Ukuran genom, jumlah gen

MATERI KULIAH BIOTEKNOLOGI PETERNAKAN

Oleh: Dr. Ir. Sutopo, M.Sc

Ukuran genom, jumlah gen

            Ukuran genom adalah jumlah total pasangan basa DNA dalam satu salinan genom haploid. Ukuran genom berkorelasi positif dengan kompleksitas morfologi antara prokariota dan eukariota yang lebih rendah. Secara umum, terdapat perbedaan ukuran genom, jumlah gen, dan densitas gen antara prokariota dan eukariota. Prokariota memiliki genom yang lebih kecil dengan jumlah gen lebih sedikit dan densitas gen lebih besar bila dibandingkan dengan eukariota. Bakteria dan arkea umumnya memiliki genom berukuran sekitar 1–6 juta pasangan basa (Mb) yang mengandung 1.500–7.500 gen. Misalnya, genom bakteri Escherichia coli berukuran 4,6 Mb dan mengandung sekitar 4.300 gen. Sebaliknya, eukariota memiliki genom lebih besar dengan jumlah gen lebih banyak. Genom khamir bersel tunggal Saccharomyces cerevisiae (tergolong fungi), misalnya, berukuran sekitar 12 Mb, sedangkan kebanyakan tumbuhan dan hewan multisel memiliki genom lebih dari 100 Mb. Sementara itu, jumlah gen dalam genom eukariota dapat mencapai 5.000 pada fungi bersel tunggal sampai dengan 40.000 pada makhluk multiselular. Selain itu, eukariota secara umum memiliki jumlah gen yang lebih sedikit per pasangan basa dibandingkan dengan prokariota, yaitu densitas gennya lebih rendah. Misalnya, manusia memiliki genom dengan ukuran ratusan sampai ribuan kali lebih besar daripada bakteri, tetapi jumlah gennya hanya 5 sampai 15 kali lebih banyak. Analogi genom manusia yang tersimpan di DNA adalah bahwa instruksi disimpan dalam sebuah buku:

“Satu Buku (genom) akan berisi 23 bab (yang kita umpamakan kromosom); Setiap bab berisi 48-250000000 huruf (terdiri dari A, C,G, T) tanpa spasi; Oleh karena itu, buku ini berisi lebih dari 3,2 miliar huruf  Buku ini cocok menjadi inti sel. Setidaknya satu salinan dari buku (semua 23 bab) yang terkandung/ada di sebagian besar sel-sel tubuh kita”.

DNA adalah molekul materi herediter dalam semua sel hidup. Gen terbuat dari DNA, dan begitu juga genom itu sendiri. Gen terdiri dari DNA. DNA sangat panjang dan kurus, yang berisi semua informasi yang diperlukan untuk membangun sebuah organisme hidup. Dalam arti yang sangat nyata, DNA adalah sumber informasi. 

DNA terbuat dari apa., DNA adalah molekul yang sangat besar, terdiri dari unit yang lebih kecil yang disebut nukleotida yang dirangkai dalam satu baris, Setiap nukleotida memiliki tiga bagian: sebuah molekul gula, molekul fosfat, dan struktur yang disebut basa nitrogen. Basa nitrogen adalah bagian dari nukleotida yang membawa informasi genetik, sehingga kata-kata "nukleotida" dan "dasar" sering digunakan secara bergantian. Dasar yang ditemukan dalam DNA berasal dalam empat macam: adenin, sitosin, guanin, dan timin-sering disingkat sebagai A, C, G, dan T, huruf-huruf alfabet genetik.

