Bioinformatika
Bioinformatika yaitu gabungan antara ilmu teknik informasi dan penggunaan komputer dalam biologi molekul,pengumpulan, penyimpanan, analisis, interpretasi, penyebaran dan aplikasi dari data-data biologi molekul matematika , berdasarkan artificial intelligence yaitu semua gejala yang ada di alam ini dapat dibuat secara artificial melalui simulasi dari data-data yang menjadi kunci penentu seperti basis data sekuens biologis, penyejajaran sekuens (sequence alignment), prediksi struktur untuk meramalkan bentuk struktur protein maupun struktur sekunder RNA , analisis ekspresi gen,analisis filogenetika , gen DNA atau RNA, Untuk database DNA yaitu GenBank Amerika
untuk sekuen asam aminonya yaitu Protein Data Bank (PDB) untuk
struktur tiga dimensinya, untuk protein yaitu Swiss-Prot Swiss,
manajemen data-data klinis dari pasien seperti data analisa diagnosa laboratorium, hasil konsultsi dan saran, foto rontgen, ukuran .detak jantung
genom manusia,,melalui Electrical Medical Record (EMR). data ini untuk menentukan obat untuk pasien ,
genom, yaitu cetak biru informasi genetik yang menentukan sifat setiap makhluk hidup yang disandi dalam bentuk pita molekul DNA (asam deoksiribonukleat). Database genom manusia sudah terbuka untuk seluruh kalangan, sehingga dapat diketahui gen yang berpotensi kedokteran,
sejak awal tahun 1960 telah ada teknik biologi molekuler dalam mengungkap sekuens biologis dari protein dan asam nukleat ,Penemuan teknik
sekuensing DNA menjadi salah satu pembuka jalan bagi pengungkapan genom dan analisis sekuens sehingga lahirlah bioinformatika,
sejak tahun 2000 kloning, bioinformatika seperti rekayasa genetika, kultur jaringan, rekombinan DNA,pengembangbiakan sel induk,
ilmu kimia kombinatorial yaitu ilmu sifat unik dari setiap molekul , bahwa atom karbon dapat membentuk berbagai senyawa karbon,seperti ditemukanya isomer dalam senyawa karbon , pada molekul monosakarida (heksosa),
dari heksosa terdapat dua kelompok besar monosakarida berdasarkan gugus fungsional yang dimilikinya, yaitu kelompok ketosa dan aldosa ,
pada aldosa, maka terdapat 16 jenis aldosa berdasarkan isomer optiknya, ini dikarenakan tiap molekul aldosa mempunyai. 4 atom karbon asimetrik ,
semakin banyak jumlah atom karbon yang membentuk senyawa organik,
maka semakin beragam senyawa organik nya , keragaman ini dapat dilihat dari kemampuan unsur lain seperti oksigen, hidrogen, dan nitrogen berikatan dengan atom karbon,keragaman ini dapat dilihat bagaimana caranya atom karbon berikatan satu sama lainnya,
proses pencarian molekul membutuhkan ilmu kimia kombinatorial dan komputer, ilmu kimia kombinatorial merancang struktur molekul tertentu dengan sifat tertentu ,dalam menghambat pematangan buah dilakukan dengan menghambat enzim yang memicu proses pematangan itu, untuk menghambat enzim pematangan perlu diberi molekul tertentu yang dapat berikatan dengan enzim itu,
molekul yang digunakan harus mempunyai persyaratan yaitu sebagai penghabat enzim pematangan buah tidak boleh berikatan permanen
dengan enzim itu, hambatan ini tidak bersifat permanen dan dapat lepas
sesudah beberapa waktu tertentu, molekul ini tidak bersifat racun
terhadap manusia,
Basis data yaitu kumpulan data yang disimpan di dalam komputer secara sistematik sehingga dapat dilihat menggunakan suatu program komputer untuk memperoleh informasi ,basis data sekuens biologis dapat berupa basis data primer untuk menyimpan sekuens primer asam nukleat maupun protein , basis data sekunder untuk menyimpan motif sekuens protein, dan basis data struktur untuk menyimpan data yang mengandung informasi tentang jenis asam nukleat
( DNA atau RNA ), pustaka yang berkaitan dengan sekuens asam nukleat ,organisme sumber asam nukleat ,nama organisme sumber asam nukleat data struktur protein maupun asam nukleat. seperti DDBJ (DNA Data Bank of Japan, Jepang ),GenBank (Amerika Serikat),
EMBL (European Moleculer Biology Laboratory, Eropa),
Sumber data sekuens asam nukleat yaitu pendaftaran paten,submisi langsung dari periset individual, proyek sekuensing genom,
contoh basis data yang menyimpan sekuens prime protein yaitu TrEMBL (Eropa),PIR (Protein Information Resource, Amerika Serikat), Swiss-Prot (Swiss), Ketiga basis data ini telah digabungkan dalam UniProt yang didanai oleh Amerika Serikat , dalam UniProt mengandung informasi tentang penjelasan mengenai fungsi protein ,sekuens protein, nama organisme sumber protein, pustaka yang berkaitan,
BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) merupakan peralatan
bioinformatika yang berhubungan erat dengan penggunaan basis data sekuens biologis, dengan adanya BLAST sehingga
memungkinkan ilmuwan untuk mencari sekuens asam nukleat maupun
protein yang mirip dengan sekuens tertentu yang dimilikinya, ini
berguna untuk memeriksa hasil sekuensing ,memeriksa fungsi gen hasil sekuensing,menemukan gen sejenis pada beberapa organisme,
Algoritma yang mendasari kerja BLAST yaitu penyejajaran sekuens, PDB menyimpan data struktur sebagai koordinat 3 dimensi yang menggambarkan posisi atom -atom dalam protein ataupun asam nukleat,.PDB (Protein Data Bank) yaitu basis data tunggal yang menyimpan model struktural 3 dimensi protein dan asam nukleat hasil penentuan eksperimental (dengan kristalografi sinar-X dan spektroskopi NMR )
Penyejajaran sekuens yaitu proses penyusunan dua atau lebih sekuens sehingga persamaan sekuens-sekuens itu tampak nyata. Hasil dari proses ini dinamakan sebagai sequence alignment ,Baris sekuens dalam suatu alignment diberi sisipan (umumnya dengan tanda "–") sehingga kolom-kolomnya memuat karakter yang identik atau sama di antara sekuens-sekuens itu , contoh alignment DNA dari dua sekuens pendek DNA yang berbeda, "ccatcaac" dan "caatgggcaac" (tanda "|" menunjukkan kecocokan atau match di antara kedua sekuens).
