bioteknologi rekayasa protein

1. "REKAYASA PROTEIN"
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Dalam waktu lebih dari 3 Milliar tahun, berbagai macam molekul protein
telah berevolusi menjadi mesin kompleks dari sel dan organisme. Molekul-
molekul ini telah berkembang dengan perubahan acak pada gen oleh mutasi titik,
exon shuffling, rekombinasi dan transfer gen antar spesies, dan kombinasi dengan
seleksi alam untuk produk gen yang telah memiliki keuntungan fungsional yang
membantu dalam keselamatan organisme individu.
Jauh sebelum Darwin dan Wallace mengajukan teori evolusi dan Mendel
menemukan hukum genetika, petani dan peternak telah mulai mencampuri proses
evolusi dalam spesies yang menghasilkan hewan ternak dan tanaman pangan.
Dengan kurangnya pengetahuan mengenai teori evolusi dan genetika, pencapaian
mereka mendorong kecepatan dan menggulingkan seleksi alam, adalah hasil
mengesankan. Munculnya genetika molekul dalam teknik-teknik tertentu untuk
manipulasi gen, kini kita telah memasuki era eksploitasi genetika pada organisme
yang tidak pernah dibayangkan lima puluh tahun yang lalu. Kini kita dapat
merancang gen-gen untuk memproduksi, dalam organisme peliharaan, produk gen
baru untuk keuntungan manusia, kita tidak lagi terbatas untuk menyeleksi gen-gen
yang berguna dari mutasi. Akan tetapi, pada awal era baru ini baru menggores
permukaan pengetahuan yang diperlukan untuk rekayasa sebenarnya dan
perancangan molekul protein. Rekayasa protein diartikan memutasikan gen suatu
protein yang ada sebagai usaha untuk mengubah fungsinya dengan cara yang
biasa diperkirakan.
Christina Trias R, Ika Prastiwi, Evi Fatimah

2. B. Rumusan Masalah
1. Bagaimanakah proses sintesis protein ?
2. Apa yang dimaksud dengan rekayasa protein ?
3. Apa saja contoh aplikasi dari rekayasa Protein ?
C. Tujuan
1. Untuk mengetahui proses sintesis protein
2. Untuk mengetahui rekayasa protein
3. Untuk mengetahui aplikasi rekayasa protein
Christina Trias R, Ika Prastiwi, Evi Fatimah

3. BAB II
PEMBAHASAN
A. Sintesis Protein
Sintesis protein adalah penyusunan amini pada rantai polipeptida. Dalam
proses tersebut melibatkan DNA (Tinin “T”,Adenin “A”, Sitosin “C”, Guanin
“G”) dan RNA (Urasil”U”, Adenin “A”, Sitosin “C”, Guanin “G”). proses
sintesis protein terbagi atas transkripsi dan translasi.
1. Transkripsi
Transkripsi adalah bagian pertama dalam proses sintesis protein. Ini terjadi
dalam inti sel, di mana asam deoksiribonukleat (DNA) bertempat di
kromosom. DNA adalah struktur heliks ganda. Dari dua untai paralel, satu
bertindak sebagai template untuk menghasilkan mRNA. Sebagai langkah
inisiasi transkripsi, RNA polimerase mengikat dirinya ke situs tertentu (daerah
promoter) di salah satu untai DNA yang akan bertindak sebagai template.
Setelah keterikatannya dengan untai cetakan DNA, enzim polimerase
mensintesis polimer mRNA di bawah arahan template DNA. mRNA untai
terus memanjang sampai polimerase mencapai ‘wilayah terminator’ dalam
template DNA. Dengan demikian, transkripsi DNA mencakup tiga langkah:
inisiasi, elongasi dan terminasi. mRNA Yang baru ditranskripsi dilepaskan
oleh enzim polimerase, yang kemudian bermigrasi ke sitoplasma untuk
menyelesaikan proses sintesis protein
2. Trasnslasi
Translasi adalah pemindahan informasi genetik dari RNA dan membentuk
protein yang sesuai. Bagian utama kedua dari proses ini adalah terjemahan.
Bertentangan dengan transkripsi yang terjadi dalam inti, terjemahan
Christina Trias R, Ika Prastiwi, Evi Fatimah