        Sangat sedikit orang berpikir bahwa DNA bisa menjadi bahan herediter. Studi awal DNA keliru bahwa molekul terdiri dari urutan yang sama dari empat basa berulang-ulang-ACGTACGTACGT ... misalnya. Tidak ada yang bisa membayangkan bagaimana sebuah molekul monoton sederhana bisa berisi informasi yang diperlukan untuk membangun sebuah organisme hidup. Tetapi selama tahun 1930-an dan 1940-an, percobaan baru mulai menunjukkan bahwa DNA, menjadi penting. Ternyata strain yang berbeda dari bakteri dapat bertukar DNA dan bahwa ketika mereka melakukan sifat-sifat tertentu, seperti kemampuan untuk menyebabkan penyakit pada manusia, dapat ditularkan dari satu strain bakteri yang lain. Para ilmuwan juga belajar bahwa ketika virus menginfeksi sel itu menyuntikkan DNA-nya ke dalam sel, yang kemudian menghasilkan banyak salinan virus, menunjukkan bahwa DNA berisi petunjuk untuk membangun virus. Dan mereka menemukan bahwa spesies yang berbeda dari organisme memiliki proporsi yang berbeda dari basa dalam DNA-satu spesies mereka mungkin memiliki DNA yang 30 persen A, 20 persen C, 20 persen G, dan 30 persen T, sementara yang lain mungkin memiliki 20 persen A, 30 persen C, 30 persen G, dan 20 persen T. orang-orang mulai berpikir bahwa informasi genetik mungkin ditulis dalam perbedaan antara dasar DNA dari spesies yang berbeda.

Genom

MATERI KULIAH BIOTEKNOLOGI PETERNAKAN

Oleh: Dr. Ir. Sutopo, M.Sc

            Genom dalam bhs inggris adl genome, dalam genetika dan biologi molekular modern, adalah keseluruhan informasi genetik yang dimiliki suatu sel atau organisme, atau khususnya keseluruhan asam nukleat yang memuat informasi tersebut. Secara fisik, genom dapat terbagi menjadi molekul-molekul asam nukleat yang berbeda (sebagai kromosom atau plasmid), sementara secara fungsi, genom dapat terbagi menjadi gen-gen. Istilah genom diperkenalkan oleh Hans Winkler dari Universitas Hamburg, Jerman, pada tahun 1920, mungkin sebagai gabungan dari kata gen dan kromosom atau dimaksudkan untuk menyatakan kumpulan gen.

            Setiap organisme memiliki genom yang mengandung informasi biologis yang diperlukan untuk membangun tubuhnya dan mempertahankan hidupnya serta diwariskan ke generasi berikutnya. Dengan sejumlah interaksi kompleks, urutan nukleotida komponen penyusun asam nukleat digunakan untuk membuat semua protein pada suatu organisme pada waktu dan tempat yang sesuai. Protein ini menjadi komponen pembentuk tubuh organisme atau memiliki kemampuan membuat komponen pembentuk tubuh tersebut atau mendorong reaksi metabolisme yang diperlukan untuk hidup. Kebanyakan genom, termasuk milik manusia dan makhluk hidup bersel lainnya, terbuat dari DNA (asam deoksiribonukleat), namun sejumlah virus memiliki genom RNA (asam ribonukleat).

            DNA unting ganda (double stranded, "ds") merupakan komponen pembentuk genom kebanyakan organisme dan semua sel. Namun, virus RNA memiliki genom RNA ds atau unting tunggal (single stranded, "ss"). Secara umum, setiap molekul asam nukleat genom dapat disebut sebagai kromosom. Genom prokariota (organisme tanpa inti sel, contohnya bakteri) biasanya berupa molekul tunggal dsDNA sirkular, walaupun dapat pula terdapat DNA ekstrakromosom berbentuk plasmid sirkular yang menyandikan produk gen yang menguntungkan namun tidak esensial. Sementara itu, genom eukariota (organisme berinti sel, contohnya manusia) biasanya berupa sejumlah molekul dsDNA linear. Istilah genom inti (nuclear genome) pada eukariota mengacu pada informasi genetik berupa kromosom, dan kadang kala juga fragmen DNA ekstrakromosom, di dalam inti sel. Genom ekstranuklear sel eukariotik mencakup genom mitokondria dan kloroplas, yang berupa molekul dsDNA sirkular seperti pada prokariota.

Kebanyakan prokariota memiliki satu kromosom saja. Karena itu, prokariota umumnya mengandung satu salinan setiap gen dan dengan demikian bersifat haploid. Sementara itu, eukariota umumnya memiliki dua salinan setiap gen dan secara genetik bersifat diploid.^] Ada pula organisme (misalnya, tumbuhan) yang memiliki lebih dari dua set kromosom dalam inti setiap sel tubuhnya, atau disebut bersifat poliploid.

