BAHAN AJAR BIOLOGI

KELAS XII PROGRAM IPA

SEMESTER GENAP TAHUN PELAJARAN 2009/2010

STANDAR

KOMPETENSI

KOMPETENSI DASAR

5. Memahami prinsip-prinsip

dasar bioteknologi serta

implikasinya pada

salingtemas

5.1 Menjelaskan arti, prinsip dasar, dan jenis-jenis

bioteknologi.

5.2 Mendeskripsikan implikasi bioteknologi pada

sains, lingkungan, teknologi, dan masyarakat.

5.1.1 Pengertian dan Prinsip Dasar Bioteknologi

Bioteknologi merupakan proses pemanfaatan agen hayati untuk

menghasilkan produk yang bermanfaat bagi manusia. Agen hayati yang biasa

digunakan adalah mikroorganisme, seperti bakteri dan jamur. Karena,

perkembangbiakannya relatif cepat, mudah dimodifikasi, dan mampu

memproses bahan baku lebih cepat

Berdasarkan pengertian bioteknologi tersebut, maka terdapat 4 prinsip

dasar bioteknologi, yaitu 1) penggunaan agen biologi, 2) menggunakan metode

tertentu, 3) dihasilkannya suatu produk turunan, dan 4) melibatkan banyak

disiplin ilmu. Beberapa disiplin ilmu yang terlibat, yaitu bidang pengolahan

makanan, bidang kesehatan, bidang pertaniaan dan perkebunan, serta bidang

lingkungan.

5.1.2 Jenis Bioteknologi

Ada 2 jenis bioteknologi, yakni bioteknologi konvensional (sederhana) dan

bioteknologi modern. Bioteknologi konvensional menerapkan biologi, biokimia,

atau rekayasa masih dalam tingkat yang terbatas. Bioteknologi konvensional

menggunakan jasad hidup secara utuh.

Bioteknologi modern telah menggunakan teknik rekayasa tingkat tinggi dan

terarah sehingga hasilnya dapat dikendalikan dengan baik. Teknik yang sering

digunakan adalah dengan melakukan manipulasi genetik pada suatu jasad hidup

secara terarah sehingga diperoleh hasil sesuai dengan yang diinginkan.

Teknik yang digunakan dalam bioteknologi modern adalah teknik

manipulasi bahan genetik (DNA) secara in vitro, yaitu proses biologi yang

berlangsung di luar sel atau organisme, misalnya dalam tabung percobaan. Oleh

karena itu, bioteknologi modern juga dikenal dengan rekayasa genetika, yaitu

proses yang ditujukan untuk menghasilkan organism transgenik. Organisme

transgenik adalah organisme yang urutan informasi genetik dalam kromosomnya

telah diubah sehingga mempunyai sifat menguntungkan yang dikehendaki.

Beberapa prinsip dasar dalam rekayasa genetika, yaitu 1) DNA rekombinan, 2)

fusi protoplasma, dan 3) kultur jaringan.

a. DNA Rekombinan

Perubahan susunan DNA diperoleh melalui teknik DNA rekombinan, yang

melibatkan bakteri atau virus sebagai vektor (perantara). Proses DNA rekombinan

melalui 3 tahapan, yaitu 1) mengisolasi DNA, 2) memotong dan menyambung

DNA (transplantasi gen/DNA), dan 3) memasukkan DNA ke dalam sel hidup.

Pemotongan gen dalam satu untaian DNA menggunakan enzim endonuklease

restriksi yang berperan sebagai gunting biologi. Segmen DNA kemudian

dimasukkan dalam suatu vector berupa plasmid atau virus. Plasmid adalah rantai

DNA melingkar di luar kromosom bakteri.

