Biomol

1. Elektroforesi
s
Muhammad Suyadi, S.Si., M.Biotech.

2. Sejarah Awal Penemuan dan Perkembangan Elektroforesis
1
1807: Penemuan Fenomena Dasar
Fenomena elektroforesis pertama kali diamati dan
didokumentasikan oleh para ilmuwan di Universitas Moskow,
Profesor Peter Ivanovich Strakhov dan Ferdinand Frederic Reuss.
Mereka menunjukkan bahwa partikel anorganik seperti tanah liat
yang tersuspensi dalam air dapat bergerak (bermigrasi) menuju
elektroda yang berlawanan muatan ketika dialiri medan listrik
searah (DC) yang konstan. Penemuan ini meletakkan dasar teoritis
dan eksperimental untuk pengembangan teknik selanjutnya.
2 1931: Pengembangan Tiselius
Titik balik utama dalam sejarah elektroforesis adalah pada tahun
1931 ketika Arne Tiselius, seorang kimiawan Swedia,
mengembangkan instrumen 'elektroforesis bergerak' atau 'moving-
boundary electrophoresis'. Alat ini dirancang khusus untuk
memisahkan protein dalam larutan. Karyanya ini memberinya
Hadiah Nobel Kimia pada tahun 1948 dan secara signifikan
memajukan pemahaman mengenai komposisi protein serum
darah, membuka jalan bagi analisis molekul biologis yang lebih
akurat.
3
1937 - 1950an: Modifikasi dan Inovasi
Setelah Tiselius, teknik ini terus dimodifikasi, bergerak dari
elektroforesis batas bergerak menuju penggunaan medium padat
(seperti kertas, pati, dan kemudian gel). Penggunaan gel, khususnya
gel agarosa dan poliakrilamida, memungkinkan resolusi
pemisahan yang jauh lebih baik, memisahkan molekul
berdasarkan ukuran selain muatan, yang menjadi kunci bagi
biologi molekuler modern.

3. Introduction Elektroforesis
Secara etimologis, istilah elektroforesis berasal dari bahasa
Yunani, menggabungkan kata elektro (listrik) dan phoresis
(bergerak atau membawa). Dalam konteks ilmiah, ini merujuk pada
proses di mana molekul bermuatan listrik dipisahkan di bawah
pengaruh medan listrik.
• Prinsip dasarnya adalah migrasi spesies bermuatan (ion, molekul
biologis, atau partikel koloid) dalam medium cairan atau gel.
• Molekul dengan muatan negatif (anion) bergerak menuju elektroda positif (anoda).
• Molekul dengan muatan positif (kation) bergerak menuju elektroda negatif (katoda).
• Kecepatan migrasi molekul (mobilitas elektroforetik) bergantung
pada rasio muatan terhadap ukuran molekul (rasio muatan-massa)
dan sifat fisik medium.
Teknik ini menjadi alat standar di laboratorium biologi, biokimia, dan
kimia analitik untuk mengisolasi dan menganalisis makromolekul
penting seperti DNA, RNA, dan berbagai jenis protein, seringkali
berdasarkan kriteria ukuran molekul relatif.
Rumus Dasar
Kecepatan (v) (Muatan molekul (q) × Kuat medan
∝
listrik (E)

4. Prinsip Kerja Elektroforesis
Prinsip kerja elektroforesis melibatkan serangkaian langkah sistematis yang memanfaatkan interaksi
antara molekul bermuatan dan medan listrik dalam matriks penyaring.
Persiapan Sampel dan Medium
Sampel biologis (misalnya, DNA yang sudah diamplifikasi atau
protein terdenaturasi) dicampur dengan larutan penyangga dan
pewarna pelacak, kemudian dimuat ke dalam sumur-sumur
kecil yang dibuat pada salah satu ujung medium gel (agarosa
atau poliakrilamida). Medium gel bertindak sebagai matriks
berpori.
Penerapan Medan Listrik
Medium gel diletakkan dalam bejana berisi larutan penyangga
(buffer) yang menghantarkan listrik. Sumber daya listrik
dihubungkan ke elektroda di kedua ujung gel. Tegangan konstan
(biasanya 50-150V) diterapkan, menghasilkan medan listrik
melintasi medium gel.
Migrasi dan Pemisahan Molekul
Karena DNA dan RNA bermuatan negatif pada pH netral/basa,
mereka bermigrasi dari katoda (-) menuju anoda (+). Protein
dapat bermigrasi ke arah yang berbeda tergantung pada titik
isoelektriknya. Gel bertindak sebagai saringan molekuler;
molekul yang lebih kecil melewati pori-pori gel dengan lebih
mudah dan cepat, sedangkan molekul yang lebih besar
mengalami hambatan dan bergerak lebih lambat.
Visualisasi dan Analisis
Setelah waktu pemisahan yang ditentukan, medan listrik
dimatikan. Molekul yang dipisahkan diwarnai (misalnya, DNA
dengan Ethidium Bromide atau pewarna aman lainnya, protein
dengan Coomassie Blue) untuk visualisasi. Hasilnya berupa pita
(band) yang posisinya mengindikasikan ukuran molekul relatif.

