Bioteknologi DNA Plasmid pada bakteri

[DNA PLASMID]

Bioteknologi ialah pemanfaatan sistem hayati untuk menghasilkan produk barang dan jasa. Biologi molekuler menggunakan rekayasa genetik, manipulasi gen untuk tujuan praktis misalnya untuk penelitian dan juga manufaktur ratusan produk yang bermanfaat. Praktek-praktek yang didasarkan pada manipulasi DNA in vitro berbeda dari praktek-praktek bioteknologi DNA masa lalu karena karena bioteknologi tersebut memungkinkan dilakukannya modifikasi gen-gen spesifik dan memindahkannya di antara organisme yang sangat berbeda seperti bakteri, tumbuhan, dan hewan (Campbell, 2000).

Salah satu contoh bioteknologi DNA yaitu DNA plasmid. Plasmid merupakan molekul DNA pada sel bakteri, berbentuk bulat kecil yang berbeda dan merupakan tambahan dari molekul DNA utama pada kromosom bakteri. Plasmid dapat mereplikasi DNAnya sendiri terlepas dari DNA pada kromosom. Berbagai tipe plasmid telah ditemukan pada sel bakteri. Distribusi plasmid pada bakteri bersifat sporadis karena ada bakteri yang mengandung plasmid tetapi ada juga yang tidak (Anonim¹).

Pada sel E.coli terdapat plasmid F yang menyebabkan bakteri ini mempunyai sifat konjugatif tertentu. Plasmid F bias digunakan sebagai vektor untuk membawa DNA yang akan disisipkan pada genom sel target. Akan tetapi plasmid yang secara rutin digunakan sebagai vektor adalah yang mengandung gen ketahanan terhadap antibiotika (Anonim¹).

Fenotipe dari gen ketahanan terhadap antibiotika sangat baik digunakan untuk menseleksi sel-sel yang ditransformasi dengan plasmid tersebut dan juga menseleksi vektornya sendiri yang mengandung DNA rekombinasi. Plasmid juga merupakan alat yang efisien untuk mengamplifikasi klon DNA karena memiliki kopi yang sangat banyak per selnya (Anonim¹).

Gambar 1. DNA plasmid pada bakteri

Proses penggunaan plasmid bakteri untuk mengklon gen adalah sebagai berikut :

1. DNA plasmid diisolasi dari bakteri dan DNA berisi gen yang dinginkan dari jenis sel lain misalnya gen yang mengkode suatu hormon.

2. Sepotong DNA yang berisi gen tersebut diselipkan ke dalam salah satu plasmid, yang kemudian menghasilkan DNA rekombinan

3. Plasmid rekombinan dikembalikan ke sel bakteri

4. Sel bakteri ditumbuhkan dalam kultur, kemudian membentuk klon sel. DNA asing yang disambungkang ke dalam plasmid tidak merusak kemampuan plasmid untuk bereplikasi di dalam sel bakteri dan gen yang diinginkan direplikasi bersama dengan plasmid begitu sel inangnya menjadi banyak. Dapat dikatakan gen itu telah diklon.

5. Identifikasi klon bakteri yang membawa gen yang diinginkan tersebut.

6. Aplikasi terakhir dari pengklonan gen dalam bakteri (Campbell, 2000).

Gambar 2 Bioteknologi menggunakan plasmid bakteri untuk mengklon gen.

Penggunaan gen dan aplikasinya, mempertimbangkan suatu pendekatan yang menggunakan bakteri dan plasmid bakteri tersebut. Plasmid merupakan molekul DNA sirkular kecil yang bereplikasi dari sel bakteri. Pada gambar 2.1 memperlihatkan suatu plasmid gen asing dari sel eukariotik di selipkan di dalamnya dan selanjutnya dikembalikan ke sel bakteri. Bakteri mereplikasi DNA rekombinannya. Pada keadaan yang dikocok, klon bakteri akan membuat protein yang dikode oleh gen asing tersebut (Campbell, 2000).

Penggunaan yang potensial dari gen hasil klon terbagi dalam dua kategori umum. Pertama untuk menghasilkan produk protein baik untuk dipelajari maupun untuk tujuan praktis. Misalnya penggunaan bakteri untuk membawa gen hormon pertumbuhan manusia untuk mengatasi masalah pertumbuhan yang terhambat. Kedua untuk mempersiapkan banyak salinan dari gen itu sendiri. Kemungkinan peneliti dapat menentukan urutan nukleotida gen atau menggunakan gen itu untuk member suatu organism kemampuan metabolik baru(Campbell, 2000).

Dalam proses pengklonan gen dengan memanfaatkan DNA plasmid sebagai vektor klon tidak terlepas dari peranan enzim, dalam hal ini enzim restriksi dan ligase. Enzim restriksi yaitu enzim yang dapat memotong molekul DNA pada lokasi-lokasi spesifik yang jumlahnya terbatas. Di alam, enzim ini melindungi bakteri terhadap DNA yang menyelinap dari organisme lain, seperti virus atau sel bakteri lain. Enzim-enzim ini bekerja dengan memotong-motong DNA asing, suatu proses yang disebut restriksi (Campbell, 2000).