Gen atau DNA yang telah diisolasi kemudian dicangkokkan ke dalam

plasmid. Proses ini dikenal dengan transplantasi gen. Penyambungan gen tersebut

menggunakan enzim ligase yang berperan sebagai lem biologi. Dengan demikian,

diperoleh organism dengan rantai DNA gabungan atau kombinasi baru sehingga

rantai DNA ini disebut DNA rekombinan. DNA baru yang telah membawa

segmen DNA cangkokan selanjutnya memasuki tahap akhir, yaitu dimasukkan ke

dalam vektor sel bakteri maupun virus.

b. Fusi Protoplasma

Fusi protoplasma adalah penggabungan dua sel dari jaringan yang sama

(organisme berbeda) dalam suatu medan listrik. Fusi protoplasma pada tumbuhan

melalui tahap-tahap, 1) menyiapkan protoplasma dari sel-sel yang masih muda

karena dinding sel tipis serta protoplasma yang banyak dan utuh, 2) mengisolasi

protoplasma sel dengan cara menghilangkan dinding selnya dengan menggunakan

enzim kemudian dilakukan penyaringan dan sentrifugasi berkali-kali, 3)

Protoplasma yang didapat kemudian diuji viabilitasnya (aktivitas hidupnya)

dengan cara melihat aktivitas organel, misalnya melihat aktivitas fotosintesisnya.

Fusi protoplasma pada sel hewan dan manusia sangat berguna terutama

untuk menghasilkan hibridoma. Hibridoma merupakan hasil fusi yang terjadi

antara sel pembentuk antibody dan sel mieloma. Sel pembentuk antibodi ini

adalah sel limfosit B, sedangkan sel mieloma sendiri merupakan sel kanker. Sel

hibridoma yang dihasilkan dapat membelah secara tidak terbatas seperti sel kanker,

tetapi juga menghasilkan antibodi seperti sel-sel limfosit B. Hibridoma yang

dihasilkan diseleksi karena setiap sel menghasilkan antibodi yang sifatnya khas.

Satu antibodi yang dihasilkan spesifik untuk satu antigen. Setiap hibrid ini

kemudian diperbanyak (dikloning). Oleh karena antibodi ini berasal dari satu klon

maka antibodi ini disebut antibodi monoklonal.

c. Kultur Jaringan

Teori yang melandasi teknik kultur jaringan ini adalah teori Totipotensi,

yaitu kemampuan untuk tumbuh menjadi individu baru bila ditempatkan pada

lingkungan yang sesuai. Tahap-tahap kultur jaringan dalam membentuk embrio

dari sel somatik serupa pada tahap perkembangan zigot menjadi embrio.

Perkembangan tersebut dimulai dari sel globular bentuk jantung

bentuk torpedo bentuk kotiledon bentuk plantlet (tumbuhan muda).

Kultur jaringan merupakan perbanyakan vegetative mengunakan jaringan

atau sel pada medium buatan (biasanya berupa agar-agar yang diperkaya dengan

hormon, vitamin, dan unsur hara). Kultur jaringan merupakan salah satu alternatif

untuk mendapatkan tanaman baru yang mempunyai sifat sama dengan induknya.

Teknik ini hanya membutuhkan jaringan maupun sel dari tumbuhan dan akan

didapatkan tanaman sejenis dalam jumlah besar. Kultur jaringan sering disebut

sebagai perbanyakan secara in vitro karena jaringan ditanam (dikultur) pada suatu

media buatan (bukan alami).

5.2.1 Implikasi Bioteknologi pada Sain, Teknologi, Lingkungan, dan

Masyarakat

Penerapan bioteknologi

a. Bidang pangan, Contoh: PST dan mikoprotein

b. Bidang pertanian dan peternakan, Contoh: padi transgenik, buah tahan busuk,

tembakau resisten terhadap virus, dan ikan salmon raksasa

c. Bidang kedokteran, Contoh: pembuatan insulin, vaksin, dan antibodi monoclonal

Dampak bioteknologi

a. Dampak terhadap lingkungan, (1). Dampak positif: a) Penemuan tumbuhan yang

tahan terhadap serangan hama, b) Peningkatan aktivitas pengolahan bahan

tambang sehingga mengurangi pencemaran limbah. (2) Dampak negative: a) dapat

menyebabkan gulma menjadi resisten sehingga populasinya melimpah, b) dapat

menimbulkan ketidakseimbangan ekosistem

b. Dampak di bidang sosial ekonomi, (1) Dampak positif: a) Kalangan industri giat

mencari tanaman atau hewan varietas baru agar nilai jualnya lebih tinggi, b) Pasar

komersial banyak menyediakan produk-produk hasil rekayasa genetika. (2)