ccat---caac
| || ||||
caatgggcaac
sequence alignment juga digunakan untuk mencari sekuens
yang mirip atau sama dalam basis data sekuens. BLAST adalah salah satu
metode alignment yang sering digunakan dalam penelusuran basis data
sekuens, ketidakcocokan dalam alignment diasosiasikan dengan proses mutasi, sedangkan kesenjangan (gap, tanda "–") diasosiasikan dengan proses
insersi atau delesi, sequence alignment merupakan metode dasar dalam analisa sekuens, metode ini dipakai untuk mempelajari evolusi sekuens sekuens dari leluhur yang sama (common ancestor), sequence alignment memberikan hipotesis atas proses evolusi yang terjadi dalam sekuens-sekuens itu, misalnya, kedua sekuens dalam contoh alignment di atas bisa jadi berevolusi dari sekuens yang sama "ccatgggcaac". dalam kaitannya dengan hal ini, alignment juga dapat menunjukkan posisi-posisi yang dipertahankan (conserved) selama evolusi dalam sekuens-sekuens protein, yang menunjukkan bahwa posisi posisi tersebut bisa jadi penting bagi struktur atau fungsi protein itu,
metode prediksi struktur protein digolongkan ke dalam 2 kelompok, yaitu metode pemodelan de novo dan metode pemodelan protein komparatif , pemodelan protein komparatif meramalkan struktur suatu protein berdasarkan struktur protein lain yang telah diketahui. salah
satu penerapan metode ini yaitu pemodelan homologi (homology
modelling), yaitu prediksi struktur tersier protein berdasarkan kesamaan
struktur primer protein. pemodelan homologi didasarkan pada teori bahwa
dua protein yang homolog mempunyai struktur yang sangat mirip satu sama
lain, pada metode ini, struktur suatu protein ( protein target)
ditentukan berdasarkan struktur protein lain (protein templat) yang telah
diketahui dan mirip sekuens dengan protein target itu,
bentuk struktur protein diungkap dengan kristalografi sinar-X ataupun spektroskopi NMR , namun kedua metode
itu sangat memakan waktu lama dan biaya mahal. sedang metode
sekuensing protein relatif lebih mudah mengungkapkan sekuens asam
amino protein, Prediksi struktur protein meramalkan struktur 3
dimensi protein berdasarkan sekuens asam aminonya
meramalkan struktur tersier dan struktur sekunder berdasarkan struktur
primer protein ,
penerapan lain pemodelan komparatif yaitu protein threading
yang didasarkan pada kemiripan struktur tanpa kemiripan sekuens primer.