Sebagian besar Enzim restriksi sangat spesifik, mengenali urutan nukleotida pendek dalam molekul DNA dan memotong pada titik tertentu di dalam urutan ini. Sel bakteri melindungi DNA-nya sendiri dari restriksi dengan menambahkan gugus metal (-CH₃) pada adenine atau sitosin di dalam urutan yang dikenali oleh enzim restriksi tersebut (Campbell, 2000).

Gambar 3 Penggunaan enzim restriksi dan DNA ligase untuk membuat DNA rekombinan.

Dengan enzim restriksi dan DNA ligase maka plasmid rekombinan dapat dibuat. Plasmid aslinya disebut vektor pengklon didefinisikan sebagai molekul DNA yang dapat membawa DNA asing ke dalam sel dan bereplikasi di dalam sel tersebut. plasmid bakteri banyak digunakan sebagai vektor pengklon (Campbell, 2000).

Plasmid rekombinan dihasilkan melalui penyambungan fragmen restriksi dari DNA asing ke dalam plasmid yang diisolasi dari bakteri dapat dikembalikan secara relatif mudah ke bakterinya. Ketika bakteri bereproduksi, plasmid ini bereplikasi di dalamnya. Klon sel yang dihasilkan tampak sebagai koloni pada medium padat, berisi banyak salinan suatu klon dari DNA asing tersebut (Campbell, 2000).

Bakteri merupakan sel yang paling umum digunakan untuk pengklonan gen, terutama karena mudahnya DNA dapat diisolasi dari dan dimasukan kembali ke dalam sel tersebut.

Prosedur untuk pengklonan gen eukariotik di dalam plasmid bakteri yaitu,

1. Pengisolasian vektor dan sumber-sumber gen.

Proses ini diawali dengan mempersiapkan dua jenis DNA yaitu plasmid bakteri dan DNA yang mengandung gen yang diinginkan. DNA yang terakhir diambil dari misalnya sel jaringan manusia yang telah ditumbuhkan dalam kultur laboratorium. Plasmid dapat diambil dari E.coli dan membawa dua gen yang bermanfaat dalam memberikan resistensi terhadap antibiotik ampisilin dan hidrolisis gula laktosa. Plasmid ini memiliki urutan pengenalan tunggal untuk enzim restriksi yang digunakan yang terletak di dalam gen lacZ.

2. Penyelipan DNA ke dalam vektor.

Enzim memotong DNA plasmid pada tempat restriksi tunggalnya, mengganggu gen lacZ. Enzim ini juga memotong DNA manusia, menghasilkan ribuan fragmen, salah satu fragmen membawa gen yang diinginkan. Enzim menciptakan ujung lengket pada fragmen DNA manusia dan plasmid. Enzim DNA ligase menggabungkan molekul-molekul DNA melalui ikatan kovalen. Hasilnya ialah molekul DNA rekombinan.

3. Pemasukan vektor pengklon ke dalam sel.

Sel bakteri mengambil plasmid rekombinan melalui transformasi (penyerapan DNA telanjang dari larutan sekeliling : lihat video terlampir). Bakteri berupa lacZ^- tidak dapat menghidrolisis laktosa. Sebagian bakteri ini memperoleh DNA plasmid rekombinan yang diinginkan; banyak sel lain mengambil DNA lain, baik rekombinan maupun non-rekombinan.

4. Pengklonan sel-sel (dan gen asing).

Bakteri ditempatkan pada nutrient agar. Gen plasmid dimanfaatkan untuk memilih koloni sel yang membawa plasmid rekombinan.

5. Identifikasi klon sel yang membawa gen yang diinginkan.

Metode untuk mendeteksi DNA suatu gen secara langsung tergantung pada pembuatan pasangan-basa antara gen dan urutan komplementer pada molekul asam nukleat lain, disebut hibridisasi asam nukleat. Molekul komplementer, asam nukleat untai tunggal pendek yang dapat berupa RNA atau DNA, disebut probe asam nukleat. Denaturasi sel dilakukan untuk pemisahan kedua untai DNA.

Gen hasil klon dapat digunakan untuk mengidentifikasi gen yang serupa atau identik di dalam DNA sumber lain. Jika sel mengandung gen diinginkan mentranslasi gen tersebut menjadi protein, maka identifikasi gen yang diinginkan dapat dilakukan dengan cara menyaring semua klon berdasarkan keberadaan protein tersebut (Campbell, 2000).

Salah satu contoh penerapan DNA plasmid dalam kehidupan yaitu di bidang pertanian dengan memanfaatkan plasmid dari bakteri Agrobacterium tumefacies yang secara alami dapat menginfeksi tumbuhan dan menyebabkan tumor yang disebut empedu mahkota. Tumor ini dimasukkan oleh plasmid Ti (Tumor inducing/ Penginduksi tumor). Plasmid Ti ini mengintergrasikan segmen DNA-nya, yang dikenal sebagai DNA T, ke dalam DNA kromosom sel tumbuhan inangnya (Campbell 2000).

