Post on 24-Feb-2016
description
MATA KULIAH TEKNOLOGI FERMENTASI(PENGEMBANGAN GALUR)
JURUSAN TEKNOLOGI PANGANFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
UNIVERSITAS PADJADJARAN
TEKNOLOGI FERMENTASI
MikroorganismeSubstrat
Metabolit Primer & Sekunder
Kelemahan : Jumlah terbatas
Manfaat yang besar dalam berbagai bidang
kehidupan, seperti : kesehatan, produksi pangan, industri dll
Pengembangan Galur
Adaptasi yang tinggi
dengan proses fermentasi
Tingkat produksi lebih
tinggi
Waktu fermentasi
lebih singkat
Penggunaan substrat lebih
murah
Tidak menghasilkan produk yang tidak
diinginkan
Tidak membentuk
busa
Tingkat konsumsi
oksigen lebih rendah
TUJUANPENGEMBANGAN
GALUR
PENDAHULUAN
1.Sel2.Asam nukleat :
1. DNA (Deoxirybo Nuclei Acid)2. RNA (Rybo Nuclei Acid)
SEL
Sel merupakan unit terkecil dalam organisme hidup, baik dalam dunia tumbuhan maupun hewan.Sel terbagi menjadi 2 macam :a. Eukariotb. Prokariotc. Archea
Struktur sel
Asam Nukleat
Nukleoprotein
Protein Asam nukleat
Asam fosfatNukleotida
Basa purin dan basa pirimidin Pentosa
Asam Nukleat
DNA Purin : Adenin (A), Guanin (G)Pirimidin : Timin (T), Sitosin (C)
Nukleotida
• Fosfat – Gula – basa nitrogen
RNA Purin : Adenin (A), Guanin (G)Pirimidin : Urasil (U), Sitosin (C)
Perbedaan DNA & RNA
DNA• Bagian pentosa DNA
adalah deoksiribosa• Bentuk molekul DNA
adalah double stranded / double heliks (heliks ganda)• Urutan basa yang
berbeda (A dan T, G dan C)
RNA• Bagian pentosa DNA
adalah ribosa• Bentuk single stranded
(untai tunggal yang terlipat sehingga menyerupai heliks ganda• Urutan basa yang berbeda
(A dan U, G dan C)• Jumlah guanin pada
molekul RNA tidak perlu sama dengan Cytosin, demikian pula Urasil tidak perlu sama dengan Adenin
Transkripsi
• Pembuatan RNA dengan menyalin basa DNA (ekspresi genetik)
• Perubahan basa Timin menjadi Urasil• Berlangsung dalam mitokondria• RNA terbagi menjadi 3 bagian, yaitu
tRNA,rRNA dan mRNA
Translasi
• Proses sintesis polipeptida dari mRNA• Translasi melibatkan ribosom sebagai tempat
penggabungan asam amino-asam amino menjadi polipeptida
• tRNA sebagai pembawa asam amino ke ribosom dan "penerjemah" sandi genetika mRNA
• Antibiotika dapat menghambat atau menghentikan proses translasi pada biosintesis protein; contohnya antibiotika anisomycin, cycloheximide, chloramphenicol, dan tetracycline.
ISTILAH
Mutasi Mutan Mutagen
MUTASI GENETIK
• Perubahan dalam kromosom yang diturunkan kepada generasi penerusnya
• Terjadi perubahan rangkaian nukleotida• Terjadi secara spontan dan terus menerus dengan
laju lambat
Proses – proses mutasi• Transisi : penggantian satu basa purin
dengan basa purin lainnya atau pirimidin dengan pirimidin lainnya
Transversi : penggantian satu basa purin dengan pirimidin atau sebaliknya pada pada pasangan basa molekul
Mutasi Frame-shift :
Mutagen
• Radiasi sinar ultra violet (UV) dengan λ 200 – 300 nm terutama pada λ 254 nm, menyebabkan : pembentukkan dimer, transisi, transversi dan frame-shift.
