MAKALAH BIOTEKNOLOGI[1]

MAKALAH BIOTEKNOLOGI REKOMBINAN ENZIM LIGASE

DISUSUN OLEH:

KELOMPOK 1

1. Muh. Ghazi Alghifari (F202101232) 2. Sri Wahyuli (F202101168) 3. Saharanita Alif Wulele (F202101166) 4. Satria Ruslan (F202101163) 5. Iqrawati Nurdin (F202101164) 6. Juwita Andri (F202101167) 7. Esti Nasrawati (F202101165)

PROGRAM STUDI S1 FARMASI FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS MANDALA WALUYA KENDARI

2023

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami ucapkan kehadirat Allah SWT atas segala rahmat-Nya sehingga makalah ini dapat tersusun sampai dengan selesai. Tidak lupa kami mengucapkan terima kasih terhadap bantuan dari pihak yang telah berkontribusi dengan memberikan sumbangan baik pikiran maupun materinya.

Kami sangat berharap semoga makalah ini dapat menambah pengetahuan dan pengalaman bagi pembaca. Bahkan kami berharap lebih jauh lagi agar makalah ini bisa pembaca praktekkan dalam kehidupan sehari-hari.

Bagi kami sebagai penyusun merasa bahwa masih banyak kekurangan dalam penyusunan makalah ini karena keterbatasan pengetahuan dan pengalaman Kami. Untuk itu kami sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca demi kesempurnaan makalah ini.

Kendari, 22 Desember 2023

Penulis

DAFTAR ISI

Halaman Judul...i

Kata Pengantar ... ii

Daftar Isi...iii

BAB I PENDAHULUAN... iv

A. Latar Belakang...iv

B. Rumusan Masalah... iv

C. Tujuan...iv

BAB II PEMBAHASAN... v

A. Definisi Enzim Ligase... v

B. Tata Nama Enzim Ligase...v

C. Klasifikasi Enzim Ligase...vi

D. Mekanisme Enzim Ligase...viii

BAB III PENUTUP... x

A. Kesimpulan... x

DAFTAR PUSTAKA... xi

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Enzim adalah biomolekul berupa protein yang berfungsi sebagai katalis (senyawa yang mempercepat proses reaksi tanpa habis bereaksi) dalam suatu reaksi kimia organic.Molekul awal yang disebut substrat akan dipercepat perubahannya menjadi molekul lain yang disebut produk..

Kerja enzim dipengaruhi oleh beberapa faktor, terutama adalah substrat, suhu, keasaman, kofaktor dan inhibitor. Tiap enzim memerlukan suhu dan pH (tingkat keasaman) optimum yang berbeda- beda karena enzim adalah protein, yang dapat mengalami perubahan bentuk jika suhu dan keasaman berubah. Di luar suhu atau pH yang sesuai, enzim tidak dapat bekerja secara optimal atau strukturnya akan mengalami kerusakan. Hal ini akan menyebabkan enzim kehilangan fungsinya sama sekali. Kerja enzim juga dipengaruhi oleh molekul lain. Inhibitor adalah molekul yang menurunkan aktivitas enzim, sedangkan aktivator adalah yang meningkatkan aktivitas enzim. Banyak obat dan racun adalah inihibitor enzim.

Rekombinan enzim ligase adalah enzim yang digunakan dalam teknik rekombinasi DNA untuk menggabungkan fragmen DNA yang berbeda menjadi satu molekul DNA utuh. Enzim ini bekerja dengan mengkatalisis pembentukan ikatan fosfodiester antara ujung-ujung bebas fragmen DNA yang saling komplementer.

  .

Enzim ligase alami ditemukan pada banyak organisme, termasuk bakteri, virus, dan manusia.

Namun, dalam teknik rekombinasi DNA, seringkali digunakan enzim ligase rekombinan yang dihasilkan melalui rekayasa genetika. Enzim ini biasanya berasal dari bakteri, seperti Escherichia coli.

Penggunaan enzim ligase rekombinan sangat penting dalam berbagai teknik rekombinasi DNA, seperti kloning molekuler, PCR (Polymerase Chain Reaction), dan pembuatan plasmid rekombinan. Enzim ini memungkinkan penyatuan fragmen DNA yang berbeda menjadi satu molekul DNA yang utuh, sehingga memungkinkan manipulasi genetik dan studi lebih lanjut tentang fungsi gen dan regulasi genetik.