Latar belakang protein threading yaitu bahwa struktur protein lebih
dikonservasi dibandingkan sekuens protein selama evolusi; area penting bagi fungsi protein dipertahankan strukturnya. Pada pendekatan
ini, struktur yang paling kompatibel untuk suatu sekuens asam amino
dipilih dari semua jenis struktur tiga dimensi protein yang ada. Metode- metode yang tergolong dalam protein threading berusaha menentukan
tingkat kompatibilitas itu,
Dalam pendekatan de novo atau ab initio, struktur protein
ditentukan dari sekuens primernya tanpa membandingkan dengan struktur
protein lain. ada banyak kemungkinan dalam pendekatan ini,
misalnya dengan optimisasi global fungsi energi protein , menirukan proses pelipatan (folding) protein dari sekuens primernya menjadi struktur tersiernya (misalnya dengan simulasi dinamika molekular ),
Ekspresi gen merupakan rangkaian proses penerjemahan informasi genetik dalam bentuk urutan basa pada DNA atau RNA menjadi protein, dan fenotipe, Informasi yang dibawa bahan genetik tidak berarti bagi organisme jika tidak diekspresikan menjadi fenotipe, Ekspresi gen dapat ditentukan dengan
mengukur kadar mRNA dengan teknik Serial Analysis of Gene Expression ["Analisis Serial Ekspresi Gen", SAGE]) microarray
Teknik-teknik ini diterapkan pada analisa ekspresi gen skala besar yang mengukur ekspresi banyak gen bahkan genom dan menghasilkan data skala besar , Metode-metode penggalian data (data mining) diterapkan pada data itu untuk mendapat pola-pola informatif , contoh metode-metode klastering (clustering) dipakai untuk mempartisi data itu berdasarkan kesamaan ekspresi gen sedang metode-metode komparasi digunakan untuk membandingkan ekspresi di antara gen-gen,
teknik-teknik di dalam biologi molekuler, seperti PCR (polymerase chain reaction) dan sikuensing DNA, penggunaan sekuen DNA dalam penelitian filogenetika telah dipakai dalam taksonomi, misalnya species,famili, marga,
Analisis filogenetika molekuler yaitu proses bertahap untuk
mengolah data sikuen DNA atau protein sehingga didapat suatu hasil
yang menggambarkan estimasi mengenai hubungan evolusi suatu
kelompok organisme, terdapat 3 tahap penting dalam analisa
filogenetika molekuler, yaitu sequence alignment, rekonstruksi pohon
filogenetika, dan evaluasi pohon filogenetika dengan uji statistik.
Filogenetik yaitu hubungan kekerabatan antar berbagai macam organisme melalui morfologi dan analisis molekuler ,
penggunaan sekuen DNA dalam filogenetika
yaitu bahwa terjadi perubahan basa nukleotida menurut waktu, sehingga
dapat direkonstruksi hubungan evolusi antara satu kelompok organisme dengan
yang lainnya, diperkirakan kecepatan evolusi yang terjadi , yang harus diperhatikan sebelum menggunakan data sekuen DNA atau protein ke analisis, antaralain:
setiap sekuen berkembang secara bebas,sekuen mempunyai sejarah evolusi yang sama (misalnya bukan dari campuran DNA inti dan mitokondria); sekuen bersifat homolog (diturunkan dari satu nenek moyang), sekuen berasal dari sumber yang spesifik, apakah dari inti, kloroplas atau mitokondria;
perkembangan biologi molekuler telah mengungkapkan bahwa proses informasi ini juga sampai ke tingkat biomolekuler seperti asam nukleat, protein, karbohidrat, lipid
tubuh mahluk hidup terdiri dari sistem informasi yang sangat kompleks, dengan 2 sistem yang sangat menonjol, yaitu sistem endokrin dan sistem saraf , kedua system ini bersama-sama bekerja untuk mempertahankan homeostasis tubuh, fungsi mereka satu sama lain saling berkaitan , namun dapat dibedakan dengan sifat tertentu,
Sistem informasi pada sistem saraf dikendalikan oleh zat kimia neurotransmitter (karena impuls listrik tidak mampu melompat pada sinap yang terlalu lebar) dan impuls elektrik sedangkan pada sistem endokrin hanya menggunakan zat kimia yaitu hormon,
foto Perbandingan antara system saraf dan system endokrin
Sistem saraf yaitu salah satu bagian yang menyusun sistem
koordinasi yang berfungsi memberikan respons terhadap rangsangan ,menghantarkan menerima rangsangan ke seluruh bagian tubuh, rangsangan yang berasal dari dalam tubuh seperti nyeri, rasa haus, lapar,
Rangsangan berasal dari luar tubuh seperti panas, dingin, manis, pahit suara, cahaya, bau,
Sistem saraf terdiri atas unit-unit terkecil yang dinamakan neuron sel saraf
Neuron yaitu sel yang menerima impuls dan menghantarkan impuls. Neuron, sel-selnya tidak mengalami pembelahan sehingga bila sudah mati atau rusak, neuron tidak dapat diganti. Setiap neuron terdiri atas
3 bagian yaitu akson,badan sel, dendrit,
FOTO Bagian-bagian sel saraf
badan sel terdiri dari inti sel (nukleus), anak inti sel (nukleolus) dan
sitoplasma yang mengandung substansi kromatik yaitu badan nissl juga serabut halus pada badan neuron yang dinamakan neurofibril. badan nissl akan tampak bila dilihat dengan menggunakan mikroskop elektron seperti retikulum endoplasma granuler yang tersusun sejajar antara yang satu dengan yang lain, dendrit yaitu juluran atau serabut pendek bercabang yang merupakan tonjolan dari sitoplasma pada badan sel, Di dalam dendrit terdapat badan Nissl dan mitokondria , Dendrit
berfungsi menghantarkan impuls ke badan sel,
Akson atau neurit yaitu juluran atau serabut panjang dari badan sel, dan
berfungsi untuk menghantarkan impuls dari badan sel menuju ujung akson,
Serabut akson yang tipis dengan bentuk panjang di dalamnya terdapat
mitokondria, neurofibril namun tidak terdapat badan Nissl sehingga tidak terlibat dalam sintesis protein. pada tempat tertentu ada akson yang tidak dibungkus selubung mielin yang dinamakan nodus ranvier,Akson diselubungi oleh substansi lemak berwarna putih kekuningan bernama selubung mielin, selubung ini berfungsi sebagai memberi nutrisi pada akson , mempercepat jalannya impuls,isolator yang melindungi akson terhadap tekanan dan luka,
sifat neuron yaitu permukaan dalamnya bermuatan negatif sedang permukaan luarnya bermuatan positif, jika neuron mendapat
rangsangan, maka akan terjadi perubahan muatan pada kedua permukaannya,
yaitu permukaan luar bermuatan negatif sedangkan bagian dalamnya bermuatan positif, ini dinamakan depolarisasi, impuls saraf atau rangsang saraf yang merupakan pesan saraf akan dialirkan sepanjang akson dalam bentuk gelombang listrik, alur impuls saraf ,antaralain :
-saraf dalam keadaan istirahat tidak menghantarkan impuls, serabut saraf
dalam keadaan polarisasi yaitu permukaan membran luar bermuatan
positif, sedangkan membran dalam bermuatan negatif.