Dampak negative: a) Terjadi kesenjangan dan kecemburuan dalam masyarakat

karena produk-produk dari petani tradisional mulai tersisih.

c. Dampak terhadap kesehata, (1) Dampak positif: Penemuan-penemuan produk obat

atau hormon menyebabkan produk tersebut murah dan mudah didapat oleh

masyarakat. (2) Dampak negative: Penggunaan produk kesehatan juga dapat

menimbulkan gejala-gejala lain dari suatu penyakit, misalnya alergi.

d. Dampak etika moral Manusia diharapkan dapat bertindak bijaksana dalam

merekayasa alam.

Bioteknologi (materi IPA kelas IX)

BIOTEKNOLOGI

Bioteknologi adalah pemanfaatan prinsif-prinsif ilmiah dengan menggunakan

makhluk hidup untuk menghasilkan produk dan jasa guna kepentingan manusia.

Ilmu-ilmu pendukung dalam bioteknologi meliputi mikrobiologi, biokimia,

genetika, biologi sel, teknik kimia dan enzimologi. Bioteknologi terdiri dari

bioteknologi tradisional dan bioteknologi modern. Bioteknologi

tradisional/konvensional adalah bioteknologi yang memanfaatkan mikroorganisme

untuk memproduksi alkohol, asam asetat, gula atau bahan makanan seperti tempe,

tape, oncom dan kecap. Ciri khas bioteknologi tradisional, yaitu adanya

penggunaan makhluk hidup secara langsung dan belum tahu adanya penggunaan

enzim. Pengolahan bahan makanan pada bioteknologi tradisional diantaranya: 1)

yoghurt dibuat dari bahan susu yang dipasteurisasi dan diberi mikroorganisme

berupa Lactobacillus bulgaricus dan streptococcus thermophillus. 2) Keju, dibuat

dari susu yang dipasteurisasi. Dalam pembuatannya menggunakan bakteri asam

laktat yaitu Lactobacillus dan streptococcus. Bakteri tersebut berfungsi

memfermentasi laktosa dalam susu menjadi asam laktat. Sisa fermentasi keju

berupa whey masih dapat dimanfaatkan untuk makanan sapi. 3) Mentega, dibuat

dengan menggunakan mikroorganisme Streptococcus lactis dan

Lectonostoceremoris. Baketri-bakteri tersebut membentuk proses pengasaman. 4)

Kecap, dibuat secara fermentasi dengan menggunakan jamur Aspergillus oryzae

yang dibiakkan pada kulit gandum terlebih dahulu. 5) Tempe, dibuat dari bahan

kedelai yang difermentasi dengan menggunakan kapang dari genus Rhizopus, yaitu

Rhizopus oligosporus, Rhizopus stolonifer, Rhizopus arrhizus dan Rhizopus

oryzae.6) Tape, dibuat dari bahan ketela pohon yang difermentasi dengan

menggunakan sel-sel ragi. Ragi dapat menghasilkan enzim yang dapat mengubah

zat tepung menjadi zat gula dan alkohol.

Bioteknologi dibidang pertanian diantaranya; penanaman secara hidroponik dan

aeroponik. Hidroponik artinya pengerjaan air atau bekerja dengan air. Jadi media

tanam untuk tanaman berupa air yang ditambah nutrien sebagai sumber makanan

bagi tanaman. Aeroponik adalah pemberdayaan udara. Tapi sebenarnya aeroponik

merupakan tipe hidroponik yang disemburkan dalam bentuk kabut hingga

mengenai akar tanaman.

