SISTEM
KOLOID PADA TES DNA
Disusun Untuk Memenuhi Salah
Satu Tugas Mata Pelajaran Kimia
Oleh : Kelompok XI MIPA 5
·
Muhammad Raihan Indraguna
PEMERINTAHAN KABUPATEN
CIAMIS
DINAS PENDIDIKAN
DAN KEBUDAYAAN
SMA NEGERI 2 CIAMIS
JL. K. H AHMAD DAHLAN NO 02 CIAMIS TELP. (0265) 771709
TAHUN
PELAJARAN 2018/2019
A. Pengertian Koloid
Sistem koloid (selanjutnya disingkat "koloid"
saja) merupakan suatu bentuk campuran (sistem dispersi) dua atau lebih zat yang
bersifat homogen namun memiliki ukuran partikel terdispersi yang cukup besar (1
- 1000 nm), sehingga mengalami Efek Tyndall. Bersifat homogen berarti partikel
terdispersi tidak terpengaruh oleh gaya gravitasi atau gaya lain yang dikenakan
kepadanya; sehingga tidak terjadi pengendapan. Misalnya, sifat homogen ini juga
dimiliki oleh larutan, namun tidak dimiliki oleh campuran biasa (suspensi).
Koloid mudah dijumpai di mana-mana: susu, agar-agar,
tinta, sampo, serta awan merupakan contoh-contoh koloid yang dapat dijumpai
sehari-hari. Sitoplasma dalam sel juga merupakan sistem koloid.
B. Jenis-Jenis Koloid
Sistem
koloid dapat dikelompokkan berdasarkan fase terdispersi dan fase
pendispersinya. Berdasarkan fase terdispersi, jenis koloid ada tiga, antara
lain sol (fase tersispersi padat), emulsi (fase terdispersi cair), dan buih
(fase terdispersi gas). Koloid dengan fase pendispersi gas disebut aerosol.
Berdasarkan
fase terdispersi dan pendispersinya, jenis koloid dapat dibagi menjadi 8
golongan seperti pada tabel berikut.
Fase
Terdispersi
|
Fase
Pendispersi
|
Jenis
Koloid
|
Contoh
Koloid
|
Cair
|
Gas
|
Aerosol
|
Kabut, awan, hair
spray
|
Padat
|
Gas
|
Aerosol
|
Asa, debu di udara
|
Gas
|
Cair
|
Buih
|
Buih sabun, krim
kocok
|
Cair
|
Cair
|
Emulsi
|
Susu, santan,
mayonnaise
|
Padat
|
Cair
|
Sol
|
Sol emas, tinta, cat,
pasta gigi
|
Gas
|
Padat
|
Buih padat
|
Karet busa,
Styrofoam, batu apung
|
Cair
|
Padat
|
Emulsi padat (gel)
|
Margarin, keju,
jelly, mutiara
|
Padat
|
Padat
|
Sol padat
|
Gelas berwarna, intan
hitam
|
C. Sifat-Sifat Koloid
1.
Efek Tyndall
Efek Tyndall ialah gejala penghamburan berkas sinar
(cahaya) oleh partikel-partikel koloid. Hal ini disebabkan karena ukuran
molekul koloid yang cukup besar. Efek Tyndall ini ditemukan oleh John Tyndall
(1820-1893), seorang ahli fisika Inggris. Oleh karena itu sifat itu disebut
efek Tyndall.
Efek Tyndall adalah efek yang terjadi jika suatu larutan
terkena sinar. Pada saat larutan sejati disinari dengan cahaya, maka larutan
tersebut tidak akan menghamburkan cahaya, sedangkan pada sistem koloid, cahaya
akan dihamburkan. Hal itu terjadi karena partikel-partikel koloid mempunyai
partikel-partikel yang relatif besar untuk dapat menghamburkan sinar tersebut.
Sebaliknya, pada larutan sejati, partikel-partikelnya relatif kecil sehingga
hamburan yang terjadi hanya sedikit dan sangat sulit diamati.