-saraf dirangsang disuatu tempat tertentu sehingga terjadi depolarisasi,
yaitu permukaan luar bermuatan negatif, sedang permukaan dalam
bermuatn positif.
-antara area yang mengalami depolarisasi dengan area yang
mengalami polarisasi timbul aliran listrik. aliran listrik ini dinamakan arus
lokal. adanya arus lokal mengakibatkan depolarisasi diarea sebelahnya,
kemudian diikuti arus lokal dan depolarisasi area sebelahnya demikian
seterusnya.
-depolarisasi akan menjalar disepanjang serabut saraf, ini dinamakan
berdasarkan fungsi dan struktur sistem saraf dibedakan menjadi dua,
yaitu sistem saraf tepi (otonom) dan sistem saraf pusat ,
foto bagian-bagian otak
seluruh tubuh dikendalikan oleh sistem saraf pusat. sistem saraf pusat ini mengolah semua pesan yang masuk untuk membuat perintah yang akan dihantarkan melalui saraf motorik ke otot atau kelenjar. sistem saraf pusat terdiri dari sumsum tulang belakang dan otak ,
otak terdiri dari 5 bagian utama, yaitu :
1.jembatan varol (pons varoli).
jembatan varol berisi serabut saraf yang menghubungkan otak kecil bagian
kiri dan kanan, juga menghubungkan otak besar dan sumsum tulang belakang
2. sumsum lanjutan (medulla oblongata).
sumsum sambung mengatur gerak refleks lain,sumsum lanjutan berfungsi menghantar impuls yang datang dari medula
spinalis menuju ke otak. sumsum sambung mempengaruhi jembatan,
refleks fisiologi seperti gerak alat pencernaan, sekresi kelenjar pencernaan,detak jantung, tekanan darah, volume dan kecepatan respirasi,
3. otak besar.
otak besar mengendalikan semua aktifitas pertimbangan, kepandaian (intelegensi), ingatan (memori), kesadaran, otak besar aistem penggerak gerakan sadar . pada bagian korteks serebrum yang berwarna abu abu terdapat bagian penerima rangsang area sensor yang terletak di sebelah belakang area motor yang berfungsi merespon rangsangan,mengatur geraka sadar ,terdapat area asosiasi yang menghubungkan area sensorik dan aea motorik , area ini berperan dalam proses mengingat , di sekitar kedua area itu adalah bagian yang mengatur psikologi seperti bagian depan merupakan pusat proses emosi,mengingat, berbicara, kreativitas sedang pusat penglihatan berada di bagian belakang,
4. otak tengah (mesenchefalon).
bagian atas (dorsal) otak tengah merupakan lobus optikus yang merupakan pusat pendengaran , mengendalikan refleks mata seperti penyempitan pupil mata, otak tengah berada di depan otak kecil dan jembatan varol. di depan otak tengah terdapat kelenjar hipofisis dan talamus yang mengendalikan kerja kelenjar kelenjar endokrin.
5. otak kecil (cerebellum).
serebellum sebagai koordinator posisi tubuh,gerakan otot yang terjadi secara sadar, keseimbangan, jika ada rangsangan yang berbahaya maka gerakan sadar yang normal tidak aktif ,
sumsum tulang belakang sebagai pusat gerak refleks, membawa impuls
motorik dari otak ke efektor, penghantar impuls sensorik dari kulit atau otot ke otak, sumsum tulang belakang terletak di dalam rongga ruas-ruas tulang
belakang, yaitu lanjutan dari medula oblongata memanjang sampai tulang
punggung sampai ruas tulang pinggang kedua (canalis centralis vertebrae),
pada penampang melintang sumsum tulang belakang terdapat bagian seperti sayap yang terbagi atas sayap atas dinamakan tanduk dorsal dan sayap bawah dinamakan tanduk ventral, pada penampang melintang sumsum tulang belakang tampak bagian luar berwarna putih, sedangkan bagian dalam berbentuk kupu-kupu dan berwarna kelabu ,
impuls sensori dari reseptor dihantar masuk ke sumsum tulang belakang melalui tanduk dorsal dan impuls motor keluar dari sumsum tulang belakang melalui tanduk ventral menuju efektor, pada tanduk dorsal terdapat badan sel saraf penghubung (asosiasi konektor) yang akan menerima impuls dari sel saraf sensori dan akan menghantarkannya ke saraf motor. pada bagian putih terdapat serabut saraf asosiasi. kumpulan serabut saraf membentuk saraf (urat saraf). urat saraf yang membawa impuls ke otak merupakan saluran asenden dan yang membawa impuls yang berupa perintah dari otak merupakan saluran desenden,
sistem saraf tepi (sistem saraf perifer) adalah lanjutan dari neuron yang bertugas membawa impuls saraf menuju ke dan dari sistem saraf pusat, berdasarkan cara kerjanya sistem saraf tepi dibedakan menjadi dua yaitu :
a. sistem saraf sadar (somatik).