Bioteknologi modern yaitu bioteknologi yang menggunakan prinsip-prinsip ilmiah

melalui penelitian. Dalam bioteknologi modern orang berupaya dapat

menghasilkan produk secara efektif dan efisien. Beberapa penerapan bioteknologi

modern sebagai berikut. 1) Rekayasa genetika yaitu merupakan suatu cara

memanipulasikan gen untuk menghasilkan makhluk hidup baru dengan sifat yang

diinginkan. Rekayasa genetika disebut juga pencangkokkan gen atau rekombinasi

DNA. 2) Bioteknologi dibidang kedokteran, misalnya : a) pembuatan anti bodi

monoklonal yaitu anti bodi yang diperoleh dari suatu sumber tunggal. Manfaat anti

bodi ini diantaranya; untuk mendeteksi kandungan hormon korionik gonadotropin

dalam urine wanita hamil, mengikat racun dan menonaktifkannya, mencegah

penolakan tubuh terhadap hasil transplantasi jaringan lain. b) Pembuatan vaksin

untuk mencegah serangan penyakit terhadap tubuh yang berasal dari

mikroorganisme. Vaksin dibuat dari virus dan bakteri yang telah dilemahkan. c)

Pembuatan antibiotika yaitu zat yang dihasilkan oleh organisme tertentu dan

berfungsi untuk menghambat pertumbuhan organisme lain yang ada disekitarnya.

Antibiotik dapat diperoleh dari jamur atau bakteri. d) Pembuatan hormon dengan

menggunakan mikroorganisme tertentu. Beberapa hormon yang telah diproduksi

diantaranya: insulin, growth hormon, kortison dan testosteron. 3) Bioteknologi

bidang pertanian diharapkan dapat meningkatkan hasil pertanian seiring dengan

meningkatnya jumlah penduduk. Beberapa penerapan bioteknologi dibidang

pertanian diantaranya: a) Pembuatan tumbuhan yang mampu mengikat nitrogen

dengan memanfaatkan bakteri Rhizobium yang dapat mengikat nitrogen bebas dari

udara. b) Pembuatan tumbuhan tahan lama melalui rekayasa genetika dengan

rekombinasi gen dan kultur sel. 4) Bioteknologi dibidang peternakan dengan

rekayasa genetika dapat diciptakan hormon pertumbuhan hewan buatan yaitu

Bovin Somatotropin Hormon. Dengan hormon ini hewan dapat tumbuh dan

menaikkan produksi susu sampai 20%. 5) Bioteknologi bahan bakar masa depan

dengan memanfaatkan fermentasi limbah diantaranya gasbio (metana) dan gasahol

(alkohol). 6) Bioteknologi pengolahan limbah dengan cara daur ulang. Salah satu

contoh proses daur ulang sampah tumbuhan dengan proses pirolis yaitu proses

dekomposisi bahan-bahan sampah dengan suhu tinggi pada kondisi tanpa oksigen.

Dengan cara ini sampah dapat diubah menjadi arang, gas dan bahan anorganik.

Dampak Penerapan Bioteknologi

Bioteknologi pada awalnya diharapkan dapat menjelaskan berbagai macam

persolan dunia seperti, polusi, penyakit, pertanian dan sebagainya. Akan tetapi

dalam kenyataannya juga menimbulkan dampak yang membawa kerugian.

Beberapa dampak penerapan bioteknologi diantaranya: 1) Dampak terhadap

lingkungan berupa pencemaran biologi yang dapat lebih berbahaya dibandingkan

pencemaran kimia dan nuklir. Juga perubahan genotipe secara rekayasa genetika

yang tidak terjadi sesuai dengan dinamika populasi sehingga tercipta makhluk

hidup yang seragam yang bertentangan dengan prinsip keanekaragaman. 2)

Dampak terhadap kesehatan dapat terlihat dari penggunaan insulin yang telah

mematikan 31 orang di Inggris. Dan susu sapi yang tercemar bahan kimia baru

yang dapat membahayakan kesehatan setelah diberi hormon BGH. 3) Dampak di

bidang sosial ekonomi, nampak banyak petani kecil yang dirugikan sehingga

menimbulkan kesenjangan ekonomi. 4) Dampak terhadap etika. Dengan

menyisipkan gen makhluk hidup lain yang tidak berkerabat dianggap melanggar

hukum alam dan sulit diterima masyarakat.

TTS

Carilah 10 konsep tentang bioteknologi pada kolom dibawah ini secara menurun

atau mendatar!