2.
Gerak Brown
Gerak Brown ialah gerakan partikel-partikel koloid yang
senantiasa bergerak lurus tetapi tidak menentu (gerak acak/tidak beraturan).
Jika koloid diamati dibawah mikroskop ultra, maka kita akan melihat bahwa
partikel-partikel tersebut akan bergerak membentuk zigzag. Pergerakan zigzag
ini dinamakan gerak Brown.
Partikel-partikel suatu zat senantiasa bergerak. Gerakan
tersebut dapat bersifat acak seperti pada zat cair dan gas (dinamakan gerak
Brown), sedangkan pada zat padat hanya berosilasi di tempat (tidak termasuk
gerak Brown). Untuk koloid dengan medium pendispersi zat cair atau gas,
pergerakan partikel-partikel akan menghasilkan tumbukan dengan
partikel-partikel koloid itu sendiri. Tumbukan tersebut berlangsung dari segala
arah. Oleh karena ukuran partikel cukup kecil, maka tumbukan yang terjadi
cenderung tidak seimbang. Sehingga terdapat suatu resultan tumbukan yang
menyebabkan perubahan arah gerak partikel sehingga terjadi gerak zigzag atau
gerak Brown.
Semakin kecil ukuran partikel koloid, semakin cepat gerak
Brown yang terjadi. Demikian pula, semakin besar ukuran partikel koloid,
semakin lambat gerak Brown yang terjadi. Hal ini menjelaskan mengapa gerak
Brown sulit diamati dalam larutan dan tidak ditemukan dalam campuran heterogen
zat cair dengan zat padat (suspensi).
Gerak Brown juga dipengaruhi oleh suhu. Semakin tinggi
suhu sistem koloid, maka semakin besar energi kinetik yang dimiliki
partikel-partikel medium pendispersinya. Akibatnya, gerak Brown dari
partikel-partikel fase terdispersinya semakin cepat. Demikian pula sebaliknya,
semakin rendah suhu sistem koloid, maka gerak Brown semakin lambat.
3.
Adsorpsi
Adsorpsi ialah peristiwa penyerapan partikel atau ion
atau senyawa lain pada permukaan partikel koloid yang disebabkan oleh luasnya
permukaan partikel. Adsorpsi harus dibedakan dengan absorpsi yang artinya
penyerapan yang terjadi di dalam suatu partikel.
Contoh:
(i) Koloid Fe(OH)3 bermuatan positif karena permukaannya menyerap ion H+.
(ii) Koloid As2S3 bermuatan negatif karena permukaannya menyerap ion S2.
4.
Muatan koloid
Dikenal dua macam koloid, yaitu koloid bermuatan positif
dan koloid bermuatan negatif.
5.
Koagulasi koloid
Koagulasi adalah penggumpalan partikel koloid dan
membentuk endapan. Dengan terjadinya koagulasi, berarti zat terdispersi tidak
lagi membentuk koloid.
Koagulasi dapat terjadi secara fisik seperti pemanasan,
pendinginan dan pengadukan atau secara kimia seperti penambahan elektrolit,
pencampuran koloid yang berbeda muatan.
6.
Koloid pelindung
Koloid pelindung ialah koloid yang mempunyai sifat dapat
melindungi koloid lain dari proses koagulasi.
7.
Dialisis
Dialisis ialah pemisahan koloid dari ion-ion pengganggu
dengan cara mengalirkan cairan yang tercampur dengan koloid melalui membran
semipermeabel yang berfungsi sebagai penyaring. Membran semipermeabel ini dapat
dilewati cairan tetapi tidak dapat dilewati koloid, sehingga koloid dan cairan
akan berpisah.
8.
Elektroforesis
Elektroferesis ialah peristiwa pemisahan partikel koloid
yang bermuatan dengan menggunakan arus listrik.