4. berlangsung dalam sitoplasma sel. Bagian ini dimulai segera setelah mRNA
ditranskripsi memasuki sitoplasma. Ribosom hadir dalam sitoplasma segera
melekat pada mRNA pada situs tertentu, yang disebut kodon start. Hasil
tRNA amino juga mengikat pada untai mRNA. Fase ini disebut inisiasi.
Ketika ribosom bergerak sepanjang untai mRNA, amino asil tRNA membawa
asam amino satu per satu. Tahap ini tertentu disebut elongasi. Tahap
terminasi, ribosom membaca kodon terakhir dari untai mRNA. Dengan ini,
berakhir bagian terjemahan dan rantai polipeptida dilepaskan. Tepatnya
bicara, dalam terjemahan, ribosom dan tRNA menempel pada mRNA, yang
membaca informasi ini kode dalam rantai tersebut. Dengan demikian sintesis
protein dari urutan asam amino tertentu terjadi.
Secara keseluruhan, proses sintesis protein melibatkan transkripsi DNA
untuk mRNA, yang kemudian diterjemahkan menjadi protein. Dengan demikian,
kita telah melihat proses sintesis protein memerlukan koordinasi yang tepat dari
RNA, DNA, enzim dan ribosom serta prosedur bijaksana langkah sintesis protein
juga dikenal sebagai dogma sentral dalam biologi molekuler.
B. Rekayasa Protein (Protein Engineering)
1. Sejarah Rekayasa Protein
Protein merupakan polipeptida alami yang memiliki berat molekul
lebih dari 5.000. Makromolekul ini sangat berbeda-beda sifat fisiknya, mulai
dari enzim yang larut dalam air sampai keratin yang tak larut seperti rambut
dan tanduk. Protein memiliki berbagai fungsi biologis yang berbeda-beda
pula, seperti: katalis enzim, transfer dan penyimpanan, fungsi mekanik,
pergerakan, antibodi, dan proses informasi.
Christina Trias R, Ika Prastiwi, Evi Fatimah

5. Protein adalah molekul penyusun tubuh kita yang terbesar setelah air.
Hal ini mengindikasikan pentingnya protein dalam menopang seluruh proses
kehidupan dalam tubuh. Dalam kenyataannya, memang kode genetik yang
tersimpan dalam rantaian DNA digunakan untuk membuat protein, kapan,
dimana dan seberapa banyak. Protein berfungsi sebagai penyimpan dan
pengantar seperti hemoglobin yang memberikan warna merah pada sel darah
merah kita, bertugas mengikat oksigen dan membawanya ke bagian tubuh
yang memerlukan. Selain itu juga menjadi penyusun tubuh, "dari ujung
rambut sampai ujung kaki", misalnya keratin di rambut yang banyak
mengandung asam amino Cysteine sehingga menyebabkan bau yang khas bila
rambut terbakar karena banyaknya kandungan atom sulfur di dalamnya,
sampai kepada protein-protein penyusun otot kita seperti actin, myosin, tinin,
dsb. Kita dapat membaca teks ini juga antara lain berkat protein yang bernama
rhodopsin, yaitu protein di dalam sel retina mata kita yang merubah photon
cahaya menjadi sinyal kimia untuk diteruskan ke otak. Masih banyak lagi
fungsi protein seperti hormon, antibodi dalam sistem kekebalan tubuh, dll.
Pada tahun 1973, Herbert Boyer dari University of California di San
Fransisco dan Stanley Cohen dari Stanford University berhasil
mengembangkan teknologi DNA rekombinan yang menandai revolusi
bioteknologi. Dengan teknik ini, protein yang diinginkan dapat diproduksi
dalam kuantitas besar. Insulin untuk penderita diabetes adalah protein pertama
yang secara komersial diproduksi dengan teknik ini oleh Genentech, Inc.
Lima tahun kemudian, 1978, Michael Smith, dari University of Britisch
Columbia-Canada, berhasil mengembangkan teknik site-directed mutagenesis
(SDM) yang memungkinkan perubahan asam amino penyusun suatu protein
pada posisi yang diinginkan. Atas jasanya itu, Smith menerima hadiah Nobel
Kimia bersama penemu polymerase chain reaction (PCR), teknologi
memperbanyak satu segmen rantai DNA, Karry B. Mullis dari Cetus Corp
Christina Trias R, Ika Prastiwi, Evi Fatimah