B. Rumusan Masalah

a.

Apa yang dimaksud dengan Enzim

l

igase.?

b.

Bagaimana Tata nama Enzim

l

igase.?

c.

Bagaimana klasifikasi Enzim

l

igase.?

d.

Bagaimana Mekanisme DNA

l

igase.?

C. Tujuan

a. Mengetahui bagaimana yang

dimaksud dengan Enzim

l

igase.

b.

Mengetahui Tata nama Enzim

l

igase

c.

Mengetahui klasifikasi Enzim

l

igase

d.

Mengetahui Mekanisme DNA

l

igase

BAB II

PEMBAHASAN A. Definisi Enzim Ligase

Enzim ligase adalah enzim yang berfungsi menggabungkan fragmen DNA yang telah dipotong dengan enzim restriksi dengan fragmen DNA vector. Enzim ligase hanya dapat menggabungkan fragmen DNA yang mempunyai ujung tidak rata (sticky end) yang saling berkomplemen dan ujung rata (blunt end).

Enzim ligase mengkatalisasi pembentukan ikatan kovalen antara gula dengan fosfat dari nukleotida yang berdekatan, yang menghendaki satu nukleotida mempunyai ujung 5’ fosfat bebas dan nukleotida yang berdekatan mempunyai ujung 3’ gugus hidroksil. Enzim ligase tidak membedakan DNA-DNA dari organisme yang berbeda. Oleh karena itu, dua fragmen DNA dari organisme yang berbeda pun dapat digabungkan oleh enzim ini. Kedua fragmen ini kemudian menjadi satu molekul DNA yang disebut sebagai DNA rekombinan. DNA rekombinan ini tidak dapat dilihat keberhasilannya kecuali dengan memperbanyaknya di dalam sel inang. Proses ini disebut sebagai transformasi atau kloning gen (Ulfah C, 2013).

Ligase merupakan proses memasukan sekuens DNA yang mengandunggen yang diinginkan ke dalam DNA genom. Ligase menghasilkan produk yang disebut dengan DNA rekombinan. DNA ligase merupakan enzim yang dapat mengkatalisis pembentukan ikatan fosfodiester antara ujung 5’ fosfat dan 3’hidroksil yang digunakan saat proses ligasi pada DNA yang mengalami pemotongan dengan enzim restriksi sebelumnya. DNA ligase diperlukan untuk menggabungkan fragmen Okazaki saat proses replikasi, menyambung potongan-potongan DNAyang baru disintesis, serta berperan dalam proses reparasi DNA, Oleh karena pentingnya DNA ligase, sekarang ini telah dikembangkan obat antibakterial yang menginhibisi DNA ligase (Miesel L et al. 2003).

B. Tata Nama Enzim Ligase

Penamaan berdasarkan sistem klasifikasi menurut Enzyme Commission (EC) dariInternational Union of Biochemistry (IUB). Setiap enzim dilengkapi dengan E.C. numbersebanyak 4 digit yang dipisahkan dengan titik. Penamaan berdasarkan prinsip berikut :

- Digit ke-1 menunjukkan Kelas enzim

- Digit ke-2 merupakan Subkelas yang menerangkan lebih rinci dari kelas enzim.Bergantung kelas enzimnya.

- Digit ke-3 merupakan Sub-subkelas yang menerangkan lebih rinci dari subkelas enzim.

- Digit ke-4 menerangkan lebih spesifik dan biasanya berupa nomor list yang diberikan oleh Enzyme Commission. Tidak ada aturan umum dari digit 2-4 karena pembagiannya atau artinya bergantung pada kelas utamanya. Enzim yang mengkatalisis dengan reaksi sangat mirip akan mempunyai ketiga digit (1-3) yang sama, contoh reaksi hidrolisisberbagai ester.

Isoenzim adalah enzim yang berbeda tetapi mengkatalisis reaksi yang identik, diberi4 nomor klasifikasi yang sama. Contoh ada 5 Laktat dehidrogenase (LDH) dalam tubuh kitadengan komposisi kimia berbeda tetapi mengkatalisis secara identik, maka diberi nomorE.C. yang sama.