D. Pengertian Elektroforesis
Elektroforesis adalah teknik pemisahan komponen atau
molekul bermuatan berdasarkan perbedaan tingkat migrasinya dalam sebuah medan
listrik . Medan listrik dialirkan pada suatu medium yang mengandung sampel yang
akan dipisahkan. Teknik ini dapat
digunakan dengan memanfaatkan muatan listrik yang ada pada makromolekul,
misalnya DNA yang bermuatan negatif.
Jika molekul yang bermuatan negatif dilewatkan melalui suatu medium,
kemudian dialiri arus listrik dari suatu kutub ke kutub yang berlawanan
muatannya maka molekul tersebut akan bergerak dari kutub negatif ke kutub
positif. Kecepatan gerak molekul tersebut tergantung pada nisbah muatan terhadap
massanya serta tergantung pula pada bentuk molekulnya. Pergerakan ini dapat
dijelaskan dengan gaya Lorentz, yang terkait dengan sifat-sifat dasar elektris
bahan yang diamati dan kondisi elektris lingkungan.
Elektroforesis merupakan metode pemisahan serta analisis
makromolekul (DNA, RNA, protein) dan fragmennya, berdasarkan ukuran dan muatan.
Partikel dan molekul bermuatan bermigrasi dalam medium yang bermuatan
listrik.Karena kecepatan migrasi berbeda tergantung muatan dan ukuran, diana
komponen sampel dipisahkan ke dalam zona-zona dan ditampilkan dalam bentuk pola
khusus. Prinsip elektroforesis ditemukan oleh Arne Tiselius ketika ia
memisahkan serum manusia ke menjadi 4 komponen utamanya; albumin dan globulin
a, b, dan g (Jan-Christer Janson, 2011).
Elektroforesis dalam larutan bebas atau gel berpori
seperti 1-2 % agarose memisahkan sebagian besar protein menurut titik
isoelektrik atau muatannya. Elektroforesis dalam gel seperti poliakrilamid
memisahkan sebagian besar protein bedasarkan ukuran molekuler proteinnya
(Jan-Christer Janson, 2011)
Fe = qE
F= gaya Lorentz, q= muatan yang dibawa oleh objek, E adalah medan listrik.
Secara umum, elektroforesis digunakan untuk memisahkan,
mengidentifikasi, dan memurnikan fragmen DNA.
Pergerakan molekul terutama tergantung di muatan yang ada
pada permukaan partikel, tanda dan besarnya muatan pembawa oleh variasi group
ionogenik. Tergantung kepada kekuatan molekul listrik dan pH dari medium dalam
mengkateristik, sehingga pemisahan molekul dapat terjadi karena efek seleksi
dan medium yang sesuai.
E. Jenis-Jenis Elektroforesis
1.
Elektroforesis kertas
Adalah jenis elektroforesis yang terdiri dari kertas
sebagai fase diam dan partikel bermuatan yang terlarut sebagai fase gerak,
terutama ialah ion-ion kompleks. Pemisahan ini terjadi akibat adanya gradasi
konsentrasi sepanjang sistem pemisahan. Pergerakan partikel dalam kertas
tergantung pada muatan atau valensi zat terlarut, luas penampang, tegangan yang
digunakan, konsentrasi elektrolit, kekuatan ion, pH, viskositas, dan adsorpsivitas
zat terlarut.
2.
Elektroforesis gel
Adalah elektroforesis yang menggunakan gel sebagai fase
diam untuk memisahkan molekul-molekul. Awalnya elektoforesis gel dilakukan
dengan medium gel kanji (sebagai fase diam) untuk memisahkan biomolekul yang
lebih besar seperti protein-protein. Kemudian elektroforesis gel berkembang
dengan menjadikan agarosa dan poliakrilamida sebagai gel media.