sistem saraf sadar disusun oleh saraf sumsum tulang belakang, yaitu saraf-saraf yang keluar dari sumsum tulang belakang, dan saraf otak (saraf kranial), yaitu saraf-saraf yang keluar dari otak,
saraf otak terdapat 12 pasang yang terdiri atas :
1. tiga pasang saraf sensori, yaitu saraf nomor 1, 2, dan 8
2. lima pasang saraf motor, yaitu saraf nomor 3, 4, 6, 11, dan 12
3. empat pasang saraf gabungan sensori dan motor, yaitu saraf nomor 5, 7,
9 dan 10.
saraf otak khusus untuk area kepala dan leher, kecuali nervus vagus yang
melewati leher ke bawah sampai area rongga perut dan toraks . nervus vagus
membentuk bagian saraf otonom. oleh karena area jangkauannya sangat luas
maka nervus vagus dinamakan saraf pengembara ,saraf sumsum tulang belakang berjumlah 31 pasang saraf gabungan,
berdasar asalnya, saraf sumsum tulang belakang dibedakan atas 5 pasang saraf pinggul, 1 pasang saraf ekor, 8 pasang saraf leher, 12 pasang saraf punggung, 5 pasang saraf pinggang,
sistem saraf otonom disusun oleh serabut saraf yang berasal dari sumsum tulang belakang maupun otak dan menuju organ yang bersangkutan,
beberapa urat saraf bersatu membentuk jaringan urat saraf yang dinamakan pleksus. terdapat 3 buah pleksus ,antaralain:
pleksus brachialis mempengaruhi bagian tangan,sistem saraf tidak sadar (otonom), pleksus jumbo sakralis yang mempengaruhi bagian kaki,pinggul ,
pleksus cervicalis merupakan gabungan urat saraf leher yang
mempengaruhi bahu, diafragma,bagian leher,
dalam sistem ini terdapat beberapa jalur dan masing-masing jalur membentuk
sinapsis yang kompleks dan juga membentuk ganglion. urat saraf yang
terdapat pada pangkal ganglion dinamakan urat saraf pra ganglion dan
urat saraf yang terdapat pada ujung ganglion dinamakan urat saraf post ganglion,
sistem saraf otonom dapat dibagi atas sistem saraf parasimpatik dan sistem
saraf simpatik,
Tabel Fungsi saraf otonom
Parasimpatik Simpatik
menstimulasi sekresi kelenjar menghambat sekresi kelenjar pencernaan
pencernaan
mengerutkan kantung kemih menghambat kontraksi kandung kemih
mengecilkan pupil memperbesar pupil
menstimulasi aliran ludah menghambat aliran ludah
memperlambat denyut jantung mempercepat denyut jantung
membesarkan bronkus mengecilkan bronkus
perbedaan struktur antara saraf simpatik dan parasimpatik terletak pada posisi ganglion, saraf parasimpatik memiliki urat pra ganglion yang panjang karena ganglion menempel pada organ yang dibantu, saraf simpatik memiliki ganglion yang berada di sepanjang tulang belakang menempel pada sumsum tulang belakang sehingga memiliki urat pra ganglion pendek,
fungsi sistem saraf simpatik dan parasimpatik selalu berlawanan,
sistem endokrin yaitu sistem kontrol kelenjar tanpa saluran yang memproduksi hormon yang tersirkulasi di tubuh melalui aliran darah untuk mempengaruhi organ-organ lain, hormon bertindak sebagai pembawa pesan dan dibawa oleh aliran darah ke berbagai sel dalam tubuh, yang kemudian akan menerjemahkan pesan itu menjadi suatu tindakan, .sistem endokrin terdiri dari sekelompok organ yang menghasilkan dan melepaskan hormon-hormon secara langsung ke dalam aliran darah, organ dari sistem endokrin antara lain : kelenjar tiroid, hipotalamus, kelenjar hipofisa, indung telur (ovarium) ,buah zakar (testis), kelenjar paratiroid, pulau langerhans pada pankreas, timus, kelenjar adrenal,
sebagian besar hormon merupakan protein yang terdiri atas rantai asam
amino dengan panjang yang berbeda-beda. sisanya merupakan steroid, yaitu zat lemak yang merupakan derivat dari kolesterol. hormon dalam jumlah yang sangat kecil mengakibatkan respon tubuh yang sangat luas, hormon terikat kepada reseptor di permukaan sel atau di dalam sel, ikatan antara reseptor dan hormon akan merubah,mempercepat, memperlambat fungsi sel,
pada akhirnya hormon mengendalikan fungsi dari organ secara keseluruhan, antara lain :
mengendalikan volume cairan dan kadar air dan garam di dalam darah,
mempengaruhi cara tubuh dalam menggunakan dan menyimpan energi,