Enzim Renin

Enzim adalah biomolekul yang berfungsi sebagai katalis (senyawa yang mempercepat proses reaksi tanpa habis bereaksi) dalam suatu reaksi kimia. Hampir semua enzim merupakanprotein. Pada reaksi yang dikatalisasi oleh enzim, molekul awal reaksi disebut sebagai substrat, dan enzim mengubah molekul tersebut menjadi molekul-molekul yang berbeda, disebut produk. Hampir semua proses biologis sel memerlukan enzim agar dapat berlangsung dengan cukup cepat.

No.	Nama Enzim	Letak	Fungsi		Penghasil
			Mengubah	Menjadi
1.	Ptialin / Amilase	Mulut	Amilum	Maltosa	Kelenjar Ludah
2.	Pepsin	Lambung	Protein	Pepton	Lambung
3.	Renin	Lambung	Mengendapkan kasein susu		Lambung
4.	Amilase	Usus 12 Jari	Maltosa	Glukosa	Pankreas
5.	Tripsin	Usus 12 Jari	Pepton	Asam Amino	Pankreas
6.	Lipase	Usus 12 Jari	Lemak	Asam Lemak & Gliserol	Pankreas
7.	Erepsin	Usus Halus	Pepton	Asam Amino	Usus 12 Jari
8.	Maltase	Usus Halus	Maltosa	Glukosa + Glukosa	Usus Halus
9.	Sukrase	Usus Halus	Sukrosa	Glukosa + Fruktosa	Usus Halus
10.	Laktase	Usus Halus	Laktosa	Glukosa + Galaktosa	Usus Halus

Fungsi enzim renin adalah mengubah kaseinogen menjadi kasein (protein susu) & mengendapkan kasein susu. Enzim renin dihasilkan oleh kelenjar di dinding lambung. Fungsi enzim renin untuk mengendapkan kasein dari air susu. Kasein merupakan protein susu, sering disebut keju. Setelah kasein diendapkan dari air susu maka zat dalam air susu dapat dicerna.

Enzim renin: Bagaimana mereka Berfungsi

Renin adalah enzim koagulasi diproduksi di lapisan dalam abomasum (perut keempat) dari makan susu sapi. Hal ini juga diproduksi di dalam perut seekor kambing atau domba. Beberapa sumber alternatif tanaman chymosin, terutama thistle dan jelatang dan mikroba seperti jamur dan ragi. Beberapa mikrobia penghasil rennin adalah kapang dan bakteri, seperti spesies Mucor yaitu Mucor pusillus, Mucor miehei, Mucor heimalis, dan Mucor rouxii. Bakteri yang mampu menghasilkan rennin diantaranya Endothia parasitica, Bacillus subtilis, dan Bacillus polymyxa. Penggunaan Mucor dan Endothia untuk produksi rennin adalah yang terbanyak dilakukan Sebagai enzim proteolitik, fungsi utama renin adalah pengental susu. enzim Renin diproduksi dalam jumlah melimpah segera setelah melahirkan. Produksi secara bertahap menurun dan digantikan oleh enzim pencernaan, yang disebut pepsin.

Rennet diketahui memainkan peran penting dalam koagulasi dan pengentalan susu. Susu dipisahkan menjadi cairan atau dadih dan semi-padat atau yogurt. Pengentalan susu sangat penting untuk pencernaan protein susu dalam perut. Jika susu segera dihapus dari perut dalam keadaan tercerna, maka bayi muda tidak akan mendapatkan keuntungan dari protein susu. Koagulasi susu oleh rennet memungkinkan untuk waktu tetap lebih lama dalam perut.