Gambar. 4 Empedu mahkota pada tumbuhan yang merupakan tumor akibat infeksi dari plasmid Ti dari Agrobacterium tumifaciens

Gen asing dapat diselipkan ke dalam plasmid Ti dengan menggunakan teknik DNA rekombinan. Plasmid rekombinannya dikembalikan ke Agrobacterium yang kemudian dapat digunakan untuk menginfeksi sel tumbuhan yang ditumbuhkan di dalam kultur atau dimasukkan langsung ke dalam sel tumbuhan, dimana plasmid tersebut akan menyelipkan dirinya sendiri ke dalam kromosom tumbuhan tersebut (Campbell 2000).

Dengan memanfaatkan sel-sel tersebut akan meregenerasi keseluruhan tanaman, hal ini memungkinkan untuk menghasilkan tumbuhan yang mengandung dan mengekspresikan gen asing dan yang mewariskannya pada turunannya (Campbell 2000).

Gambar 5 Ti plasmid pada Agrobacterium yang akan dipindahkan ke dalam sel tumbuhan.

Gambar 6 Penggunaan plasmid Ti sebagai vektor untuk rekayasa genetik pada tumbuhan

Kelemahan utama penggunaan plasmid Ti sebagai vektor ialah bahwa hanya tumbuhan dikotil saja yang rentan terhadap infeksi Agrobacterium. Tumbuhan monokotil yang juga penting bagi bidang pertanian tidak dapat diinfeksi oleh Agrobacterium. Untungnya para saintis dapat menggunakan teknik baru seperti elektroporasi dan tembakan DNA untuk memasukkan DNA ke dalam sel tumbuhan ini (Campbel, 2000).

Sumber :

Anonim¹. Plasmid. http://www.fp.unud.ac.id/biotek/bioteknologi-dan-rekayasa-genetik-tanaman/2-prinsip-dasar-bioteknologi/3-ekstrakromosomal-dna/

Campbell, Neil. A., Jane B. Reece, Lawrence G. Mitchell. 2000. Biologi. Edisi Kelima. Jilid 1. Erlangga, Jakarta.

Reminiscing My Child Life :)

This following passage were my answers to ten questions of English homework in learning past tense. After done with the homework, I laughed alone. My answer sounds so funny. It brings me back when I was kid. Then my imagination just turned around to the place when I spent my past life in my small village, with my relatives and friends. I think I miss that place! Let's reminiscing my child life :)

First called after birth : Enzhilina

Fix name : Mirtanina Sisyelin Bawekes

I was born on Sunday, July 10^th 1988 when my parents attended the youth camp event in my village. My father told me that there were so many people witnessed the birth.

I lived with my family in a small village called Sonsilo in West Likupang, North Minahasa, North Celebes. My village is located on the waterfront. That’s why, me and friends usually played on the beach.

I studied at an elementary school called SD negeri Sonsilo. I spent about ten minutes to go to elementary school on foot.

I went to school on foot. When I was in Junior High school I need an hour to go to school because the distance from my house to school about two kilometers. I feel very tired but my friends made me happy. I lived in school dormitory when I was in high school. I just spent about five minutes to go to school.

Yes, I was a good child when I was a student. I got first rank in elementary and junior high school. I did task and homework well. I did not dare to disobey the teachers and the school’s rules.

There was a special moment when I was ten. I have a good friend. She was my next-door neighbor. After school, we usually made fried bananas as snacks to our evening vent. She also taught me how to play guitar. We did it in my flowers’ garden.

My parents usually take me at church. We were rarely went to some place for having fun. My parents are too busy with their job and their affairs with the church community. I usually followed them went to church at Sunday Service, Happy Wednesday event, Choir practice, and another worship activities . I went to church three to five times a week.

I did help my parents just a bit of their work. They rarely asked me to help them. They were helped by assistances to do their job.

I was a sad kid at home. I had a very discipline father. My daily activities were learning, went to church, sleeping twice a day, eating, and fifteen minutes for watching TV. I rarely go out with friends. But sometimes my kindly friends came to my house to take me out. They asked for my parents’ permissions first.

When my parents got angry with me, I came to my bedroom and cried alone. I did not dare to came out to talk with them even to apologized to them if I got wrong.

BELOVED

Who I live for...

First person is a beautiful woman with smoothy hair and lovable eyes. I called her mama. 8 years ago, she cooked some special food and washed my clothes everyday. I was so beautiful when she take care of me. She never be late when I need her. She's a supermom. When she needs my help, I do that with unhappy feeling.... That's my biggest regret.

Now, I am 23 years old. She still worrying about me. Everyday she calls me just to ensure that I am alright. She treats me like I was 6. I feels weird but I love it!