6. tahun 1993. Mulai saat itulah, PE (protein engineering) sebagai istilah lahir,
dicetuskan pertama kali oleh Kevin M. Ulmer dari Genex Corp.
2. Pengertian Rekayasa Protein
Rekayasa protein adalah memutasikan gen suatu protein yang ada
sebagai usaha untuk mengubah fungsinya dengan cara yang bisa diperkirakan,
dari rancangan protein, yang mempunyai tujuan lebih ambisius untuk
merancang de novo suatu protein untuk memenuhi fungsi yang diinginkan.
3. Tujuan Rekayasa Protein
a. Untuk merancang urutan asam amino yang akan melipat menjadi protein
dengan struktur dan fungsi yang telah ditentukan sebelumnya.
b. Mengembangkan protein untuk sesuatu yang berguna atau berharga di
bidang industri, kesehatan.
c. Membentuk produk baru dari suatu campuran protein.
d. Mengubah struktur atau sifat protein sehingga dapat dihasilkan perubahan
pada produk protein dengan target struktur atau sifat yang digunakan.
e. Mengubah protein sehingga dapat diterjemahkan untuk memberikan
informasi dan aplikasi lain.
f. Menganalisa sifat protein yang ada untuk aktivasi produk lain.
g. Meningkatkan kemampuan dan efisiensi penggunaan produk untuk suatu
produk.
4. Metode Rekayasa Protein
Para perekayasa protein telah menemukan metode kombinasi, yakni
pustaka protein-protein terkait dianalisis secara simultan. Dengan menyortir
Christina Trias R, Ika Prastiwi, Evi Fatimah

7. pustaka-pustaka ini untuk menyeleksi untuk fungsi tertentu sejumlah kecil
protein aktif bisa dipisahkan dari jutaan varian tak aktif. Pustaka kombinasi
telah digunakan untuk meningkatkan aktivitas enzim, untuk menaikkan
afinitas ikatan dan spesifisitas protein dan untuk mengidentifikasi ligan
peptida baru. Selain itu para peneliti berharap untuk menggunakan data
struktur dan fungsi yang diperoleh melaui seleksi pustaka untuk
meningkatkan kemampuan mereka untuk merekayasa interaksi molekul.
Metode kombinasi sering disebut sebagai in vitro atau teknik evolusi
terarah. Di alam, mutasi DNA acak yang berakibat pada perubahan urutan
protein arang terjadi sehingga evolusi biasanya merupakan proses yang
lambat. Metode kombinasi mempercepat evolusi dengan mengendalikan
level serta lokasi mutasi genetik. Biasanya, sejumlah besar mutasi
terkonsentrasi dalam satu gen melalui mutagenesis acak. Teknik mutagenesis
berbeda dalam jumlah dan dispersi mutasi yang dimasukkan pada gen,
metode yang cocok untuk mutagenesis tergantung pada pertanyaan apa yang
ingin dijawab oleh siperekayasa protein. Strategi mutagenesi yang paling
banyak digunakan terdapat dalam gambar 2.1. Gen yang termutasi kemudian
diseleksi in vivo dengan mengubah fungsi pada sel atau in vitro dengan
mengikat pada target tak bergerak.
a. Mutagenesis langsung-oligonukleotida
b. Error-prone PCR
Christina Trias R, Ika Prastiwi, Evi Fatimah

