Uploaded by hanifauly93

EKSPRESI GEN PADA ORGANISME EUKARIOTIK

advertisement
EKSPRESI GEN PADA ORGANISME EUKARIOTIK
(Insulin pada Manusia)
A. Ekspresi Gen pada Sel Eukariotik
Pada pembahasan terdahulu (struktur dan ekspresi gen) dijelaskan bahwa gen
diekspresikan melalui pembentukan protein atau enzim. Pada pembahasan kali ini akan dijelaskan
bahwa ekspresi gen atau sintesis protein dapat diatur, dihidupkan atau dimatikan sebagaimana
mematikan dan menghidupkan merupakan katalisator yang berperan mejalankan proses reaksi
metabolisme, keberadaan enzim akan menentukan berjalannya proses metabolisme. Bila suatu
produk metabolisme di dalam sel sudah mencapai kuantitas yang mencukupi maka reaksi
metabolisme tersebut harus dihentikan. Proses pengaturan ini dilakukan dengan cara
menghentikan produksi enzim, melalui penghentian ekspresi gen penyandinya. Mekanisme
pengaturan ekspresi gen disebut regulasi ekspresi gen.
Pada eukariot multiselular yang termasuk kedalam diferensiasi sel. Semua mahluk hidup
termasuk manusia berasal dari satu sel, sehingga semua sel yang berasal dari sel awal ini akan
mempunyai kandungan genetik yang sama. Melalui proses diferensiasi dihasilkan berbagai
jaringan dan organ yang mempunyai bentuk dan fungsi yang berbeda-beda. Dalam suatu organ
disintesis suatu produk, sedangkan pada organ lain disintesis produk yang lain. Jadi walaupun
semua sel tersebut mempunyai kandungan genetik yang sama, ternyata terdapat gen-gen yang
diekspresikan hanya pada organ tertentu. Salah satu penerapan dari ekspresi gen pada sel
eukarioutik yaitu pada pembuatan human insulin.
B. Pengertian Insulin
Insulin adalah hormon yang mengubah glukosa menjadi glikogen, dan berfungsi mengatur
kadar gula darah bersama hormon glukagon. Kekurangan insulin karena kelainan genetik pada
pankreas, menyebabkan seseorang menderita diabetes melitus (kencing manis) baik tipe 1 (DMT1)
di mana pankreas tidak memproduksi insulin maupun tipe 2 (DMT2) di mana terjadi gangguan
sekresi maupun resistensi insulin, yang berdampak sangat luas terhadap kesehatan, mulai kelainan
jantung, ginjal, mata (kebutaan) hingga impotensi.
Penemuan insulin lebih dari 80 tahun yang lalu merupakan salah satu penemuan terbesar
dalam dunia kedokteran abad ke- 20. Saat ini, penggunaan insulin mengalami kemajuan yang
pesat. Beberapa kemajuan itu antara lain dalam hal jumlah penggunaan insulin per pasien,
perbaikan mutu insulin, dan cara penggunaan insulin. Kemajuan di bidang bioteknologi yang lain
diantaranya adalah sintesis insulin dengan bantuan bakteri yang biasa terdapat di usus besar yaitu
Escherichia coli. Teknologi dasar proses ini disebut dengan bioteknologi plasmid atau rekayasa
genetik.1
Sebelum ditemukan teknik sintesis insulin, hormon ini hanya bisa diperoleh dari ekstraksi
pankreas babi atau sapi, dan sangat sedikit insulin bisa diperoleh. Setelah ditemukan teknik sintesis
insulin di bidang bioteknologi inilah, harga insulin bisa ditekan dengan sangat drastis sehingga
bisa membantu para pasien diabetes melitus.
C. Insulin pada Hewan
Insulin hewan merupakan jenis pertama dari insulin yang diberikan kepada manusia untuk
mengobati diabetes. Insulin yang dimaksud berasal dari sapi dan babi. Hingga tahun 1980-an,
insulin hewan merupakan satu-satunya pengobatan untuk diabetes yang tergantung insulin atau
yang dikenal dengan diabetes tipe 1. Pada masa sekarang, penggunaan insulin hewan sebagian
besar telah diganti dengan insulin manusia dan insulin analog manusia (human analogue insulin)
meskipun insulin hewan masih tersedia seperti hypurin porcine neutral dan hypurin bovine neutral
dari golongan short acting, hypurin porcine isophane dan hypurin bovine isophane dari golongan
intermediate acting, hypurin bovine lente dan hypurin bovine PZI (Protamine Zinc Insulin) dari
golongan long acting, dan hypurin porcine 30/70 dari golongan premixed.
Mulai tahun 1922, dalam menghadapi permintaan yang besar untuk jenis obat baru,
beberapa perusahaan diberikan izin oleh Universitas Toronto untuk memproduksi insulin. pada
tahun inilah insulin mulai diproduksi secara masal. Pada tahun 1936, protamine yang merupakan
protein dengan berat rendah yang ditemukan dalam sperma ikan digunakan untuk mengembangkan
insulin kerja lambat (long acting insulin) Pada tahun 1959, pertama kali ditemukan berbagai tipe
diabetes yang membutuhkan insulin. Dengan menggunakan teknologi radio immunoassay,
Solomon Berson dan Rosalyn Yalow dapat mengukur kadar insulin dalam darah. Mereka
mendapati sebagian pasien diabetes masih dapat menghasilkan insulin sendiri di mana mereka
kemudian membagi jenis DM sebagai insulin dependent yaitu untuk diabetes melitus tipe 1 dan
non insulin dependent yaitu dikenal sebagai diabetes melitus tipe 2.