7. Medium Elektroforesis: Gel Agarosa vs. Gel Poliakrilamida
Pilihan medium gel sangat krusial dan ditentukan berdasarkan sifat serta ukuran molekul target yang akan dipisahkan.
Gel Agarosa
• Komposisi: Polisakarida alami yang diekstraksi dari rumput
laut.
• Ukuran Pori: Pori-pori besar, cocok untuk memisahkan
molekul yang sangat besar.
• Aplikasi Utama: Digunakan secara luas untuk memisahkan
fragmen DNA dan RNA dengan rentang ukuran dari 500
pasangan basa (bp) hingga 25.000 bp (25 kb), atau bahkan
lebih besar.
• Keuntungan: Mudah disiapkan, tidak toksik, dan ideal untuk
analisis kualitatif atau pemurnian DNA.
Gel Poliakrilamida (PAGE)
• Komposisi: Polimer sintetik yang dibentuk dari akrilamida
dan bisakrilamida.
• Ukuran Pori: Pori-pori kecil dan ukuran pori dapat diatur
(bervariasi) dengan mengubah konsentrasi monomer.
• Aplikasi Utama: Digunakan untuk pemisahan molekul yang
lebih kecil, termasuk protein dan fragmen DNA yang sangat
pendek (<500 bp), menawarkan resolusi pemisahan yang
sangat tinggi.
• Keuntungan: Resolusi superior, memungkinkan pemisahan
molekul yang berbeda ukurannya hanya beberapa dalton
atau pasangan basa.
Dalam biologi molekuler, gel agarosa sering digunakan untuk "gel-elektroforesis", sementara gel poliakrilamida umumnya digunakan
untuk pemisahan protein dalam teknik SDS-PAGE (Sodium Dodecyl Sulfate - Polyacrylamide Gel Electrophoresis).

8. Faktor Penentu Mobilitas Elektroforetik
Pergerakan molekul dalam medan listrik dan melalui matriks gel dikenal sebagai mobilitas elektroforetik. Kecepatan dan
arah migrasi molekul dipengaruhi oleh interaksi tiga faktor utama yang saling berkaitan:
Muatan Listrik Molekul
Semakin besar muatan bersih molekul,
semakin kuat gaya tarik elektrostatik yang
dialaminya, yang pada gilirannya
mempercepat migrasi. Muatan bersih
protein sangat sensitif terhadap pH larutan
penyangga; molekul akan bermigrasi
menuju elektroda yang berlawanan dengan
muatannya.
Ukuran dan Massa Molekul
Untuk molekul dengan rasio muatan-massa yang
serupa (seperti DNA yang distandarisasi), ukuran
molekul adalah faktor pemisahan dominan. Molekul
yang lebih besar mengalami hambatan gesekan
yang lebih besar saat melewati pori-pori gel,
sehingga bermigrasi lebih lambat.
Struktur Matriks Gel
Konsentrasi dan jenis gel menentukan ukuran
pori-pori. Gel dengan konsentrasi tinggi memiliki
pori-pori kecil, yang meningkatkan resistensi
gesekan dan menghasilkan resolusi pemisahan
yang lebih baik untuk molekul kecil.
Kekuatan Medan Listrik
Peningkatan tegangan (kuat medan listrik) akan
mempercepat semua molekul. Namun, tegangan yang
terlalu tinggi dapat menyebabkan pemanasan
berlebihan pada gel (efek Joule), yang dapat mendistorsi
pita molekul dan bahkan merusak molekul biologis.
Komposisi Larutan Penyangga
Larutan penyangga (buffer)
mempertahankan pH konstan, yang esensial
untuk menjaga status ionisasi dan muatan
molekul (terutama protein). Kekuatan ionik
buffer juga memengaruhi kecepatan
migrasi.