• Radiasi ion dengan sinar X, gamma dan Beta
a. Penyebab ionisasi pada mediumb. Bersifat lebih kuat dari radiasi UV
sehingga dapat menempuh sel yang tebal
c. Tingkat kerusakan yang besar
Mutagen Kimia
• Mempengaruhi DNA non-replikasia. Hidroksilamin, menyebabkan mutasi transisib. Komponen alkilasi (EMS, MMS, DES, DEB,
NTG, NMU dan gas mustard), menyebabkan transisi, transversi dan frame-shift.
c. Asam nitrit, menyebabkan deaminasi adenin menjadi hipoksantin dan sitosin menjadi urasil
• Analog basa, dapat menggantikan komponen Timin dan Adenin dalam DNA replikasi
• Mutagen frame-shift :– Menyisip diantara dua basa yang bersebelahan
dalam utas DNA– Menghasilkan protein yang salah– Contoh : pewarna akridin orange, proflavin dan
akriflavin
Perbaikan mutasi
1. Perbaikan bebas kesalahan• Fotoreaktivasi ( mekanismenya memutuskan ikatan
kovalen basa)• Perbaikan eksisi ( mekanismenya dengan
menyambungkan DNA yang rusak dengan enzim polimerase dan ligase)
• Rekombinasi postreplikatif ( mekanismenya DNA yang rusak akan menghasilkan DNA tiruan yang memiliki celah setelah duplikasi dan ditutup dengan bantuan enzim polimerase)
• Perbaikan SOS (terjadi pada DNA dengan kerusakan tinggi, membentuk DNA baru yang tidak sama dengan DNA induk, melibatkan DNA polimerase dan DNA sintetase)
• Perbaikan adaptif ( dilakukan pada DNA rusak akibat proses alkilasi konsentrasi sub letal)
2. Perbaikan tidak bebas kesalahanBagian DNA yang sudah diperbaiki dengan komponen yang tidak sama dengan komponen yang hilang
SELEKSI MUTANKarakteristik mutan yang diharapkan :1. Galur murni2. Produksi sel vegetatif dan spora atau unit propagasi yang
baik3. Mudah tumbuh subur dengan fase lag yang pendek4. Menghasilkan produk tunggal dalam jumlah banyak5. Mudah dipanen6. Bebas senyawa toksin7. Dapat menghasilkan produk metabolit dalam waktu singkat8. Dapat tumbuh dalam kondisi ekstrim9. Sifat genetik yang stabil10. Awet dan dapat disimpan janka waktu lama
Cara seleksi mutan
• Seleksi secara acak dilakukan pada kondisi fermentasi skala industri, namun biayanya mahal
• Isolasi secara selektif :– isolasi mutan resisten– isolasi mutan auksotrop
• Isolasi berdasarkan penampakan koloni
REKOMBINASI
• Rekombinasi pada bakteri :– Transformasi (pemutusan fragmen kromosom
maupun plasmid sel donor dan bergabung dengan fragmen kromosom maupun plasmid dari sel penerima)
– Transduksi (pemindahan DNA dari satu bakteri ke bakteri lain dengan bantuan virus)
– Konjugasi (pemindahan episoma dari sel donor ke sel resipien)
Transduksi
Siklus seksual pada KapangRekombinasi pada Kapang
Siklus paraseksual
Rekombinasi Penggabungan Protoplasma, dengan tujuan :
1. Rekombinasi interspesifik antara galur seksual dan paraseksual
2. Hibridisasi interspesifik untuk memperoleh mikroba baru
3. Transfeksi atau transformasi protoplas (kloning DNA)
REGULASI
Mekanisme induksi enzim (tidak terdapat inducer)
R P O S DNA
represor
RNA polimerase
represor
Mekanisme induksi enzim (terdapat inducer)
R P O S DNA
Transkripsi
RNA polimerase
Translasi
represor
Represor Enzim
inactive
inducer
Mekanisme feed back represion (tanpa co represor)
R P O S DNA
Transkripsi
RNA polimerase
Translasi
aporepresor
Enzim
Mekanisme feed back represion (terdapat co represor)
R P O S DNA
represor
RNA polimerase
Corepresor
aporepresor
corepresor
Rekayasa Genetik Mikroba Tak Terarah untuk Kegiatan Industri
–Dapat dilakukan melalui mutasi menggunakan agensia mutagenik atau radiasi UV• Contoh: Pengembangan Penicillium
penghasil penicillin yang tinggi–Dapat dilakukan melalui fusi
protoplas antar jasad yang secara filogenetik berjauhan hubungannya; sering digunakan pada rekayasa genetik khamir (yeasts) dan jamur
–Rekayasa genetik alami• Menumbuhkan mikroba dalam keadaan
marginal (“stressful”) dan menapis (selecting) galur mikroba baru dengan kemampuan tumbuh yang lebih baik pada keadaan tersebut.• Muncul karena mutasi spontan.
Melalui penyisipan potongan DNA yang mengandung gen menggunakan teknologi rekombinasi DNA untuk menghasilkan produk protein tertentu.
DNA hasil rekombinasi dapat dipindahkan ke dalam jasad yang lain untuk menghasilkan sifat yang dikehendaki di jasad tersebut.
