dan bagian aliran yang dibawa sampel
menurun, sehingga memperlambat geraknya. Kekuatan ion tinggi
dalam buffer akan meningkatkan arus keseluruhan sehingga panas
juga meningkat, biasanya dipilih 0,05 -0,10M.
c. pH
Tingkat ionisasi asam-asam organik akan bertambah apabila pH
bertambah, sebaliknya untuk basa-basa organik,oleh sebab itu

11. tingkat kecepatan geraknya juga terpengaruh oleh pH. Kedua
pengaruh dapat terjadi pada senyawa seperti asam aminoyang
memiliki sifat asam dan basa.
3. Medan elektrik
Apabila voltase diberikan diantara dua elektroda, arus ditentukan oleh
tahanan dalam medium.
a. Voltase
Apabila jarak antara dua elektroda adalah 1 meter dan perbedaan
potensial antara keduanya adalah V volt sehingga gradient
potensialnya adalah V/1m. Kenaikan gradient potensial akan
menyebabkan kecepatan gerak ion.
b. Aliran listrik
Arus aliran listrik dalam larutan antara dua elektroda disebabkan
umumnya oleh ion buffer dan sedikit oleh ion dalam sampel.
Kenaikan voltase akan meningkatkan jumlah muatan yang
dipindahkan setiap detik kearah elektroda. Jarak yang ditempuh ion
akan sebanding dengan waktunya.
c. Tahanan
Medium elektroforesa menimbulkan pada aliran ion sebanding
dengan jenis medium, jenis buffer dan konsentrasinya. Tahanan
akan meningkat dengan bertambahnya jarak antara elektroda,
namun berkurang dengan bertambahnya luas permukaan elektroda
dan konsentrasi ion dalam buffer.
Komponen utama alat
1. Larutan elektrolit: larutan pembawa komponen umumnya buffer
dengan pH tertentu.
2. Zat pendukung: tempat pemisahan terjadi. Biasanya berupa
kertas(selulosa asetat, selulosa nitrat), gel kanji, gel polikrilamid, busa
poliuretan, agar-agar.
3. Elektroda: dengan anoda dan katoda yang dihubungkan arus listrik.

12. DAFTAR PUSTAKA
Andreas Manz, et.al,. (2010). Bioanalytical Chemistry. London : Imperial College
Press.
Martin, R. (1996). Gel electrophoresis nucleid acids. Oxford : Bios scientific
Publisher.
Richardson. (1986). Allozyme electro-phoresis. A handbook for animal sys-
tematics and population studies. San diego : Aca- demic press, inc.
Rothe, g. M. (1995). Electrophoresis of enzymes. Berlin Heidelberg : Springer -
verlag.
S.M. Kopkar. (2008) . Konsep Dasar Kimia Analitik. Jakarta : Universitas
Indonesia.
Sumar Hendayana , PH.D. (2006). Kimia Pemisahan Metode kromatografi dan
Elektroforesis Modern. Jakarta : PT. Remaja Rosdakarya.
Wolfe, S. L. (1995). Introduction to cell and molecular biology. Belmont :
Wardworth Publishing Company.