Penamaan untuk reaksi kesetimbangan, diberikan ke reaksi yang penting secarabiokimia. Contoh reaksi redoks yang melibatkan NADH dan NAD+, maka arahnya adalahdimana NAD+bertindak sebagai akseptor proton.

Enzim yang mempunyai aktivitas terhadap dua reaksi, nama diberikan ke reaksiyang penting secara biokimia, nama (aktivitas) kedua ditunjukkan di dalam kurung. Contoh:enzim yang mengkatalisis reaksi redoks dan dekarboksilasi, maka Oksidoreduktase(dekarboksilasi).

Menurut Sri Wahyuni (2007) Masing-masing enzim dimasukkan dalam Enzyme Catalogue dengan 4 digit angka enzyme commission (EC number). Angka pertama menunjukkan kelas dari enzim, dua angka kedua menunjukkan subklas dan sub-subklas. Angka terakhir menunjukkan enzim tersebut masuk dalam subklas (nama enzim) yang mana. Contoh: enzim laktat dehydrogenase (LDH) memiliki EC number 1.1.1.28 (klas 1, oksidoreduktase; subklas 1.1, CH-OH sebagai donor elektron; sub-subklas 1.1.1, NAD(P)+

sebagai akseptor elektron.

C. Klasifikasi Enzim Ligase

Dasar pengklasifikasian enzim dibedakan ada tiga, yaitu klasifikasi berdasarkan fungsinya, klasifikasi berdasarkan tempat bekerjanya, klasifikasi berdasarkan cara terbentuknya (Dwi kameluh Agustina et al., 2019).

Klasifikasi berdasarkan fungsinya dilakukan pertama kali pada tahun 1955 oleh International Union of Biochemstry (IUB) dan Union of Pure and Applied Chemmistry (IUPAC).

Dasar pengklasifikasian yang dilakukan IUB adalah jenis reaksi. Komisi ini mengelompokkan semua jenis enzim yang ada ke dalam 6 kelas. Keenam kelas disusun dalam urutan tertentu dan diberi nomor yang tetap dan tidak boleh diubah-ubah. Keenam kelas utama enzim tersebut adalah oksidoreduktase (kelas 1), transferase (kelas 2), hidrolase (kelas 3), liase (kelas 4), isomerase (kelas 5) dan ligase (kelas 6).

a. Kelas 1: Oksidoreduktase

Berfungsi sebagai katalisator reaksi orsidasi dan reduksi yang merupakan pemindahan elektron, hidrogen, atau oksigen. Sebagai contoh adalah enzim elektron transfer oksidase dan hidrogen peroksidase (katalase). Ada beberapa macam enzim elektron transfer oksidase, yaitu enzim oksidase, oksigenase, hidroksilase dan dehidrogenase.

b. Kelas 2 : Transferase

Berfungsi sebagai katalisator dalam pemindahan gugus molekul dari suatu molekul ke molekul yang lain. Sebagai contoh transaminase adalah enzim untuk memindahkan gugus amina, transfosforilase memindahkan guus fosfat, dan transasilase memindahkan gugus asil.

c. Kelas 3: Hidrolase

Enzim ini berfungsi mengkatalisis reaksi hidrolisis, yaitu reaksi pemutusan ikatan antara karnbon dengan atom lain dengan adanya penambahan molekul air. Sebagai contoh adalah karboksilase menghidrolisis gugus ester karboksil, lipase menghidrolisis lemak, dan peptidase menghidrolisis protein dan polipeptida.

d. Kelas 4: Liase

Enzim ini berfungsi untuk mengkatalisis pengambilan atau penambahan gugusan dari suatu

molekul tanpa melalui proses hidrolisis. Sebagai contoh L-malat hidroliase (fumarase)

mengkatalisis reaksi pengambilan air dari malat untuk menghasilkan fumarat,

Dekarboksilase mengkatalisis reaksi pengambilan gugus karboksi.

e. Kelas 5: Isomerase

Isomerase berfungsi untuk mengkatatoisis reaksi isomerisasi. Sebagai contoh, rasemase mengubah I-alanin menjadi D-alanin, epimerase mengubah D-ribulosa-5-fosfat menjadi D- xylulosa-5-fosfat.

f. Kelas 6: Ligase

Enzim ini mengkatalisis reaksi penggabungan 2 molekul dengan dibebaskannyan molekul pirofosfat dari nukleosida trifosfat, sebagai contoh adalah enzim asetat= CoASH ligase.