A X C V A R G B I O T E K N O L O G I N K O J

S C A S D F H J K L P O I U Y A T R E W Q A Q

P V Z E E R T Y U I K L M N B C B V C X Z S W

E B E D Y E B Q G Z V R Q E R T Y U I O P D E

R Y D Q H R N Z H X B T Z X C O V B N M H F R

G R O W T H H O R M O N R G H B D S A K O G T

I U C T N P M X Y Z V U D Q W A E R T Y I H Y

L H V J O L S C Q X B Y H Z X C U B I A G U U

L N G X H K S V Z C T U B I P I R O L I S K I

U D Y C I J D B Z V Y O N J F L E R I B A L O

S W U Y D U F N Z E T P M J S L J Q D A S M P

O Z J U R T E M X A H Q I Y F U D S A S Q N A

R H I Z O P U S C A R W U G J S H C O K R B S

Y W M N P I G L E F W V D R L B N A B T J V D

Z E K I O G H P U A R Z O U N F J J E R B C F

A Y P M N K P Q I W K X O W T B K I Z X V X G

E N F O I L O W M V E X E H I F D L E J I Z H

D K R E K A Y A S A G E N E T I K A H Q Z Q J

G Y E A N W D E R K O B A Y Q H R B U K O W K

B I B A O Q Q R T S L I A M Z E T R N L P E L

H P U D R C B T Z I R N A G X T W U A R O R M

Q L W E R T Y U I N O P L K J H G F F D S A C

Buatlah Pernyataan atau pertanyaan dari konsep-konsep diatas!

Materi Bioteknologi

Pengertian Bioteknologi

Arti luas: penggunaan berbagai ilmu yang merupakan terapan ilmu.

sedangkan menurut OECD (organization for ekonomic coperation development):

penerapan prinsip ilmiah dan rekayasa pengolahan bahan oleh agen biologi untuk

menyediakan barang dan jasa.

Atau teknologi pemanfaatan organisma atau produk organism yang bertujuan

untuk manghasilkan barang atau jasa

Mikrobiologi: penggunaan teknologi untuk meningkatkan karakter dari suatu

organisma yang dininginkan. Sejarah perkembangan bioteknologi

1. Zaman prasejarah (awal penerapan) 1857 ( era bioteknologi nonmikrobial) 2. 1857 (bioteknologi mikrobial), setelah lois pasteur menemukan bahwa

fermentasi minuman dan makanan merupakan kerja mikroorganisma.

3. 1920, fermentasi berkembang menghasilkan suatu produk zat-zat kimia = aseton, butanol, etanol, gliserin, asam laktat, asam sitrat, asam asetat.

4. Setelah PD II, bekembeng penemuan zat-zat: pinisilin, antibiotika, steroid, enzim, asam amino.

5. Teknologi ilmu berkembeng (biokimia, biologi molekuler) lahirlah teknologi enzim, rekayasa genetika lahirlah (era bioteknologi moderen) sebagai

contoh: teknok rekayasa genetika melalui teknologi DNA rekombinan

(1973) penemuaan ini adalah pemicu terkenalnya bioteknologi

6. Bioteknologi bersifat interdisipiner

Catatan peristiwa dalam perkembangan bioteknologi, diantaranya:

1. Ragi untuk pembuatan anggur, sebelum 6000 SM 2. Ragi untuk pengembangan roti, sekitar 4000 SM 3. Mikroba untuk menambang tembaga (spayol), sebelum 1670 4. Mikroba pertama dilihat antonie van leewenhoek, 1880 5. Mikroba kontaminan pertama penggagal fermentasi ditemukan oleh lois

pasteur, 1876

6. Enzim diestrak dari ragi yang dapat membuat alkohol oleh eduard buchner, 1897

7. Bakteri penghasil aseton, butanol, gliserol, 1910 8. Struktur rantai DNA terungkap, 1928 9. Penemuan dbakteri antibiotika baru (streptomicin, spalosporin,dll), 1953