Gen harus bisa diekspresikan.
Rekayasa Genetik Mikroba Terarahuntuk Kegiatan Industri
–Melalui modifikasi pada daerah pengatur transkripsi (transcriptional regulation), memfusikan protein, dan menghilangkan daerah pengatur umpan balik (feedback regulation controls)• Cara ini merupakan bagian dari
pengendalian jalur metabolisme untuk mengendalikan atau meningkatkan produksi suatu bahan.
Pengendalian Ekspresi Gen
Vektor Ekspresi
Vektor yang memiliki promoter untuk dapat melakukan transkripsi suatu gen dalam suatu spesies yang dikehendaki.
DNA Rekombinan
• Kombinasi DNA yang berasal dari dua organisme yang berbeda–Bakteri dan manusia–Bakteri dan tanaman– Virus dan manusia
Bakteri Inang untuk Ekspresi Protein• E. coli– Informasi genetiknya sudah sangat
dipahami–Kemampuannya dalam fermentasi
telah sangat dipahami– Tumbuh cepat dan tidak banyak
persyaratan–Dapat menerima berbagai vektor,
mudah ditransformasi, –Protein intraseluler, – Produksi protein rendah
• Bacillus– Informasi genetiknya sudah sangat
dipahami–Kemampuannya dalam fermentasi
telah sangat dipahami– Tumbuh sangat cepat dan tidak
banyak persyaratan– Produksi protein tinggi– Sulit ditransformasi– Protein intraseluler– Pilihan vektor terbatas
Bakteri Inang untuk Ekspresi Protein
• Streptomyces–Kemampuannya dalam fermentasi
telah sangat dipahami– Informasi genetiknya sudah
dipahami– Tidak banyak persyaratan untuk
tumbuh– Produksi protein tinggi– Protein ektraseluler– Tumbuh lambat – Sulit ditransformasi– Pilihan vektor terbatas
Bakteri Inang untuk Ekspresi Protein
• Saccharomyces–Kemampuannya dalam fermentasi
telah sangat dipahami– Informasi genetiknya sudah
dipahami– Tidak banyak persyaratan untuk
tumbuh– Tumbuh cepat – Produksi protein tinggi– Protein ektraseluler– Sulit ditransformasi– Pilihan vektor terbatas
Khamir Inang untuk Ekspresi Protein
• Trichoderma– Tidak banyak persyaratan untuk
tumbuh– Produksi protein tinggi– Protein ektraseluler–Kemampuannya dalam fermentasi
belum banyak dipahami– Sulit ditransformasi– Tumbuh lambat – Pilihan vektor terbatas
Jamur Inang untuk Ekspresi Protein
DNA Rekombinan
• Kombinasi DNA yang berasal dari dua organisme yang berbeda–Bakteri dan manusia–Bakteri dan tanaman– Virus dan manusia
Penggunaan Mikroba Rekombinan
control
Industri Keju:• Industri keju memerlukan rennet, enzim
protease yang diperoleh dari lambung anak sapi yang masih menyusu dan belum makan rumput.
• Pada tahun 1960 FAO memprediksi akan adanya kekurangan rennet karena kebutuhan daging dunia mendorong peternak untuk memelihara sapinya hingga dewasa. Usaha untuk mencari enzim protease pengganti rennet dimulai.
• Chymosin (rennet hasil rekayasa genetika) dihasilkan pada awal tahun 1980an dari mikroba (Escherichia coli, Kluyveromyces lactis dan Aspergillus niger) yang direkayasa.
• Chymosin telah mengalami pengujian yang ketat untuk menjamin keamanan penggunaannya.
Industri Keju:• Chymosin memiliki sifat dan fungsi yang
sama dengan rennet yang diperoleh dari anak sapi. Enzim ini dapat digunakan untuk menghasilkan keju yang kualitasnya sama dengan keju yang dihasilkan menggunakan rennet dari anak sapi yang lebih baik daripada jika menggunakan rennet dari jamur atau hewan selain sapi.
• Chymosin pertama kali digunakan untuk pembuatan keju pada tahun 1988. Pada saat ini hampir 90% rennet dihasilkan dari khamir terekayasa.
• Penggunaan Chymosin didukung oleh kelompok vegetarian dan kelompok agama yang menolak konsumsi bagian tubuh sapi.
• Produksi protein komersial–Protein pengobatan• Insulin untuk pengobatan diabetes• Interferon-gamma untuk pengobatan kanker• Faktor VIII untuk pengobatan hemofili• Erythropoetin untuk pencairan gumpalan darah
Penggunaan Mikroba Rekombinan(1C)