Klasifikasi enzim berdasarkan tempat bekerjanya adalah endoenzim dan eksoenzim : a. Endoenzim

Endoenzim disebut juga enzim intraseluler, yaitu enzim yang bekerjanya di dalam sel.

Umumnya merupakan enzim yang digunakan untuk proses sintesis di dalam sel dan untuk pembentukan energi (ATP) yang berguna untuk proses kehidupan sel, misal dalam proses respirasi.

b. Eksoenzim

Eksoenzim disebut juga enzim ekstraseluler, yaitu enzim yang bekerjanya di luar sel.

Umumnya berfungsi untuk “mencernakan” substrat secara hidrolisis, untuk dijadikan molekul yang lebih sederhana dengan BM lebih rendah sehingga dapat masuk melewati membran sel. Energi yang dibebaskan pada reaksi pemecahan substrat di luar sel tidak digunakan dalam proses kehidupan sel.

Klasifikasi berdasarkan cara terbentuknya ada dua yaitu enzim konstitutif dan enzim adaptif : (Dwi kameluh Agustina et al., 2019)

a. Enzim Konstitutif

Di dalam sel terdapat enzim yang merupakan bagian dari susunan sel normal, sehingga enzim tersebut selalu ada umumnya dalam jumlah tetap pada sel hidup. Walaupun demikian ada enzim yang jumlahnya dipengaruhi kadar substratnya, misalnya enzim amilase. Sedangkan enzim-enzim yang berperan dalam proses respirasi jumlahnya tidak dipengaruhi oleh kadar substratnya.

b. Enzim Adaptif

Perubahan lingkungan mikroba dapat menginduksi terbentuknya enzim tertentu.

Induksi menyebabkan kecepatan sintesis suatu enzim dapat dirangsang sampai beberapa ribu kali. Enzim adaptif adalah enzim yang pembentukannya dirangsang oleh adanya substrat. Sebagai contoh adalah enzim beta galaktosidase yang dihasilkan oleh bakteri E.coli yang ditumbuhkan di dalam medium yang mengandung laktosa.

Mulamula E. coli tidak dapat menggunakan laktosa sehingga awalnya tidak nampak adanya pertumbuhan (fase lag/fase adaptasi panjang) setelah beberapa waktu baru menampakkan pertumbuhan. Selama fase lag tersebut E. coli membentuk enzim beta- galaktosidase yang digunakan untuk merombak laktosa.

D. Mekanisme Enzim Ligase

Proses ligasi ini dilakukan oleh enzim DNA ligase dengan bantuan d ari ATP. Ligase dapat dilakukan baik pada ujung-ujung sticky endma upun blunt end, namun proses ligase antara ujung ujung blunt end memerlukan konsentrasi enzim DNA ligase yang leb ih tinggi daripada ujung-ujung sticky end.

Proses ligase ini merupaka n salah satu teknik penting yang diperlukan dalam melakukan reko mbinasi DNA, termasuk protein, untuk menghasilkan konstruksi DN A yang diinginkan (Buwono, dkk., 2018).

Enzim DNA ligase ini akan menyambungkan ujung 3' - OH dengan ujung 5'-PO4 melalui tiga tahapan kimia, yaitu:

1. Ligase bereaksi dengan ATP (atau NAD) untuk membentuk suat u covalent ligase-adenylate intermediate, dimanan AMP akan berikata n dengan gugus N dari asam amini lisin yang terdapat dalam enzim melalui suatu ikatan fosfoamida (P-N).

2. AMP dipindahkan dari ligase menuju ujung 5-P04 untuk membe ntuk suatu DNA adenylate intermediate (AppDNA).

3. Ligase mengkatalis penyerangan 3-OH terhadap ujung dari App DNA untuk membentuk suatu ikatan fosfodiester dan melepas AMP (Buwono, dkk., 2018).

BAB III PENUTUP A Kesimpulan

1.