10. Mikroba untuk menambang uranium di kanada, 1950-an 11. DNA rokombinan ditemukan dan percobaan rekayasa genetika pertama

berhasil, 1973

12. Hibridoma menghasilkan antibodi monoclonal, 1973 13. Insulin hasil rekayasa genetika diperbolehkan digunakan pada manusia,

1981

14. Interferon, hormone tumbuh, vaksin hepatitis, dihasilkan dari rekayasa, pertengahan 80-an

15. Bahan mentah industri plastic dari mikroba, interferon untuk kanker, akhir 80-an

16. Mkroba hasil rekayasa membantu mengesterak minyak dari tanah, 1990

Macam-macam bioteknologiBioteknologi konvensionalPati (amilum) jamur

aspergilusGlukosajamur saccaromycesAlkoholbakteri acetobacterAsam

cukametanobacteriumMetana1. Bioteknologi makanan dan minumanMikro

organisma pengubah bahan pangan (fementasi). Kecap, dari kedelai dan padi-

padian ( aspergilus oryzae). Makanan roti, kue, anggur, bir dilakukan oleh

(saccharomyces), keju, mentega, yoghurt (streptomyces lactis)2. Bioteknologi

obat-obatanAntibotika adalah senyawa kimia yang dihasilkan oleh mikroorganisma

dalam bentuk larutan yang sangat efektif untik menghambat penyebaran

mikroorganisma lain.Contoh:

Pinisilin, penicillium notatum, jamur

Griseofulvin P. grisenofulvum, jamur

Streptomisin, streptomyces griceus, actinomyce

Chloramphenicol, S. venezuelae, tes

Tetracycline, S. aureofaciens

Colistin, bacillus colistinus, bakteri

Polimixin, bacillus polimixa

Hormon. Proses permentasi yang hasil akhirnya dimurnikan dengan

melibatkan teknik seperti, pertukaran ion, kromatografi, dan rekayasa

protein.

3. Bioteknologi penghasil bahan bakar

Penhasil gliserol (etanol murni dari penyaringan alkohol campuran) yang

dihasilkan dari pemenfaatan limbah gula tebu (molase) aleh ragi

(saccharomyces cereviceae)

Produksi biogas (metana), berasal dari limbah pertanian, dicampur dengan

berbagai bakteri pengurai.

4. Bioteknologi pengolahan limbah

Pengolahan plastic oleh jamur cladosporium resinae

Cara gen dari sel eukariota dapat di transfer ke DNA sel prokariota1. Produksi

hormone insulin, interferon dan hormone pertumbuhan2. Memenipulasi gen

(DNA) yang terdapat pada bakteri dengan menambahkan fragmen DNA yang

berasal dari sumber lain untuk menghasilkan produkTeknologi DNA

rekombinasi1. DNA berasal dari dua spesies organism2. Jika berinteraksi

secara permanen didalam sel telur/ sel sperma akan menghasilkan keturunan yang

disebut organisma trensgenik atau organisma rekomendasiPembuatan DNA

rekombinan1. Memanipulasi DNA secara in vitro (di luar sel)2.

Rekomendasi DNA organism lain dengan DNA bakteri didalam fag atau

plasmid3. Kloning atau produksi banyak progeny (virus yang memiliki sifat

yang telah dicangkokan) yang secara gennetic dari plasmid yang mengandung

DNA asing.Kajian lebih lanjut1. KloningSuatu molekul DNA rekombinan

yang mengandung suatu gen atu sikuens DNA lain yang diinginkanya2.

Molekular kloningMelibatkan isolasi suatu sikuens DNA yang diingikan dan

memperoleh salinan-salinannya dalam suatu organism (biasanya bakteri)3.

Cloning vektorMolekul-molekul DNA utas ganda yang sirkuler yang mengandung

DNA asing dan dipropagasi invivo4. Strategi kloning

Pembuatan fragmen DNA

Penggabungan DNA asing ke vektor

Memasukan rekombinan ke sel inang

Seleksi/ skrinning

Pembuatan pragmen DNA

Memotong DNA pada sisi spesifik dengan restriksi endonuklease

Mechanicalnshearing of DNA

5. Pemasukan DNA rekombinan

6. Seleksi