My second person is a handsome man with his sexy voice and style. He is my Dad. I called him papa. In contrast with my mom, I had no romantic story with my Dad. He can't express his feeling directly. When I was 6 'till 14, he treats me so bad. He just like Hitler for me. I have no freedom even a right as a child. I hate him first.

When I was in high school, he's the person who always accompanied me when I follow some tests until I was in 2nd grade. That was the first time when I feel I miss him. I just remember about everything that he ever given to me. I awake, he do the best for by his own way. He do loves me by teach dicipline, self-confidence, trying hard, more tears even hurt and rejected. All he did were so precious when I go through a period of high school. Until now, he's the man who inspire me for every things in my life. He always said no when I asked something, 8 years ago.

Now, He always OK for everything I ask. I must be thankful to him for the process of growing up of me. He gives the biggest rule for that :) Thank You Dad. I Love you and I know you deeply loves me too!

My third and forth person is my two cute brothers. They are my smiles. Seldom I got mad when they spoiled me. But most of time are always reminds me when I laugh and had fights with them. I miss these moments. I can't hate them for long time. They are making me jealous because both of them are living in our home but I'm not. Without them I can't define what family is...

My fifth person is a fatty and ticklish woman. She's my grandma. I call her, Oma. I'll never forget when I was a child, she and my grandpa were the two kindly person who always be there for me. They were always gives me what I want. Oma always hold me at night and watch over me untill I had a tightly sleep. I remember that I really liked tomatoes in Oma's garden. My grandpa was pass away. But his spirit keep alive on my heart.

Oma is sick now. I can't help her more. But I always pray to God to take care of her. I hope he can enjoy her old age. I always missing the moment when she hold me and sleep together with me. I always remember all her sad stories about her past. I love Oma. You're my best friend. Many things I shared with her when I feel hard to share with my parents. Oma is so humble and compassionate. I love the way she loves people.

The last one is my B. He's not my relatives but he's my man. I am so thankful have someone like him. He gives all the love I need. He make me feel the way I want. He try to gives me all the things I like. He is someone I awaits for. He's the one I ask to God. He's not my everything, but he's the first one I find when I in trouble. He's the first I want to tell when I am happy and get surprises. I just hope he's my B like I know him. Don't ever change!

MY HONOR, LOVE, HUGS, KISSES, LIFE FOR THEM WHO I LIVE FOR!!!

Sang Pencipta

Alamku begitu indah tak tertandingkan... manusia manakah yang mampu menciptakan batang padi menghijau berjejeran rapi, berkilau diterpa sinar mentari, tetesan air melewati tubuhnya... Hiruk pikuk petani berdatangan hendak memanen padi hasil keringat mereka. Tetapi apalah artinya tubuh lelah terbakar jika tak ada buah padi yang dihasilkan.

Siapa yang merajut daun dan kemasan buah padi yang begitu rapi dan detail. Siapa pula yang menyematkan buahnya beruntai menunduk seperti untaian kalung yang indah. Tak ada satupun manusia di muka bumi ini yang bisa melakukannya. Kalau tidak, kenapa kita mesti berjerih lelah menyokong pertumbuhan sang padi? Semua sudah tahu jawabannya. Ada kekuasaan lain yang jauh lebih besar, melebihi kekuatan manusia. Sang pemberi warna hijau,sang penerbit matahari, penetes air sumber kehidupan.

Dia sediakan alam, rumah indah untuk kehidupan kita dan anak-anak kita. Dia ijinkan kita tinggal di rumahnya, bukan untuk saling berebut, bukan untuk saling memperdebatkan keberadaannya sampai harus memusnahkan kehidupan yang telah diciptakan-Nya. Siapapun Dia, sudah sepantasnya kita menengadah mengucap syukur. Dia yang telah merajut kita menjadi sesosok makhluk yang punya tangan yang kuat, hati yang lembut, dan akal yang berbudi, untuk kelangsungan hidup kita.

Kita bukan pemberi kehidupan, tetapi yang menjalankan kehidupan. Pantaskah kita mengambil kehidupan orang lain yang bukan milik kita? Jika alam saja tunduk pada hukum alam yang sudah ditetapkan-Nya, lantas bukankah kita juga alam yang harus berbuat serupa?

Apalah arti agama jika dengan agama kita malah merusak bahkan memusnahkan kehidupan. Apalah arti agama jika orang yang beragama lebih keras dan tawar hati, dibanding orang yang tidak memakai identitas agama. Apalah arti agama jika di tempat ibadah kita malah senang mengkritik, dan mencari kelemahan agama lain seolah-olah agama kita paling sempurna.