F. Medium Pendukung
Elektroforesis untuk makromolekul memerlukan medium
pendukung untuk mencegah terjadinya difusi karena timbulnya panas dari arus
listrik yang digunakan. Gel poliakrilamid dan agarosa merupakan medium
pendukung yang banyak dipakai untuk separasi protein dan asam nukleat. Efek
penguapan juga dapat diturunkan minimal jika elektroforesis dilakukan di medium
pendukung yang dicelupkan dengan larutan buffer. Pemisahan sempurna suatu
campuran dapat terjadi efektif dalam zona tertentu.
Meskipun medium pendukung relatif stabil (inert),
komposisinya mungkin akan menyebabkan penyerapan, migrasi elektron (elektro
osmosis) atau penyaringan berdasarkan ukuran molekulnya, yang kesemuanya mempengaruhi
kecepatan gerak senyawa.
1.
Cellulose asetat
2.
Larutan Buffer
Larutan buffer (penyangga) ini menstabilkan pH medium
pendukung. Buffer juga dapat mempengaruhi kecepatan gerak senyawa karena
beberapa hal, yaitu :
·
Komposisi
Buffer harus tidak mengikat senyawa yang dipisahkan
karena akan mempengaruhi kecepatan gerak. Buffer borat dipakai untuk memisahkan
karbohidrat, karena dapat membentuk gabungan yang bermuatan listrik dengan
karbohidrat.
·
Konsentrasi
Dengan naiknya kekuatan ion buffer, jumlah arus listrik
yang terbawa meningkat dan bagian aliran yang dibawa sampel menurun, sehingga
memperlambat geraknya. Kekuatan ion tinggi dalam buffer akan meningkatkan arus
keseluruhan sehingga panas juga meningkat, biasanya dipilih 0,05 -0,10M.
·
pH
Tingkat ionisasi asam-asam organik akan bertambah apabila
pH bertambah, sebaliknya untuk basa-basa organik,oleh sebab itu tingkat
kecepatan geraknya juga terpengaruh oleh pH. Kedua pengaruh dapat terjadi pada
senyawa seperti asam aminoyang memiliki sifat asam dan basa
3.
Medan elektrik
Apabila voltase diberikan diantara dua elektroda, arus
ditentukan oleh tahanan dalam medium.
·
Voltase
Apabila jarak antara dua elektroda adalah 1 meter dan
perbedaan potensial antara keduanya adalah V volt sehingga gradient
potensialnya adalah V/1m. Kenaikan gradient potensial akan menyebabkan
kecepatan gerak ion.
·
Aliran
listrik
Arus aliran listrik dalam larutan antara dua elektroda
disebabkan umumnya oleh ion buffer dan sedikit oleh ion dalam sampel. Kenaikan
voltase akan meningkatkan jumlah muatan yang dipindahkan setiap detik kearah
elektroda. Jarak yang ditempuh ion akan sebanding dengan waktunya.
·
Tahanan
Medium elektroforesa menimbulkan pada aliran ion
sebanding dengan jenis medium, jenis buffer dan konsentrasinya. Tahanan akan
meningkat dengan bertambahnya jarak antara elektroda, namun berkurang dengan
bertambahnya luas permukaan elektroda dan konsentrasi ion dalam buffer.
G. Elektroforesis DNA
Pemisahan DNA dilakukan dengan menggunakan elektroforesis
gel. Molekul DNA terpisah berdasarkan
ukuran ketika dilewatkan pada matriks gel dengan aliran listrik. DNA memiliki muatan negatif, dan saat berada
dalam aliran listrik, akan bermigrasi melalui gel menuju kutub positif.
Molekul yang berukuran besar, memiliki kesulitan melewati
pori-pori gel sehingga bermigrasi lebih lambat melalui gel dibandingkan DNA
yang berukuran lebih kecil. Setelah elektroforesis selesai, molekul DNA
divisualisasi dengan pewarna fluorescent seperti ethidium yang berikatan dengan
DNA dan berada di antara basa-basa DNA.