mengendalikan pertumbuhan dan perkembangan, perkembangbiakan dan
ciri-ciri seksual,
beberapa hormon hanya mempengaruhi satu atau dua organ, sedangkan
hormon yang lainnya mempengaruhi seluruh tubuh, misalnya, tsh dihasilkan
oleh kelenjar hipofisa dan hanya mempengaruhi kelenjar tiroid, sedang
hormon tiroid dihasilkan oleh kelenjar tiroid, namun hormon ini mempengaruhi
sel-sel di seluruh tubuh. insulin dihasilkan oleh sel-sel pulau pankreas dan
mempengaruhi metabolisme lemak,gula, protein lemak ,
bila kelenjar endokrin mengalami kelainan fungsi, maka kadar hormon di
dalam darah bisa menjadi tinggi atau rendah, sehingga mengganggu fungsi tubuh, untuk mengendalikan fungsi endokrin, maka pelepasan setiap hormon harus diatur dalam batas-batas yang tepat,tubuh perlu merasakan dari waktu ke waktu apakah diperlukan lebih banyak atau lebih sedikit hormon,
hipotalamus dan kelenjar hipofisa melepaskan hormonnya bila mereka merasakan bahwa kadar hormon lainnya yang mereka kontrol terlalu tinggi atau terlalu rendah , hormon hipofisa kemudian masuk ke dalam aliran darah untuk merangsang aktivitas di kelenjar target, bila kadar hormon kelenjar target dalam darah mencukupi, maka hipotalamus dan kelenjar hipofisa mengetahui bahwa tidak diperlukan perangsangan lagi dan mereka berhenti melepaskan hormon,
sistem umpan balik ini mengatur semua kelenjar yang berada dibawah kendali hipofisa,hormon tertentu yang berada dibawah kendali hipofisa memiliki fungsi
tertentu. misalnya, suatu siklus menstruasi wanita melibatkan peningkatan sekresi LH dan FSH oleh kelenjar hipofisa setiap bulannya ,hormon estrogen dan progesteron pada indung telur juga kadarnya mengalami turun-naik setiap bulannya. mekanisme pasti dari pengendalian oleh hipotalamus dan hipofisa terhadap bioritmik ini masih belum dapat dimengerti, namun jelas tampak bahwa organ memberikan respon terhadap semacam jam biologis ,faktor-faktor lainnya juga merangsang pembentukan hormon, prolaktin atau hormon yang dikeluarkan oleh kelenjar hipofisa mengakibatkan kelenjar susu di payudara menghasilkan susu, isapan bayi pada puting susu merangsang hipofisa untuk menghasilkan lebih banyak prolaktin, isapan bayi juga meningkatkan pelepasan oksitosin yang mengakibatkan mengkerutnya saluran susu sehingga susu dapat dialirkan ke mulut bayi , kelenjar semacam pulau pankreas dan kelenjar paratiroid, tidak berada dibawah kendali hipofisa ,mereka mempunyai sistem sendiri untuk merasakan apakah tubuh memerlukan lebih banyak atau lebih sedikit hormon. misalnya kadar insulin meningkat segera sesudah makan karena tubuh harus mengolah gula dari makanan,bila kadar insulin terlalu tinggi, kadar gula darah akan turun sampai sangat rendah, bioinformatika memberikan data biofisik dari senyawa molekul protein dan asam nukleat sebagai kunci dalam proses kehidupan,
protein yaitu senyawa organik kompleks berbobot molekul tinggi yang
merupakan polimer dari monomer-monomer asam amino yang dihubungkan satu sama lain dengan ikatan peptida,
protein berperan penting dalam struktur dan fungsi semua sel makhluk hidup, kebanyakan protein merupakan enzim ,jenis protein lain berperan dalam fungsi struktural atau mekanis, seperti misalnya protein yang menyusun struktur tubuh dan sendi sitoskeleton, protein terlibat dalam sistem kekebalan tubuh sebagai antibodi dan sistem kendali dalam bentuk hormon,
foto ikatan peptida
Proses mencari dan menyusun data dilakukan terhadap berbagai molekul
protein dengan berbagai jenis asam amino dengan urutan yang spesifik, Proses ini berguna untuk meramalkan konformasi molekul protein yang baru ditemukan
dengan mengacu pada molekul protein yang telah diketahui konformasi
molekulnya. Mengetahui konformasi molekul protein bisa diketahui secara
eksperimental terhadap protein tersebut atau dengan peramalan atau simulasi
komputer terhadap protein tersebut. Hasilnya dicocokkan dengan konformasi
molekul protein tersebut. Dari sini dapat diukur seberapa cermat kemampuan
program komputer tersebut untuk meramalkan konformasi molekul protein.