Manusia (dewasa) tahu apa yang harus mereka makan, dan apa yang tidak boleh. Begitu juga dengan kepercayaannya. Alam pengalaman dan perjalanan pribadi mereka, akan membawa mereka kepada suatu keyakinan dan ketekunan yang melahirkan kepercayaan. Jika anda tak mampu meyakinkan diri sendiri tentang apa yang anda anut, kenapa anda mesti sibuk meyakinkan orang lain. Yakinkanlah orang lain jika anda sudah yakin dengan apa yang anda yakini. Bagaimana bisa anda berkata makanan yang anda masak itu enak, sedangkan anda belum mencicipinya?

Tulisan ini terinspirasi oleh seseorang yang bernama Sendy, seorang mualaf yang dipojokan oleh teman-teman kuliah dan dosennya di salah satu perguruan tinggi KRISTEN karena mengambil keputusan pindah agama. Sendy mulai dipersulit ketika dia hendak mengurus administrasi kuliah. Saya berbincang selama satu jam dengan dia di bus dalam perjalanan Salatiga-Solo. Dia berasal dari keluarga Bali yang dari sononya memang menganut agama Kristen. Keputusan Sendy untuk pindah agama berawal dari keraguannya tentang Kristen, dan sikap skeptisnya tersebut tidak disambut positif oleh pihak gereja. Gereja tempat Sendy melayani mulai mengintimidasi Sendy semenjak menyaksikan tingkah dan pertanyaan-pertanyaan Sendy yang menurut mereka tidak masuk akal. Merekah malah menyuruh gadis tersebut untuk BERTOBAT. Walahualam. Seseorang yang bertanya tentang kebenaran kristen dicap sebagai pendosa kelas kakap yang harus bertobat!

Saya mulai menggumuli cerita Sendy, dan saya merasa memperoleh jawabannya pada hari kebaktian Minggu tgl 05 Februari di gereja tempat saya melayani. Bacaan Alkitab dipilih dari Kitab Lukas Pasal 7 yang menceritakan tentang kisah Perwira dari Kapernaum yang memohon Yesus untuk menyembuhkan HAMBANYA (Budak) YANG SANGAT DIHARGAINYA. Dalam bacaan tersebut mengatakan bahwa perwira tersebut tidak dekat dengan Yesus. Dia hanya sering mendengar cerita tentang Yesus. Bahkan dia sendiri tidak berani menemui Yesus karena sebagai seorang perwira yang hidup di kalangan militer, mereka memiliki hirarki yang sangat dihormati yang sudah menjadi gaya hidup.

Seorang perwira tersebut meminta bantuan tua-tua yahudi untuk meminta Yesus menyembuhkan hambanya. Para tua-tua ini berkata kepada Yesus bahwa perwira tersebut layak ditolong karena kebaikan perwira tsb yang telah membantu banyak terhadap PEMBANGUNAN RUMAH IBADAH. Wow! Karena sumbangsihnya yang banyak dalam pembagunan rumah Ibadah sang perwira layak ditolong (menurut tua-tua yahudi).

Ketika Yesus hendak datang ke rumah perwira untuk melihat hambanya, maka sahabat-sahabat perwira datang menemui Yesus, dan menyampaikan pesan dari sang perwira. Perwira tersebut sangat tidak enak hati, dan merasa tidak layak jika Yesus datang ke rumahnya. Bagi perwira, Yesus lebih dari atasannya. Dalam kemiliteran, seorang tentara tidak dengan sembarangan dapat menemui atasannya tanpa diperintah terlebih dahulu. Sang perwira sangat hormat dan sadar diri akan posisinya yang tidak seberapa dibanding Yesus.

Dan lihat, YESUS SANGAT TERPUKAU dengan KERENDAH HATIAN sang perwira. Yesus memuji sikap perwira tersebut di depan banyak orang. Menurut khotbah pendeta waktu itu, Perwira tersebut bukanlah imam-imam ahli taurat, dia pun tidak dekat dengan Yesus tetapi dia menerapkan nilai-nilai kristiani yang dijempol oleh sang Raja.

Cerita ini sebenarnya sangat gamblang menceritakan tentang kehidupan orang kristen masa kini. Banyak orang kristen, tahu dan ahli mengenai teori kristiani, tetapi malah tidak mau menerapkan nilai-nilai kristiani dalam hidupnya. Tetapi ada orang yang tidak tau apa itu kristen, mungkin tidak pernah ke gereja, tidak tau apa itu gereja, tetapi dalam hidupnya dia sama dengan sang perwira tadi, dia malah lebih kristen daripada orang yang mengaku kristen.

Hey kawan, KRISTEN itu bukan identitas, tetapi nilai hidup kristiani yang melekat dalam pribadi kita. Lantas apa itu nilai-nilai kristiani? salah satunya belajar dari sang perwira tadi : RENDAH HATI. tahu hirarki/tatanan hidup. Kita ini objek yang diciptakan, pelakon kehidupan, siapa kita lantas bisa menghakimi orang lain atas pilihan hidup mereka? Sang pencipta saja memberi kehendak bebas pada SETIAP PRIBADI bukan pada SEKELOMPOK ORANG. Jadi pilihan itu ya bergantung pada akal yang berbudi setiap pribadi! bukan pada pendeta, ulama, atau siapa saja yang merasa berhak menentukan pilihan atas hidup kita. BERTOBATLAH!

