Biologi Molekul – Pengertian, Teknik, Ilmu, Rumus, Geometri

Biologi Molekuler – Definisi, Teknik, Sains, Sejarah, Ukuran, Rumus, Geometri: Molekul didefinisikan sebagai sekelompok atom (setidaknya dua) yang sangat kuat (secara kovalen) dihubungkan bersama dalam susunan tertentu dan bermuatan netral dan cukup stabil.

Definisi molekul

Molekul didefinisikan sebagai sekelompok atom (setidaknya dua) yang sangat kuat (secara kovalen) dihubungkan bersama dalam susunan tertentu dan bermuatan netral dan cukup stabil. Menurut definisi ini, molekul berbeda dari ion poliatomik. Dalam kimia organik dan biokimia, molekul organik dan biomolekul bermuatan juga dianggap sebagai molekul.

Baca juga artikel terkait: Pengertian jaringan epitel

Dalam teori kinetik gas, istilah molekul sering digunakan untuk merujuk pada gas, terlepas dari komposisi partikelnya. Menurut definisi ini, atom gas mulia dianggap sebagai molekul meskipun gas terdiri dari atom tunggal yang tidak terikat.

Molekul dapat terdiri dari atom-atom dari unsur yang sama (misalnya oksigen O2), atau tersusun dari unsur-unsur yang berbeda (misalnya air H2O). Atom dan kompleks yang dihubungkan oleh ikatan non-kovalen (misalnya terikat oleh ikatan hidrogen dan ikatan ionik) umumnya tidak dianggap sebagai molekul tunggal.

Rekayasa biologi molekuler

Salah satu teknik dasar biologi molekuler adalah klon ekspresi, digunakan misalnya untuk mempelajari fungsi protein. Dalam teknik ini, potongan DNA pengkode protein yang diinginkan ditransplantasikan ke dalam plasmid (DNA sirkular yang biasanya ditemukan pada bakteri; dalam teknik ini, plasmid disebut sebagai vektor ekspresi).

Plasmid yang sudah mengandung fragmen DNA yang diinginkan selanjutnya dapat dimasukkan ke dalam sel bakteri atau sel hewan. Penyisipan DNA ke dalam sel bakteri disebut transformasi, dan dapat dilakukan dengan berbagai metode, termasuk elektroporasi, mikroinjeksi, dan cara kimia. Penyisipan DNA ke dalam sel eukariotik, seperti sel hewan, disebut sebagai transfeksi, dan teknik transfeksi yang dapat dilakukan meliputi transfeksi kalsium fosfat, transfeksi liposom, dan dengan reagen komersial. DNA juga dapat dimasukkan ke dalam sel menggunakan virus (disebut transduksi virus).

Baca juga artikel terkait: jaringan kolenkim dan sklerenkim

• reaksi berantai polimerase (PCR)

Reaksi berantai polimerase (“reaksi [be]reaksi berantai polimerase”, PCR) adalah teknik yang sangat berguna untuk membuat salinan DNA. PCR memungkinkan sejumlah kecil urutan DNA tertentu untuk disalin (jutaan kali) untuk diperkuat (sehingga dapat dianalisis), atau dapat dimodifikasi dengan cara tertentu, misalnya PCR dapat digunakan untuk menambah situs enzim restriksi, atau untuk memutasi (mengubah) basa tertentu pada DNA, PCR juga dapat digunakan untuk mendeteksi keberadaan sekuens DNA tertentu dalam suatu sampel.

PCR memanfaatkan enzim DNA polimerase yang secara alami berperan dalam penggandaan DNA dalam proses replikasi. Namun, berbeda dengan organisme hidup, proses PCR hanya dapat menyalin fragmen pendek DNA, biasanya hingga 10 kb (kb=pasangan basa kilo= 1.000 pasangan basa). Fragmen tersebut dapat berupa gen tunggal, atau hanya sebagian dari gen.

Proses PCR untuk mengamplifikasi DNA melibatkan serangkaian siklus suhu berulang dan setiap siklus terdiri dari tiga langkah. Langkah pertama adalah denaturasi cetakan DNA (Templat DNA) pada suhu 94-96 °C, yaitu pemisahan untai ganda DNA menjadi dua untai tunggal. Kemudian pada tahap kedua, suhu diturunkan menjadi 45-60 °C yang tetap (anil) atau hibridisasi antara primer oligonukleotida dan cetakan DNA beruntai tunggal.

Primer adalah oligonukleotida beruntai tunggal yang sekuensnya dirancang untuk melengkapi ujung fragmen DNA yang akan disalin; utama Tentukan awal dan akhir area yang akan disalin. Tahap terakhir adalah tahap elongasi atau ekstensi.perpanjangan), yaitu perpanjangan primer menjadi untai DNA baru oleh enzim DNA polimerase.