D. Insulin pada Manusia
Insulin manusia dikembangkan dari tahun 1960-an hingga 1970-an dan disetujui untuk
digunakan pada tahun 1982. Insulin manusia merupakan produk yang merupakan insulin sintetis
yang diciptakan di laboratorium di dalam bakteri Escherichia coli untuk meniru insulin asli pada
manusia. Para peneliti membutuhkan protein yang memproduksi insulin manusia dan protein ini
didapat melalui serangkaian asam amino yang disintesis oleh DNA. Beberapa contoh human
insulin yang beredar sekarang adalah Humulin S, Actrapid, dan insuman rapid dari golongan short
acting; Humulin I, insuman basal, dan insulatard yang merupakan jenis-jenis NPH dari golongan
intermediate acting; Humulin M2, M3 and M5 serta insuman comb 15, 25 dan 50 dari golongan
premixed.
Tahun 1982, Food and Drug Administration (FDA) menyetujui insulin manusia yang
dihasilkan oleh bakteri diubah secara genetik. Insulin sintetis yang dikenal dengan insulin manusia
berbeda dengan insulin yang berasal dari hewan. Insulin manusia memiliki keuntungan dari insulin
hewan yaitu memungkinkan reaksi alergi menjadi lebih kecil. Insulin akhirnya diproduksi dan
disebar secara luas. Humulin R (insulin human recombinant), Humulin N (NPH), Actrapid, serta
Monotard dari golongan insulin kerja sedang (intermediate acting insulin) merupakan contoh yang
paling mirip dengan insulin manusia.
E. Fungsi Hormon Insulin yang Penting Bagi Tubuh
Setiap manusia pasti memiliki hormon insulin di dalam sistem metabolisme
tubuhnya. Hormon insulin memiliki beberapa fungsi yang sangat penting untuk menunjang fungsi
tubuh yang sehat. Fungsi hormon insulin sangat terkait erat dengan glukosa atau gula darah.
Berikut ini adalah beberapa fungsi hormon insulin yang penting bagi tubuh:
1. Memerintahkan sel untuk mengambil glukosa dari darah
Setelah selesai makan makanan yang mengandung karbohidrat maka tubuh akan
memecah karbohidrat menjadi glukosa atau yang biasa disebut juga sebagai gula darah. Pada
waktu itu, kadar glukosa meningkat karena telah mengonsumsi karbohidrat.
Fungsi hormon insulin yang utama adalah untuk memerintahkan sel-sel yang ada di otot,
hati, dan lemak untuk menyerap glukosa yang ada di aliran darah. Hal ini penting agar glukosa
di dalam darah tetap stabil dan glukosa bisa digunakan oleh sel-sel tersebut.
2. Memerintahkan sel hati untuk mengubah glukosa menjadi glikogen
Fungsi hormon insulin selanjutnya adalah untuk memerintahkan sel-sel yang ada di
organ hati untuk mengubah glukosa yang diserap dari aliran darah menjadi glikogen. Glikogen
merupakan bentuk glukosa yang disimpan di dalam organ hati.
3. Mengubah glikogen menjadi glukosa yang dibutuhkan tubuh
Di saat tubuh sedang memerlukan banyak glukosa seperti sedang belajar atau
berolahraga maka hormon insulin akan menjalankan fungsinya yang lain. Fungsi hormon
insulin pada kondisi tersebut adalah memerintahkan hati agar mengubah glikogen menjadi
glukosa yang sedang dibutuhkan oleh tubuh untuk menunjang aktivitas.
4. Menyimpan kelebihan glukosa sebagai lemak
Tidak hanya untuk mengubah glukosa menjadi glikogen dan sebaliknya, hormon insulin
juga berfungsi untuk menyimpan glukosa yang berlebih. Ada saat di mana tubuh sedang tidak
membutuhkan banyak glukosa dan hati sudah penuh menyimpan glukosa dalam bentuk
glikogen.
Pada saat tersebut maka fungsi hormon insulin adalah memerintahkan sel-sel otot untuk
mengubah glukosa dalam bentuk lemak yang biasanya disimpan di bawah lapisan kulit. Inilah
salah satu proses orang yang mengalami kegemukan atau obesitas.
F. Produksi Protein Human Insulin
Tahapan proses produksi human insulin dalam kultur bakteri yaitu:
1. Proses pembentukan presekutor
Suatu DNA kecil berbentuk lingkaran yang exist dalam bakteria, dikenal sebagai plasmid.
Plasmid ini selanjutnya dimodifikasi agar disisipkan suatu urutan DNA manusia yang
mengandung gen pembentuk proinsulin. Proinsulin adalah presecutor untuk membentuk insulin.
2. Produksi human proinsulin
Plasmid yang telah mengandung gen proinsulin yang telah dibuat sebelumnya selanjutnya
disisipkan (transformasi) ke dalam Eschericia coli (E.coli) yang selanjutnya akan memproduksi
human proinsulin. Bakteri tersebut akan berkembang biak di dalam suatu fermentor yang berisi
media produksi dan akan menghasilkan human proinsulin dalam jumlah besar.
3. Proses ekstraksi insulin
Proses selanjutnya yaitu Bakteri diinaktifkan dengan cara heat sterilization kemudian
proinsulin yang dihasilkan akan dipanen. Proinsulin tersebut kemudian diambil dengan cara
memotong secara enzymatic sehingga yang akan dihasilkan hanya human insulinnya. Selanjutnya,
dilakukan proses sentrifugasi dengan tujuan untuk menghilangkan sel-sel yang tidak diperlukan.
Pemurnian dilakukan dengan cara chromatography dan crystallization.
Download