TODAY'S QUOTE

The woman who follows the crowd,

will usually go no further than the crowd.

The woman who walks alone

is likely to find herself

in places no one has ever been before

=Albert Einstein=

Resume : Kimia Keunsuran

· Hirarki Keteraturan Biologis.

Dunia kehidupan disusun sangat teratur dalam hirarki yang terdiri dari tingkatan-tingkatan struktural, setiap tingkat merupakan merupakan pengembangan dari tingkatan dibawahnya. Hirarki organisasi biologi diawali dari tingkat paling rendah yaitu atom-atom yang disusun menjadi molekul-molekul biologis yang kompleks. Molekul-molekul kehidupan tersebut tersusun menjadi organel yang akan menjadi komponen-komponen sel. Sel-sel yang sama dikelompokkan menjadi jaringan. Jaringan-jaringan membentuk organ, dan organ-organ bergabung membentuk sistem organ. Sistem organ membentuk organisme. Sekelompok organisme dari spesies yang sama, yang hidup di daerah tertentu disebut populasi. Populasi-populasi dari berbagai spesies yang berbeda yang hidup di daerah yang sama membentuk suatu komunitas biologis; dan interaksi-interaksi komunitas juga menyertakan unsur-unsur tidak hidup dari lingkungan, seperti tanah dan air, membentuk suatu ekosistem.

Contoh : Ekosistem danau Toba dapat digunakan sebagai model untuk menjelaskan hirarki keteraturan biologis.

· Unsur dan Senyawa Kimiawi

Materi yaitu segala sesuatu yang menempati ruang dan massa. Unsur merupakan bahan yang tidak dapat dipecah lagi menjadi bahan lain dengan reaksi kimiawi. Para kimiawan mengenal 92 unsur yang terdapat di alam. Senyawa merupakan zat yang terdiri atas dua unsur atau lebih yang dikombinasikan dengan rasio yang tetap.

Misalnya garam dapur ialah natrium klorida (NaCl), suatu senyawa yang tersusun dari unsur natrium (Na) dan klorin (Cl) dengan rasio 1:1. Natrium murni adalah logam dan klorin murni adalah gas beracun. Setelah dikombinasi secara kimiawi, natrium dan klorin akan membentuk suatu senyawa yang dapat dimakan. Materi yang sudah bergabung akan memiliki sifat-sifat baru. Suatu senyawa memiliki karakteristik yang jauh berbeda dari karakteristik unsur-unsur yang membentuknya.

· Atom dan Molekul

Partikel Subatom

Setiap unsur terdiri dari satu jenis atom tertentu yang berbeda dari atom unsur lainnya. Atom ialah bagian terkecil materi yang masih tetap mempertahankan sifat suatu unsur. Atom tersusun partikel subatom yaitu neutron, proton, dan elektron. Neutron dan proton menjadi satu membentuk inti yang padat, atau nukleus atom, di tengah-tengah atom. Elektron dan proton bermuatan listrik, setiap elektron memiliki satu satuan muatan negatif, dan setiap proton memiliki satu satuan muatan positif. Neutron secara listrik bersifat netral.

Nomor atom, Nomor massa, dan Isotop

Jumlah proton disebut nomor atom. Semua atom dalam suatu unsur tertentu memiliki jumlah proton yang sama di dalam nukleusnya. Suatu atom bermuatan netral yang berarti jumlaj protonnya sama dengan jumlah elektronnya. Nomor massa yaitu jumlah proton ditambah neutron dalam nukleus suatu atom. Nomor massa merupakan penghampiran dari massa keseluruhan suatu atom, atau biasa disebut berat atom. Semua atom dari suatu unsur yang memiliki jumlah proton yang sama tetapi memiliki jumlah neutron yang berbeda, disebut isotop dari unsur tersebut.

Isotop radioaktif

Isotop radioaktif merupakan isotop yang nukleusnya meluruh secara spontan, melepaskan partikel dan energi. Isotop radioaktif sangat bermanfaat dalam bidang biologi misalnya para peneliti menggunakan hasil pengukuran keradioaktifan fosil untuk menentukan umur peninggalan kehidupan di masa lalu.

Energi Potensial Elektron

Elektron-elektron suatu atom memiliki jumlah energi yang beragam. Energi didefinisikan sebagai kemampuannya untuk melakukan kerja. Energi potensial merupakan energi yang disimpan oleh materi karena kedudukan atau tempatnya. Elektron-elektron suatu atom juga memiliki energ potensial, karena kedudukannya dalam hubungan dengan nukleusnya. Semakin jauh elektron dari nukleusnya, akan semakin besar energi potensialnya.