Peramalan atau simulasi komputer ini merupakan disiplin dalam bidang
bioinformatika dengan peranan dan bantuan ahli komputer untuk mencocokkan
hasil program komputer terhadap struktur hipotetik dari suatu protein yang
dibandingkan dengan struktur protein sesungguhnya. Peramalan juga dilakukan
terhadap molekul protein hipotetik, yaitu molekul protein yang didesain dengan
urutan dan jenis asam amino tertentu dengan menggunakan komputer.
Hal lain yang menjadi sentral pengamatan dari suatu protein ialah tingkat
keragamannya dengan protein serupa, tetapi berasal dari organisme lain.
Contohnya adalah usaha untuk melihat tingkat keragaman struktur hormon insulin
manusia dan insulin kera. Logikanya jika semakin mirip jenis dan urutan asam
amino kedua hormon tersebut maka tingkat kekerabatan mahluk tersebut semakin
dekat pula. Ini yang diusahakan untuk mendobrak hipotesis evolusi dari Charles
Darwin.
Membandingkan, meramal, dan mengurut asam amino penyusun protein
saat ini sudah dilakukan dengan berbagai program komputer hasil pengembangan
disiplin bioinformatika. Sudah tidak jamannya lagi membandingkan sifat tersebut
secara manual, sebab akan banyak menyita waktu dan hasilnya titak efisien.
Kajian mengenai mekanisme interaksi antara protein dan reseptornya juga sudah
dikembangkan dalam teknik bioiformatika. Dalam hal ini dibahas mekanisme
hipotetik (peramalan manusia) mengenai interaksi antara molekul protein dengan
karakter tertentu dan reseptornya yang juga terdiri dari berbagai jenis biomolekul
seperti protein, lipid dan lain-lain termasuk membran sel tempat reseptor tersebut
berada.
2.2. Data Asam Nukleat
Asam nukleat adalah suatu polimer nukleotida (polinukleotida) yang
berperan dlm penyimpanan serta pemindahan informasi genetik. Disebut asam
karena memiliki sifat asam dan nukleat mencerminkan tempatnya yaitu di dalam
inti sel (nukleus). Namun, pada organisme prokariot (sel tidak berinti), asam
nukleatnya terdapat di dalam sitoplasma. Di dalam sel terdapat dua jenis asam
nukleat (berdasarkan gula yang dikandungnya), yaitu asam deoksiribonukleat
(DNA), gulanya deoksiribosa dan asam ribonukleat (RNA), gulanya ribosa. Satusatunya perbedaan diantara kedua gula ini adalah bahwa deoksiribosa tidak
memiliki satu atom oksigen pada karbon nomor duanya yang membuat namanya
menjadi deoksi
foto..Gula pentosa pada molekul DNA dan RNA
DNA dan RNA merupakan polimer linier, tidak bercabang dan tersusun
dari subunit-subunit yang disebut nukleotida. Masing-masing nukleotida terdiri
dari tiga bagian, yaitu gula berkarbon 5 (pentosa), basa organik heterosiklik yang
disebut basa nitrogen (mengandung karbon, nitrogen dan berbentuk datar) dan
gugus fosfat bermuatan negatif, yang membuat polimer bersifat asam
foto Struktur molekul nukleotida pada DNA dan RNA
Basa nitrogen, baik pada DNA maupun pada RNA, dapat dikelompokkan
menjadi dua golongan, yaitu purin dan pirimidin Basa purin
mempunyai dua buah cincin (bisiklik), sedangkan pirimidin hanya mempunyai
satu cincin (monosiklik). Pada DNA, dan juga RNA, purin terdiri atas adenin (A)
dan guanin (G). Akan tetapi, untuk pirimidin ada perbedaan antara DNA dan
RNA. Kalau pada DNA basa pirimidin terdiri atas sitosin (C) dan timin (T), pada
RNA tidak ada timin dan sebagai gantinya terdapat urasil (U). Timin berbeda
dengan urasil hanya karena adanya gugus metil pada posisi nomor 5 sehingga
timin dapat juga dikatakan sebagai 5-metilurasil.
Gambar 7. Struktur basa pirimidin dan purin
Keempat basa-basa tersebut berikatan secara spesifik tergantung
pasangannya melalui ikatan hidrogen. A dengan T pada DNA atau A dengan U
pada RNA melalui 2 buah ikatan hidrogen, sementara C dengan G melalui 3
ikatan hidrogen Adanya ikatan hidrogen tersebut menjadikan kedua
rantai polinukleotida terikat satu sama lain dan saling komplementer. Artinya,
begitu sekuens basa pada salah satu rantai diketahui, maka sekuens pada rantai
yang lainnya dapat ditentukan.