9. Faktor yang berpengaruh laju migrasi pada waktu
Elektroforesis:
1. Ukuran DNA
Semakin besar ukuran DNA, maka laju migrasi akan semakin
lambat dibandingkan DNA yang berukuran lebih kecil. Hal ini
disebabkan oleh .besarnya gaya friksi pada saat DNA menembusi
pori-pori gel.
2. Konsentrasi agarosa
Konsentrasi gel agarosa berbanding terbalik dengan ukuran
molekul DNA. Agarosa dengan konsentrasi tinggi akan efektif bila
digunakan untuk memisahkan molekul DNA linier yang kecil.

10. 3. Konformasi DNA
Bentuk superhelical circular akan bermigrasi
lebih cepat dibandingkan DNA linier.
4. Voltase
Peningkatan voltase akan meningkat
molbilitas molekul DNA.
5. Arah dan kestabilan medan listrik
Molekul DNA yang berukuran lebih besar dari
50-100 kb akan bermigrasi pada gel agarosa
dengan kecepatan yang sama apabila arah
aliran listrik kostan/tetap.
Faktor yang berpengaruh laju migrasi pada waktu
Elektroforesis:

11. 6. Zat warna interkalasi
Penambahan Ethidium bromide ke dalam gel akan menurunkan mobilitas
elektroforetik molekul DNAsekitar 15%. Zat warna akan terperangkap
diantara basa-basa sehingga memperpanjang molekul DNA linier dan nicked
circular dan dan DNA akan semakin kaku.
7. Komposisi bufer elektroforesis
Mobilitas elektroforetik DNA dipengaruhi oleh komposisi dan kekuatan ionik
dari bufer elektroforesis. Tanpa adanya ion-ion, maka konduksi listrik akan
lemah dan DNA bermigrasi secara lambat, namun jika kekuatan ion terlalu
tinggi, maka konduksi listrik akan meningkat disertai dengan terbentuknya
panas yang berlebihan sehingga gel akan mencair dan DNA akan mengalami
denaturasi. Beberapa bufer digunakan dalam elektroforesis DNA, namun
yang paling sering digunakan adalah TAE (Tris Acetate).
Faktor yang berpengaruh laju migrasi pada waktu
Elektroforesis:

12. Klasifikasi Teknik Elektroforesis Modern
Elektroforesis telah berkembang menjadi berbagai varian teknik, masing-masing disesuaikan untuk memisahkan
molekul biologis tertentu dengan resolusi dan sensitivitas optimal.
Elektroforesis Gel Agarosa
Metode standar dan paling sering digunakan untuk pemisahan makromolekul DNA dan RNA di laboratorium.
Digunakan untuk memvisualisasikan hasil PCR, analisis restriksi, dan pemurnian DNA.
Elektroforesis Gel Poliakrilamida (PAGE)
Ideal untuk memisahkan protein atau fragmen DNA kecil. Varian utamanya, SDS-PAGE, menggunakan deterjen
(SDS) untuk memberikan muatan negatif seragam pada protein, sehingga pemisahan hampir murni berdasarkan
ukuran.
Elektroforesis Kapiler (CE)
Menggunakan tabung kapiler berdiameter sangat kecil dan tegangan tinggi. Menawarkan pemisahan cepat dengan
resolusi yang sangat tinggi dan cocok untuk otomatisasi, sering digunakan dalam sekuensing DNA dan analisis
klinis.
Isoelectric Focusing (IEF)
Teknik spesifik untuk protein, memisahkannya murni berdasarkan titik isoelektrik (pI) mereka. Protein bermigrasi
melalui gradien pH hingga mencapai titik di mana muatan bersihnya nol (pI).
Elektroforesis Dua Dimensi (2D-PAGE)
Menggabungkan IEF (pemisahan berdasarkan pI) di dimensi pertama dan SDS-PAGE (pemisahan berdasarkan
massa) di dimensi kedua. Ini adalah teknik yang sangat kuat untuk memisahkan ribuan protein kompleks dari
sampel biologis.