Keadaan energi potensial yang berbeda-beda untuk elektron di dalam suatu atom disebut tingkat energi atau kulit elektron. Kulit pertama adalah yang terdekat dengan nukleus, dan elektron dalam kulit ini memiliki energy yang paling rendah. Demikian seterusnya untuk kulit, kedua, ketiga, dan selanjutnya. Untuk berpindah ke kulit yang lebih jauh dari nukleus, elektron tersebut harus menyerap energi. Pada fotosintesis langkah pertama yang dilakukan adalah energi cahaya dapat mengeksitasi elektron ke tingkat yang lebih tinggi.

Orbital

90% waktu elektron dihabiskan untuk menempati orbital/lintasannya yang merupakan ruang tiga dimensi. Orbital yang sama hanya bisa ditempat oleh dua elektron. Kulit pertama (1s) hanya memiliki orbital tunggal. Kulit kedua memiliki empat orbital yang diisi oleh delapan elektron. Elektron pada kulit 2s memiliki energi yang hampir sama besar.

Perilaku Kimiawi Suatu Atom ditentukan oleh Konfiguasi Elektronnya.

Perilaku kimiawi suatu atom ditentukan oleh konfigurasi elektronnya. Hal yang paling penting ialah sifat-sifat kimiawi suatu atom sebagian besar bergantung pada elektron pada kulit terluarnya (elektron valensi pada kulit valensi). Suatu atom dengan kulit valensi yang terisi penuh bersifat tidak reaktif. Kereaktifan atom berasal dari keberadaan elektron-elektron tak berpasangan di dalam kulit valensi tersebut. Atom-atom dengan jumlah elektron yang sama pada kulit valensinya memperlihatkan perilaku kimiawi yang serupa. Misalnya, fluorin (F) dan (Cl) kedua-duanya memiliki tujuh elektron valensi, dan kedua-duanya berkombinasi dengan unsur natrium membentuk senyawa.

Molekul

Atom-atom dengan valensi yang belum penuh berinteraksi dengan atom-atom lain tertentu dengan cara yang sedemikian rupa sehingga setiap pasangan melengkapi kulit valensinya. Interaksi ini biasanya menyebabkan atom-atom tetap berdekatan satu sama lain, ditahan oleh gaya tarik-menarik yang disebut ikatan kimiawi, jenis terkuat ikatan kimiawi ialah ikatan kovalen dan ikatan ionik.

Ikatan Kovalen

Ikatan kovalen ialah pemakaian bersama sepasang elektron valensi oleh dua atom. Contoh jika dua atom hidrogen saling mendekati. Ikatan hidrogen memili satu elektron valensi pada kulit pertama, tetapi kapasitas kulit itu adalah dua elektron. Setiap atom hidrogen sekarang memiliki dua elektron yang terikat dengannya, di mana jumlah tersebut akan membuat kulit valensinya terisi penuh. Dua atom atau lebih yang terikat menjadi satu oleh ikatan kovalen akan menghasilkan satu molekul. Dua atom oksigen membentuk satu molekul dengan berbagi bersama dua pasang elektron valensi atom-atom tersebut diikat oleh ikatan kovalen ganda.

Molekul H₂ dan O₂ merupakan unsur murni, bukan senyawa. Contoh sebuah molekul yang merupakan senyawa ialah H₂O. Molekul lain yang merupakan senyawa ialah metana, komponen utama gas alam, dengan rumus molekul CH₄.

Ikatan Kovalen Nonpolar dan Polar

Kemampuan satu atom untuk menarik elektron –elektron dari suatu ikatan kovalen disebut elektronegativitas dari atom tersebut. Semakin elektronegatif sebuah atom, semakin kuat atom itu menarik elektron-elektron yang digunakan bersama ke arahnya sendiri. Pada ikatan kovalen antara dua atom dari unsur yang sama, hasil tarik menarik untuk memperoleh elektron bersama ini menghasilkan keadaan saling menjauh; kedua atom tersebut sama-sama elektronegatif. Ikatan demikian ialah ikatan kovalen nonpolar; elektron-elektron dipakai bersama dengan setara. Contoh ikatan kovalen H₂.

Jika satu atom lebih elektronegatif dari atom lainnya, elektron dari ikatannya tidak akan digunakan bersama dengan setara. Ikatan tersebut disebut ikatan kovalen polar. Contohnya, dalam molekul air, ikatan antara oksigen dan hidrogen ialah ikatan polar. Oksigen ialah salah satu unsur yang paling elektronegatif di antara ke-92 unsur, dengan kemampuan menarik elektron bersama yang jauh lebih kuat daripada hidrogen.

Ikatan Ionik

Dalam kasus-kasus tertentu, dua atom memiliki kemampuan menarik elektron valensi yang sedemikian berbeda sehingga atom yang lebih elektronegatif akan merebut satu elektron dari pasangannya. Contohnya pada atom Natrium (₁₁Na) yang apabila bertemu dengan atom klorin (₁₇Cl). Sebuah atom natrium memiliki 11 elektron, dengan elektron valensi tunggalnya terletak pada kulit elektron ketiga. Atom klorin memiliki 17 elektron, dengan 7 elektron pada kulit valensinya. Kedua atom ini bertemu, elektron valensi natrium yang sendirian dipindahkan ke atom klorin, dan kedua atom itu pada akhirnya akan memiliki kulit valensi yang terisi penuh.