Bagaimana renin menyebabkan pengentalan susu? Renin diproduksi dalam bentuk prorenin aktif. Setelah konsumsi susu, asam klorida pada saat ini asam lambung dalam perut mengaktifkan prorenin dan mengubahnya menjadi bentuk aktifnya, renin. Ada enzim caseinogen hadir dalam susu, yang memiliki empat jenis molekul. Renin mengendapkan tiga dari mereka, yaitu alpha-s1 dan alpha-s2 kasein dan beta kasein, dengan adanya kalsium dalam susu. Molekul keempat dalam enzim caseinogen, disebut kappa kasein tidak dipicu oleh kalsium. Kappa kasein dikenal untuk mencegah pengendapan alpha dan beta kasein. Karena koagulasi diperlukan, enzim renin menonaktifkan kappa kasein. Dengan cara ini, susu digumpalkan dan dicerna dengan baik, sehingga bayi muda mendapatkan segala kelebihan. Suhu yang paling optimal yang diperlukan untuk reaksi susu dan renin adalah 37 derajat Celcius. Pada suhu yang lebih tinggi, molekul enzim renin memecah dan aksi renin pada susu berhenti. Jika suhu turun, memperlambat laju reaksi. Karena aksinya koagulasi susu, enzim renin umumnya diterapkan dalam industri makanan. Hal ini banyak digunakan untuk produksi keju. Renin diperlukan untuk produksi keju diperoleh terutama dari perut sapi serta dari sumber-sumber non-hewani lainnya. Tapi, untuk produksi keju industri, sejumlah besar renin diperlukan. Oleh karena itu, metode rekayasa genetika digunakan saat ini dalam rangka untuk mendapatkan jumlah yang lebih besar dari enzim renin.

Karena kemampuan enzim rennin yang baik dalam penggumpalan susu, enzim rennin menjadi pilihan utama yang diterapkan dalam industri makanan. Terutama banyak digunakan untuk produksi keju. Untuk industri pembuatan keju saat ini, Enzim Rennin dibutuhkan dalam jumlah besar. Oleh karena itu, metode rekayasa genetik digunakan saat ini untuk mendapatkan jumlah enzim yang lebih banyak tetapi dalam jangka waktu yang singkat.

b. Reaksi yang terjadi pada pembuatan keju

Meskipun ada banyak cara untuk membuat berbagai jenis keju, namun mekanisme umum membuat keju adalah sama. Rennin dalam pembuatan keju memiliki peran yang sangat penting, yaitu pada saat pengerasan susu. Untuk membuat rennin bekerja, diperlukan suhu susu pada rentang antara 20 hingga 40 derajat Celcius. Pada kondisi yang sesuai, rennin mulai bereaksi dengan kasein (salah satu jenis protein yang ada dalam susu) untuk pengerasan susu. Ketika rennin bertemu dengan kasein menurut teori lock and key, kasein bertemu dengan rennin. Selanjutnya rennin memecah kasein membentuk paracasein. Dengan penambahan kalsium pada paracasein terbentuklah kalsium paracaseinate. Kemudian paracaseinate kalsium berikatan dengan air dan lemak susu mengakibatkan mengerasnya susu. Selanjutnya, diketahui bahwa satu rennin dapat mengeraskan 10 hingga 15.000 bagian-bagian dari susu. Selain itu, ada dua jenis rennin yaitu satu diperoleh dari sayuran, dan satu lainnya yang diperoleh dari hewan.

 Alasan penggunaan enzim renin dalam industri daripada enzim-enzim lainnya

Meskipun pembuatan keju dapat menggunakan banyak jenis asam untuk memperkuat susu, sebagian industri pembuatan keju menggunakan rennin untuk mendapatkan keju dari susu. Alasan utamanya, rennin adalah bahan yang paling alami untuk membuat keju. Rennin diperoleh dari perut anak sapi yang baru lahir. Selain itu, yang membuat rennin disukai oleh industri pembuatan keju karena industri tidak harus mengeluarkan uang ekstra untuk membeli asam. Alasan selanjutnya dari penggunaan enzim rennin daripada menggunakan asam maupun enzim lain yaitu karena susu yang dipadatkan oleh enzim rennin membuat keju relatif lebih baik dibandingkan dengan susu dipadatkan oleh asam. Selanjutnya, menurut penelitian bahwa pembuatan keju oleh enzim rennin memiliki efek mencegah tekanan darah rendah manusia.