13. JENIS-JENIS ELFO
Elektroforesis kertas Elektroforesis
gel
Elektroforesis
kapiler

14. Elektroforesis kertas
Þ adalah jenis elektroforesis yang terdiri dari kertas sebagai fase
diam dan partikel bermuatan yang terlarut sebagai fase gerak,
terutama ialah ion-ion kompleks.
Þ Pemisahan terjadi akibat adanya gradasi konsentrasi sepanjang
sistem pemisahan.
Þ Pergerakan partikel dalam kertas tergantung pada :
muatan atau valensi zat terlarut
luas penampang
tegangan yang digunakan
konsentrasi elektrolit
kekuatan ion
Ph
Viskositas
adsorpsivitas zat terlarut

15. Elektroforesis kertas
KELEBIHAN KELEMAHAN
 proses migrasi lebih
cepat
 pemisahan spot menjadi
lebih kecil
 mudah memisahkan
sampel dengan
spektrofotometri
 mudah dilarutkan dalam
pelarut dalam jumlah
sedikit
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

16. Elektroforesis gel
 ialah elektroforesis yang menggunakan gel
sebagai fase diam untuk memisahkan molekul-
molekul.
 Awalnya dilakukan dengan medium gel kanji
(sebagai fase diam) untuk memisahkan
biomolekul yang lebih besar seperti protein-
protein.
 Selanjutnya elektroforesis gel berkembang
dengan menjadikan agarosa dan poliakrilamida
sebagai gel media

17. Elektroforesis gel
KELEBIHAN KELEMAHAN
 Mudah mengamati
reaksi kimia
selama proses
berlangsung
 Sampel dapat
ditangani dengan
baik dan cepat
Rawan terjadi
kesalahan pada proses
pemindahan campuran
sampai kedalam slot
gel, karena slot gel
berukuran kecil

18. 500 bp

19. Elektroforesis kapiler
 adalah metode elektroforesis yang digunakan
untuk memisahkan asam amino, protein, lipid,
karbohidrat, dan nukleotida dengan resolusi tinggi
yang dilakukan pada pipa kapiler berisi buffer.
 Elektroforesis kapiler menggunakan listrik
bertegangan tinggi yang menyebabkan semua
komponen ion atau molekul netral bergerak ke
katoda.
 Teknik pemisahan dipengaruhi oleh tegangan
listrik, koefisien difusi, panjang, dan diameter pipa
kapiler, serta konsentrasi sampel.

20. Elektroforesis kapiler
KELEBIHAN KELEMAHAN
Dapat digunakan
untuk memisahkan
spesies ion
Memiliki efisiensi
dan selektivitas
yang baik
Boros listrik karena
menggunakan
tegangan tinggi
Harga alat mahal

22. Aplikasi Elektroforesis dalam Penelitian dan Klinis
Sebagai teknik pemisahan yang esensial, elektroforesis memiliki peran yang tak tergantikan di berbagai
disiplin ilmu, dari penegakan hukum hingga diagnostik penyakit.
Forensik dan Analisis DNA
Elektroforesis gel, khususnya ketika dikombinasikan
dengan PCR, digunakan untuk menghasilkan profil DNA
individual (sidik jari genetik). Perbandingan pita DNA dari
sampel tempat kejadian perkara dengan tersangka adalah
fundamental dalam ilmu forensik dan identifikasi
personal.
Diagnostik Medis
Elektroforesis serum protein (SPEP) digunakan untuk
mendeteksi dan mengkuantifikasi protein abnormal,
seperti dalam kasus multiple myeloma. Digunakan juga
untuk deteksi mutasi genetik (misalnya, RFLP) dan
diagnosis penyakit genetik.
Penelitian Biokimia dan Molekuler
Di laboratorium riset, elektroforesis digunakan untuk
memverifikasi ukuran fragmen DNA hasil kloning,
memantau kemurnian protein selama proses pemurnian,
dan menganalisis ekspresi gen (melalui RNA).
Farmasi dan Bioteknologi
Digunakan untuk mengontrol kualitas produk bioteknologi
(vaksin, terapi berbasis protein), memastikan kemurnian
dan konsistensi molekul yang diproduksi secara
rekombinan.

23. APLIKASI ELEKTROFORESIS
1. Membandingkan gen homolog dari spesies yang berbeda,
mengetahui susunan sekuens berbagai genom.
2. DNA fingerprinting.
3. Mendeteksi kelainan genetik.
4. Mendeteksi lokasi dan jumlah mRNA dalam sel atau jaringan
tertentu.
5. Mengetahui aktivitas gen selama perkembangan berbagai tipe
sel organisme atau percobaan perlakuan gen.
6. Mempelajari evolusi tingkat molecular.
7. Mengetahui variasi genetik yang ada di alam.
8. Menentukan atau mengidentifikasi berat molekul DNA, RNA,
dan protein tertentu.
9. Mengidentifikasi persamaan dan perbedaan genetik antar
individu.
10. Mengetahui jumlah fragmen DNA yang diklon dalam
rekombinan DNA plasmid.
11. Menganalisa fragmen DNA yang diamplifikasi lewat PCR