Suhu pada tahap ini tergantung pada jenis DNA polimerase yang digunakan. Pada akhirnya, satu siklus PCR akan menggandakan jumlah molekul DNA cetakan atau DNA target, karena setiap untai baru yang disintesis akan berfungsi sebagai cetakan untuk siklus berikutnya.

Baca juga artikel terkait: Jaringan Tumbuhan: Pengertian, Ciri-Ciri, Jenis dan Fungsi Lengkap

Elektroforesis gel adalah salah satu teknik utama dalam biologi molekuler. Prinsip dasar dari teknik ini adalah DNA, RNA atau protein dapat dipisahkan oleh medan listrik. Dalam hal ini, molekul dipisahkan menurut laju pergerakannya oleh gaya gerak listrik dalam matriks gel.

Tingkat transfer ini tergantung pada ukuran molekul yang terlibat. Elektroforesis gel biasanya dilakukan untuk tujuan analitik, tetapi juga dapat digunakan sebagai teknik persiapan untuk memurnikan molekul sebelum digunakan dalam metode lain seperti spektrometri massa, PCR, kloning, pengurutan DNA, atau immunoblotting yang merupakan metode karakterisasi lebih lanjut.

Gel yang digunakan biasanya berupa cross-linked polymer (terkait silang) yang porositasnya dapat diatur sesuai kebutuhan. Untuk memisahkan protein kecil atau asam nukleat (DNA, RNA atau oligonukleotida), gel yang digunakan biasanya gel poliakrilamida, disiapkan dengan konsentrasi akrilamida yang berbeda dan zat yang memungkinkan ikatan silang (pengikat silang), menghasilkan jaringan poliakrilamida dengan ukuran rongga yang berbeda. Untuk memisahkan asam nukleat yang lebih besar (lebih dari beberapa ratus basa), gel yang digunakan adalah agarosa (dari ekstrak rumput laut) yang telah dimurnikan.

Baca juga artikel terkait:√ Jaringan ikat: pengertian, bahan lengkap, fungsi, komponen dan jenisnya

Dalam proses elektroforesis, sampel molekul ditempatkan di sumur (Sehat) pada gel yang ditempatkan dalam larutan penyangga, dan listrik dialirkan ke dalamnya. Molekul sampel akan bergerak menuju salah satu kutub listrik sesuai dengan muatannya di dalam matriks gel. Dalam kasus asam nukleat, arah gerakannya menuju elektroda positif, karena muatan negatif alami pada tulang punggung gula-fosfat yang dimilikinya.

. Untuk menjaga kecepatan transfer asam nukleat berdasarkan ukuran (yaitu panjang), zat seperti natrium hidroksida atau formamida digunakan untuk menjaga asam nukleat dalam garis lurus. Sementara itu, protein didenaturasi dengan detergen (misalnya sodium dodecyl sulfate, SDS) agar menjadi lurus dan bermuatan negatif.

Setelah proses elektroforesis selesai, dilakukan proses pewarnaan (warna) sehingga molekul sampel yang terpisah dapat terlihat. Pewarna ethidium bromida, perak, atau “Coomassie blue” (Biru Coomasie) dapat digunakan untuk tujuan ini. Jika molekul sampel berpendar dalam sinar ultraviolet (misalnya setelah “diwarnai” dengan etidium bromida), gel difoto di bawah sinar ultraviolet. Jika molekul sampel mengandung atom radioaktif, autoradiogram gel dibuat.

Ilmu Molekuler

Molekul disebut kimia molekuler atau fisika molekuler, tergantung pada fokus penelitiannya. Kimia molekuler berurusan dengan hukum yang mengatur interaksi antar molekul, sedangkan fisika molekuler berurusan dengan hukum yang mengatur struktur dan sifat molekul. Dalam praktiknya, perbedaannya adalah bahwa ilmu-ilmu itu tidak jelas dan tumpang tindih.

Dalam ilmu molekuler, molekul adalah sistem stabil yang terdiri dari dua molekul atau lebih. Ion poliatomik terkadang juga dapat dianggap sebagai molekul bermuatan. Istilah molekul tidak stabil digunakan untuk merujuk pada spesies kimia yang sangat reaktif.