Enzim ligase adalah enzim yang berfungsi menggabungkan fragmen DNA yang telah dipotong dengan enzim restriksi dengan fragmen DNA vector. Enzim ligase hanya dapat menggabungkan fragmen DNA yang mempunyai ujung tidak rata (sticky end) yang saling berkomplemen dan ujung rata (blunt end).

2. Tata nama enzim yaitu masing-masing enzim dimasukkan dalam Enzyme Catalogue dengan 4 digit angka enzyme commission (EC number). Angka pertama menunjukkan kelas dari enzim, dua angka kedua menunjukkan subklas dan sub-subklas. Angka terakhir menunjukkan enzim tersebut masuk dalam subklas (nama enzim) yang mana. Contoh: enzim laktat dehydrogenase (LDH) memiliki EC number 1.1.1.28 (klas 1, oksidoreduktase; subklas 1.1, CH-OH sebagai donor elektron; sub-subklas 1.1.1, NAD(P)+ sebagai akseptor elektron.

3. Dasar pengklasifikasian yang dilakukan IUB adalah jenis reaksi. Komisi ini mengelompokkan semua jenis enzim yang ada ke dalam 6 kelas. Keenam kelas disusun dalam urutan tertentu dan diberi nomor yang tetap dan tidak boleh diubah-ubah. Keenam kelas utama enzim tersebut adalah oksidoreduktase (kelas 1), transferase (kelas 2), hidrolase (kelas 3), liase (kelas 4), isomerase (kelas 5) dan ligase (kelas 6).

4. Mekanisme enzim ligase melalui tiga tahap yaitu (1) DNA ligase I mengikat dan menghidrolisis adenosin trifosfat (ATP), melepaskan pirofosfat (PP i ) dan zat antara kovalen ligase-adenosin monofosfat (AMP). (2) Gugus AMP selanjutnya ditransfer dari polipeptida ligase ke ujung 5' fosfat dari sebuah torehan pada DNA dupleks. (3) Ligase non-adenilasi mengkatalisis pembentukan ikatan fosfodiester dalam reaksi yang melibatkan serangan nukleofilik oleh gugus 3'H2O dan pelepasan AMP.

DAFTAR PUSTAKA

Ausubel F.M.Brent R.Kingsto R.E. Moore D.D. Seidman J.G. Smith J.A. Struhl K. (1994).

Current Protocols in Molecular Biology. (New York: John Wiley & Sons).

Almatsier, S, 2004. Prinsip Dasar Ilmu Gizi. Jakarta: PT Gedia Pustaka Umum. hal.333

Dwi kameluh Agustina, devita sulistiana, dian puspita anggraini. 2019. Buku BIOTEKNOLOGI MIKROBA : Tinjauan Umum Dan Aplikasi. Serang-Banten Penerbit: cv. Aa. Rizky, ISBN : 978-623-7411-63-5

Johnston LH, Nasmyth KA. Siklus sel Saccharomyces cerevisiae mutan cdc9 rusak pada DNA ligase.

Alam. 1978; 274 :891–893.

Lehninger, A.L., 2005, Principles of Biochemistry, fourth edition, Academic Press, New York.

McMurry, J., and Castellion, M. E. (1992). Fundamental of General Organic and Biological Chemistry, Prentice Hall Inc., New Jersey, p. 528-545.

Prass K, Meisel C, Höflich C, Braun J, Halle E, Wolf T, et al. Stroke induced immunodeficiency promotes spontaneous bacterial infections and is mediated by sympathetic activation reversal by poststroke T helper cell type 1-like immunostimulation. J Exp Med.

2003:198: 725-36

Sri Wahyuni, 2017. BUKU BIOKIMIA ENZIM DAN KARBOHIDRAT. Unimal Press Jl. Sulawesi No.1-2 Kampus Bukit Indah Lhokseumawe 24351.

Voet, D., Voet, J.G., Patt, C. W. (2006). Fundamentals of Biochemistry (2nd ed.). New York: John Wiley & Sons, Inc

Sunatmo, TI. 2009. Eksperimen Mikrobiologi dalam Laboratorium. Ardi Agency. Jakarta.

Winarno, FG. 2002. Kimia Pangan dan Gizi. Gramedia. Jakarta.