foto Struktur basa pirimidin dan purin
foto Ikatan hidrogen diantara pasangan basa
foto Ikatan fosfodiester pada rantai polinukleotida
monomer nukleotida pada DNA maupun RNA berikatan satu sama lain
melalui ikatan fosfodiester antara gugus hidroksil (OH) di atom C nomor 3‘nya
dengan gugus fosfat dari nukleotida berikutnya ,oleh karena itu,
suatu polinukleotida tersusun atas kerangka gula-fosfat yang berselang-seling dan memiliki ujung 5’-P dan 3’-OH, adanya ujung-ujung tersebut menjadikan
rantai polinukleotida linier memiliki arah tertentu,
foto rantai DNA dan RNA
DNA terdapat dalam bentuk heliks ganda (double helix) yang seragam
dengan rantai-rantai komplementer yang berpilin satu sama lain membentuk
tangga spiral ke arah kanan, sedangkan molekul-molekul RNA disintesis dari
cetakan DNA sebagai untai tunggal, Namun, untai tunggal RNA juga
dapat melipat ke rantainya sendiri dan membentuk pasangan basa komplementer yang menghasilkan struktur sekunder yang unik, Kedua untai komplementer dari heliks ganda DNA bekerja dengan arah yg berlawanan atau antiparalel, bila salah
satu rantai dibaca dari ujung fosfat 5’-nya, maka rantai lainnya akan dibaca dari
ujung hidroksil 3’-nya, Ujung 3‛ membawa gugus –OH bebas pada posisi 3‛ dari
cincin gula, dan ujung 5‛ membawa gugus fosfat bebas pada posisi 5‛ dari cincin gula, Heliks ganda DNA akan membawa satu putaran setiap 10 pasangan basa (sekitar 3,4 nm),
basa yang berpasangan terletak di tengah molekul, membentuk rongga
hidrofobik sehingga lebar heliks menjadi sekitar 2 nm, bentuk DNA itu
dikatakan berada dalam bentuk B atau bentuk yang sesuai dengan model asli
Watson-Crick, bentuk yang lain, misalnya bentuk A, akan dijumpai jika DNA
berada dalam medium dengan kadar garam tinggi, pada bentuk A terdapat 11
pasangan basa dalam setiap putaran spiral. selain itu, ada pula bentuk Z, yaitu
bentuk molekul DNA yang memiliki arah pilinan spiral ke kiri. Bermacam-macam bentuk DNA ini sifatnya fleksibel, artinya dapat berubah dari yang satu ke yang lain bergantung kepada kondisi lingkungannya,
DNA dobel heliks dapat dikopi secara persis karena masing-masing untai
mengandung sekuen nukleotida yang persis berkomplemen dengan sekuen untai pasangannya,masing-masing untai dapat berperan sebagai cetakan untuk sintesis dari untai komplemen baru yang identik dengan pasangan awalnya ,
FOTO replikasi DNA
untai tunggal RNA juga dapat melipat ke rantainya sendiri dan membentuk pasangan basa komplementer yang menghasilkan struktur sekunder yang unik (ikatan hidrogen dalam molekulnya sendiri =intramolekuler), adanya modifikasi struktur rna mengakibatkan adanya perbedaan fungsi,berdasar fungsinya, terdapat 3 jenis RNA yaitu: RNA ribosom (rRNA),RNA duta atau messenger (mRNA) dan RNA transfer (tRNA) ,
-rRNA bertugas mensintesa protein dengan menggunakan asam amino,
proses ini berlangsung dalam ribosom dan hasil akhirnya adalah
polipeptida,
-mRNA bertugas menerima data genetik dari DNA, proses
ini dinamakan transkripsi dan berlangsung dalam nukleus. berfungsi
sebagai perantara antara DNA kromosom dan asam amino sitoplasma,
berperan dalam pembuatan protein,
- tRNA mengikat asam amino yang ada dalam sitoplasma,
Sebelum dapat diikat oleh tRNA, asam animo berekasi terlebih dahulu
dengan ATP agar aktif, tRNA membawa asam amino yang
diikat itu ke ribosom. Disini berlangsung perubahan informasi genetik
yang dinyatakan oleh urutan basa dari mRNA ke urutan asam amino dalam
protein yang dibentuk. Proses perubahan ini dinamakan Translasi,
FOTO aliran informasi genetic dari DNA ->RNA ->protein
informasi yang ada dari struktur asam nukleat antara lain :
-asam nukleat menginformasikan mengenai gen yang tidak terekspresi,
atau sisa gen yang sudah tidak terekspresi lagi, manusia mempunyai gen
demikian dan ini memberi kontribusi terhadap besarnya ukuran genom
manusia,
-asam nukleat memberi informasi mengenai sifat suatu gen tertentu pada
manusia dan membandingkannya dengan sifat gen itu pada berbagai
hewan, proses perbandingan ini sangat penting untuk berbagai tujuan
seperti pengobatan dan proses transplantasi jaringan,
- asam nukleat dapat memberi informasi mengenai interaksi antara protein
dan asam nukleat,
-cetak biru atau data mendasar suatu organisme terdapat pada asam
nukleatnya,
-asam nukleat memberi informasi mengenai kemampuan suatu organisme
bertahan di berbagai lingkungan hidup selama evolusinya,
-asam nukleat dapat bersifat sebagai jam molekul suatu organisme yang
menerangkan bagaimana sejarah panjang evolusi organisme itu
ditinjau dari molekul penyusunnya,