Baca juga artikel terkait: Jaringan Hewan: Jenis, Fungsi, Letak, Gambar dan Contohnya

Setelah dimasukkan ke dalam sel, protein yang dikodekan oleh fragmen DNA dapat diekspresikan oleh sel yang bersangkutan. Berbagai jenis metode dapat digunakan untuk membantu ekspresi sehingga diperoleh protein yang dimaksud dalam jumlah yang banyak, mis. promotor yang dapat diinduksi Dan faktor pensinyalan sel tertentu. Protein dalam jumlah besar ini kemudian dapat diekstraksi dari sel bakteri atau eukariotik.

Sejarah molekul

Meskipun keberadaan molekul telah diterima oleh banyak ahli kimia sejak awal abad ke-19, terdapat ketidaksepakatan di antara fisikawan seperti Mach, Boltzmann, Maxwell dan Gibbs, yang memandang molekul sebagai konsep matematis. Karya Perrin tentang gerak Brown (1911) dianggap sebagai bukti terakhir untuk meyakinkan para ilmuwan tentang molekul tersebut.

Demikian pula, definisi molekul telah berubah dengan perkembangan pengetahuan tentang struktur molekul. Molekul adalah partikel terkecil dari bahan kimia yang masih mempertahankan komposisi dan sifat kimianya. Definisi ini sering diterapkan karena banyak sumber daya material seperti batuan, garam, dan logam terdiri dari jaringan atom dan ion yang terikat secara kimia dan tidak tersusun dari molekul diskrit.

Sebagian besar molekul terlalu kecil untuk dilihat dengan mata telanjang. Pengecualian terkandung dalam DNA yang dapat mencapai ukuran makroskopis. Molekul terkecil adalah hidrogen diatomik (H2), dengan panjang keseluruhan sekitar dua kali panjang molekul pengikat (0,74 Å). Molekul tunggal biasanya tidak dapat dipantau dengan cahaya, tetapi dapat dideteksi dengan mikroskop atom.

Molekul dengan ukuran sangat besar disebut makromolekul atau supermolekul. Jari-jari efektif molekul diukur dengan ukuran molekul dalam larutan.

Baca juga artikel terkait: Memahami jaringan pada hewan dan tumbuhan (termasuk manusia) secara biologi

Ukuran molekul

Sebagian besar molekul terlalu kecil untuk dilihat dengan mata telanjang. Pengecualiannya adalah DNA dapat mencapai ukuran makroskopis. Molekul terkecil adalah hidrogen diatomik (H₂), dengan molekul keseluruhan kira-kira dua kali panjang ikatan (0,74 Å). Molekul tunggal biasanya tidak dapat dipantau dengan cahaya, tetapi dapat dideteksi dengan mikroskop gaya atom. Molekul dengan ukuran sangat besar disebut sebagai makromolekul atau supermolekul. Jari-jari molekul yang efektif adalah ukuran molekul yang diamati dalam larutan.

Formula molekul

Rumus empiris senyawa tersebut menunjukkan nilai rasio unsur paling sederhana dari senyawa ini. Misalnya air selalu memiliki nilai perbandingan atom oksigen dengan hidrogen berbanding 2:1. Etanol juga selalu memiliki nilai perbandingan antara karbon, hidrogen dan oksigen sebesar 2:6:1.

Namun, rumus ini tidak menunjukkan bentuk atau susunan atom-atom dalam molekul. Misalnya, dimetil eter juga memiliki nilai yang sama dengan rasio etanol. Molekul penyusun dengan nomor atom yang sama tetapi susunan yang berbeda disebut sebagai isomer.

Perlu diperhatikan bahwa rumus empiris hanya memberikan nilai perbandingan atom-atom penyusun dalam molekul, dan tidak memberikan nilai jumlah atom yang sebenarnya. Rumus molekul menggambarkan jumlah pasti atom yang membentuk molekul. Misalnya, asetilena memiliki rumus molekul C2H2, tetapi rumus empirisnya adalah CH. Massa molekul dapat dihitung dari rumus kimia. Seringkali massa molekul dinyatakan dalam satuan massa atom sama dengan 1/12 massa atom karbon-12.

Baca juga artikel terkait: Memahami sistem saraf parasimpatis dan fungsinya

Geometri Molekuler

Molekul berbentuk geometris tetap dalam keadaan setimbang. Panjang ikatan dan sudut ikatan akan terus bergetar melalui gerakan getaran dan rotasi. Rumus kimia dan struktur molekul adalah dua faktor penting yang menentukan sifat suatu senyawa.

Isomer memiliki rumus kimia yang sama tetapi sifat yang berbeda untuk struktur yang berbeda. Stereoisomer adalah isomer yang memiliki sifat fisik dan kimia yang sangat mirip tetapi berbeda dalam aktivitas biokimia.

Baca juga artikel terkait: Penjelasan fungsi saraf sensorik dalam biologi