24. Keunggulan dan Kekurangan Teknik Elektroforesis
Meskipun merupakan teknik yang sangat kuat, pemanfaatan elektroforesis harus mempertimbangkan
keunggulan inheren serta batasan-batasan proseduralnya.
Keunggulan Elektroforesis
Resolusi Tinggi: Mampu memisahkan molekul yang
berbeda ukurannya hanya dengan beberapa unit
pasangan basa (bp) atau dalton, terutama dengan gel
poliakrilamida.
Kesederhanaan Prosedur: Teknik dasarnya relatif
mudah dipelajari dan dilakukan, serta memerlukan
peralatan yang standar dan tersedia secara luas di
laboratorium.
Fleksibilitas Medium: Dapat disesuaikan dengan
berbagai jenis molekul (DNA, RNA, Protein) hanya
dengan memvariasikan jenis dan konsentrasi
medium gel.
Informasi Kuantitatif dan Kualitatif: Memberikan
informasi visual (pita) mengenai ukuran molekul
(kualitatif) dan perkiraan jumlah relatif (kuantitatif)
melalui intensitas pita.
Kekurangan Elektroforesis
Durasi Analisis: Proses migrasi dan visualisasi,
terutama untuk pemisahan resolusi tinggi atau fragmen
DNA besar, dapat memakan waktu beberapa jam hingga
semalam.
Ketergantungan pada Pewarnaan: Deteksi akhir
sangat bergantung pada efektivitas dan sensitivitas zat
pewarna yang digunakan. Pewarna tertentu (misalnya,
Ethidium Bromide) bersifat toksik dan memerlukan
penanganan khusus.
Efek Pemanasan: Tegangan tinggi dapat menyebabkan
pemanasan (efek Joule), yang dapat merusak resolusi
pita. Pengendalian suhu yang ketat seringkali
diperlukan.
Medium yang Tidak Stabil: Gel (terutama
poliakrilamida) bersifat rapuh dan memerlukan kehati-
hatian dalam penyiapan dan penanganan untuk
menghindari distorsi pemisahan.

25. Kesimpulan
Elektroforesis adalah metode fundamental yang telah berevolusi dari demonstrasi fisika dasar menjadi
alat analitis yang sangat canggih, memisahkan makromolekul bermuatan dalam matriks berpori di bawah
pengaruh medan listrik.
Fondasi Metodologi
Prinsip dasarnya—migrasi
berdasarkan muatan, ukuran, dan
bentuk—tetap menjadi landasan
metodologi pemisahan molekuler.
Inovasi Berkelanjutan
Perkembangan menuju
elektroforesis berkapiler dan
mikrofluida menunjukkan tren
menuju otomatisasi, kecepatan
tinggi, dan kebutuhan sampel
yang minimal, memperluas batas
aplikasi klinis dan penelitian.
Peran Vital di Era Omics
Dalam era genomik dan
proteomik, elektroforesis
(terutama 2D-PAGE dan CE) terus
memainkan peran krusial sebagai
langkah pemisahan awal yang
kuat sebelum analisis lebih lanjut
seperti spektrometri massa dan
sekuensing.

26. CONTOH JURNAL
Judul :
PEMISAHAN DAN KARAKTERISASI SPESI
SENYAWA KOMPLEKS YTRIUM-90 DAN
STRONSIUM-90 DENGAN ELEKTROFORESIS
KERTAS
Susunan Alat Penelitian
1. Cuplikan
2. Elektrode
3. Baffle(penghalang
4. Cuplikan
5. Elektrode
6. Baffle(penghalang

27. CONTOH JURNAL
Kesimpulan Penelitian
 Ytirium-90 membentuk senyawa kompleks dalam HCl.
 Larutan penyangga yang digunakan untuk dapat membentuk
spesi senyawa kompleks90
Y adalah larutan penyangga tartrat
dan larutan penyangga sitrat
 Ligan pengompleksnya adalah Cl yang berasal dari HCl yang
digunakan sebagai pelarut.
 penggunaan penyangga tartrat, diperoleh kondisi optimum
HCl 2 M dengan parameter operasional elektroforesis 200
Volt, 2,5 jam.
 Dengan penyangga sitrat, diperoleh kondisi optimum HCl 8
M, dengan parameter operasional elektroforesis 200 Volt,
2jam.
 Migrasi kertas memungkinkan diganti dengan pelat silikagel.

29. Prosedur Elektroforesis

30. Introduction of Electrophoresis