Perpindahan elektron antara kedua atom tersebut memindahkan satu satuan muatan negatif dari natrium ke klorin. Natrium, kini dengan 11 proton tetapi hanya 10 elektron, memiliki selisih muatan listrik +1. Sebuah atom (atau molekul) yang bermuatan disebut ion. Apabila muatannya positif, ion tersebut secara khusus disebut kation. Sebaliknya, atom klorin, telah memperoleh satu elektron tambahan, sekarang memiliki 17 proton dan 18 elektron, sehingga memiliki selisih muatan listrik -1. Atom klorin tersebut telah menjadi ion klorida–anion, atau ion bermuatan negatif. Karena muatan keduanya yang berlawanan, kation dan anion saling menarik dalam suatu ikatan ionik. Setiap dua ion yang muatannya berlawanan dapat membentuk suatu ikatan ionik.

Ikatan Kimiawi yang lemah berperan penting dalam kimia kehidupan

Ikatan kovalen sangat penting bagi kehidupan karena ikatan ini menghubungkan atom-atom untuk membentuk molekul suatu sel. Tetapi ikatan antara molekul-molekul juga sangat diperlukan dalam sel, karena sifat-sifat kehidupan muncul dari interaksi molekuler. Pada waktu dua molekul dalam sel melakukan kontak, keduanya dapat melekat sementara dengan jenis ikatan kimiawi yang jauh lebih lemah daripada ikatan kovalen. Keunggulan ikatan yang lemah ialah bahwa kontak antara molekul-molekul tersebut dapat berlangsung singkat; molekul berkumpul, saling member respons dengan cara tertentu, dan kemudian berpisah. Peran ikatan lemah contohnya pada proses pemberian sinyal kimiawi di dalam otak. Ikatan ini hanya bertahan secukupnya untuk memicu respons sesaat sel penerima.

Ikatan Hidrogen

Beberapa jenis ikatan kimiawi lemah sangat diperlukan dalam organisme hidup. Salah satunya ialah ikatan ionik, yang relative lemah di tengah keberadaan air. Satu jenis ikatan lemah lainnya, juga sangat penting bagi kehidupan dikenal sebagai ikatan hidrogen. Ikatan hidrogen terjadi apabila atom hidrogen yang secara kovalen terikat pada satu atom elektronegatif juga tertarik ke arah atom elektronegatif lainnya. Dalam sel hidup, pasangan-pasangan elektronegatif yang terlibat ini biasanya atom oksigen dan nitrogen.

Interaksi van der Waals

Molekul dengan ikatan kovalen nonpolar mungkin memiliki daerah bermuatan positif dan negatif. Elektron terus bergerak, tidak selalu terdistribusi sama, sewaktu-waktu dapat berkumpul. Hasilnya, yang bermuatan positif dan negatif yang dapat membuat semua atom dan molekul menempel satu sama lain. Interaksi van der Waals ini lemah dan hanya terjadi ketika atom dan molekul sangat berdekatan.

Fungsi Biologis Suatu Molekul terkait dengan bentuknya

Sebuah molekul memiliki ukuran dan bentuk yang khas yang sangat penting fungsinya bagi sel hidup. Bentuk-bentuk atom ditentukan oleh kedudukan orbital-orbital atomnya. Apabila suatu atom membentuk ikatan kovalen, orbital dalam kulit valensinya mengalami penyusunan ulang. Ada bentuk molekul akibat orbital hibrid yang membentuk piramida atau yang disebut tetrahedron.

Bentuk molekul sangat penting dalam biologi karena bentuk tersebut menentukan bagaimana sebagian besar molekul kehidupan mengenali dan merespons satu sama lain. Misalnya, dalam pensinyalan otak-otak yang disebutkan sebelumnya, molekul sinyal yang dilepas oleh sel pentransmisi memiliki bentuk unik yang ternyata cocok dengan bentuk molekul reseptor pada permukaan sel penerima, mirip dengan kunci yang cocok dengan lubang kuncinya.

Sebagian besar reaksi kimiawi berlangsung sampai selesai; dengan kata lain, semua reaktannya berubah menjadi produk. Tetapi sebagian besar reaksi bersifat reversibel, Salah satu faktor yang mempengaruhi laju reaksi ialah konsentrasi reaktan. Semakin tinggi konsentrasi molekul reaktan, semakin sering molekul-molekul tersebut bertumbukan satu sama lain dan memiliki kesempatan untuk bereaksi membentuk produk. Kesetimbangan kimiawi tercapai apabila laju reaksi maju dan laju reaksi balik sama besarnya.

All content belongs to : Campbell, Reece-Mitchell. Biologi. Edisi ke-5 Jilid 1