8. c. DNA Shuffling
C. Aplikasi rekayasa Protein
1. Pembuatan enzim
2. Produksi jenis obat-obatan
3. Menghasilkan vaksin antibodi tertentu
Beberapa contoh aplikasi langsung secara komersial sebagai berikut :
1. Menggunakan perancah atau scafoll protein berdasarkan domain pada protein
A untuk mengembangkan molekul-molekul seperti antibodi (Company :
Afibody)
2. Menambahkan asam amino yang tidak terkodekan kepada protein,
memungkinkan sintesa protein dengan divercity bahan kimia (Company :
Ambrx)
Christina Trias R, Ika Prastiwi, Evi Fatimah
Gambar 2.1 Contoh teknik metode kombinasi

9. 3. Menggunakan perancah protein berdasarkan perpindahan untuk
mengembangkan molekul-molekul seperti antibodi, membuat penggabungan
protein-protein (Fusi) dan Receptor agonist (Company : BioRexis)
4. Menggunakan perancah protein berdasarkan lectin tipe C untuk
mengembangkan molekul-molekul seperti antibodi, teknologi protein
trimerisasi (Company : Borean)
5. Merekayasa proteases untuk menurunkan molekul-molekul yang ditargetkan
(Company : catalyst)
Christina Trias R, Ika Prastiwi, Evi Fatimah

10. BAB III
PENUTUP
A. Simpulan
1. Protein merupakan polipeptida alami yang memiliki berat molekul lebih dari lima ribu
sma. Makromolekul ini sangat berbeda beda sifat fisiknya, mulai dari enzim yang larut
dalam air sampai keratin yang tak larut seperti rambut dan tanduk. Protein adalah
molekul penyusun tubuh kita yang terbesar setelah air. Hal ini mengindikasikan
pentingnya protein dalam menopang seluruh proses kehidupan dalam tubuh. Sintesis
protein adalah penyusunan amino pada rantai polipeptida.
2. Sejarah rekayasa protein dimulai pada tahun 1973, Herbert Boyer berhasil
mengembangkan teknologi DNA rekombinan yang menandai revolusi bioteknologi.
Kemudian pada tahun 1978 Michael Smith berhasil mengembangkan teknik site-directed
mutagenesis (SDM) yang memungkinkan perubahan asam amino penyusun suatu protein
pada posisi yang diinginkan. Mulai saat itulah, PE (protein engineering) sebagai istilah
lahir, dicetuskan pertama kali oleh Kevin M. Ulmer dari Genex Corp.
4. Rekayasa protein kini digunakan secara rutin untuk modifikasi molekul protein baik
melalui mutagenesis terarah (site directed mutagenesis) maupun melalui metode
kombinasi, seperti pembuatan enzim, produksi jenis obat-obatan , menghasilkan vaksin
antibodi tertentu, dan juga dapat diaplikasikan langsung secara komersial.
Christina Trias R, Ika Prastiwi, Evi Fatimah

11. DAFTAR PUSTAKA
http://www.jaist.ac.jp/~witarto/witarto_zoa.pdf, diakses pada tanggal 19 Mei 2017
https://www.scribd.com/doc/30379843/Makalah-Sintesis-protein, diakses pada
tanggal 31 Mei 2017
https://www.scribd.com/doc/89353225/Protein-Engineering-Siti-Julaiha ,
diakses pada tanggal 22 Mei 2017
http://www.sridianti.com/pengertian-sintesis-protein.html, diakses pada tanggal 31 Mei 2017
Yohanis Ngili. 2015. Biokimia Aliran Informasi Genetika. Yogyakarta: Innosain
Christina Trias R, Ika Prastiwi, Evi Fatimah