Dua alternatif macam gel adalah poliakrilamida dan
agarosa. Poliakrilamida memiliki
kapasitas resolusi yang lebih tinggi, tetapi gel poliakrilamida dapat
memisahkan DNA hanya dalam rentang ukuran DNA yang sempit. Jadi gel
poliakrilamida dapat memisahkan DNA satu sama lainnya yang berbeda ukurannya
hanya beberapa atau bahkan satu pasang basa saja tetapi pada molekul yang
berukuran beberapa ratus pasang basa saja (dibawah 1000 pasang basa). Gel agarosa
memiliki resolusi yang lebih rendah tetapi dapat memisahkan DNA yang berukuran
sampai puluhan kilo pasang basa.
DNA yang berukuran sangat panjang tidak dapat melewati
pori gel bahkan pori gel agarosa. DNA
yang sangat besar melewati matriks dengan satu ujung bergerak lebih dulu sedang
ujung lainnya mengikuti. Akibatnya DNA
diatas ukuran tertentu (30 -50 kb) bermigrasi dengan jarak yang sama sehingga
tidak dapat diamati pemisahannya. DNA
yang sangat panjang ini dapat dipisahkan satu sama lainnya dengan jika daerah
listrik diaplikasikan dalam ‘pulses’ yang berasal secara orthogonal satu sama
lainnya. Teknik ini disebut pulsed-field
gel electrophoresis (PFGE)
Elektroforesis juga digunakan untuk memisahkan RNA. Seperti juga DNA, RNA memiliki muatan negative,
tetapi molekul RNA merupakan molekul utas tunggal dan memiliki struktur
sekunder atau tersier. Untuk
mengatasinya, RNA diberi perlakuan dengan glyoxal yang bereaksi dengan RNA
sehingga menghalangi pembentukan pasangan basa.
RNA yang ter-glyoxylasi tidak dapat membentuk struktur sekunder atau
tersier sehingga dapat bermigrasi dengan mobilitas yang proporsional terhadap
ukurannya. Elektroforesis juga digunakan
untuk memisahkan protein dengan prinsip yang sama.
H. Metode Elektroforesis
1.
Ektraksi enzim
Setelah sampel dibersihkan ditempatkan didalam mortal dan
diberi pengestrak sebanyak ± 200 (tergantung dari banyaknya, sedikitnya sampel
atau besar kecilnya sampel) kemudian smpel digerus hingga halus. Penggerusan
dilakukan pada kondisi dingin (± 4 0C) dan dilakukan didalam meja pendingin.
Agar suhu tetap konstan. Hasil gerusan tersebut dimasukkan kedalam tabung
eppendrof dan kemudian dilakukan sentrifuse dengan kecepatan 2000 rpm selama 20
menit. Supernatan yang didapat dipisahkan dari endapan yang selanjutnya
dimasukkan dalam tabung eppendof yang disimpan dalam lemari pendingin (freezer)
dalam suhu sekitar 70 0C.
2.
Pembuatan gel
Cara pembuatan gel adalah dengan melarutkan gel bubuk
yang khusus digunakan untuk elktroforesis pada erlenmeyer, kemudian di cetak pada
cetakan khusus yang telah disediakan dan ditunggu hingga kering. Dalam
pembuatan agar, proporsi campuran antara agar dan pelarutnya harus sesuai,
karena kalau tidak maka substratnya tidak akan dapat berjalan.
3.
Penempatan sampel
Gel dilepaskan dari cetakan gel dengan cara mengiris
keliling tepi gel dengan menggunakan pisau. Bagian ujung gel diiris atau dibuat
sumuran dengan cetakan khusus kira 2 cm dari salah satu tepi yaitu dari arah
katoda yang sebagai penyimpan ekstrak enzim. Ekstar enzim yang akan diuji
dikeluarkan dari freezer dan dibiarkan sebentar hingga mencair. Pengambilan
ekstrak enzim dilakukan dengan cara mencelupkan kertas saring berukuran 6 x 15
mm ke ekstrak enzim atau dengan pipet mikro. Potongan kertas saring yang telah
berisi ekstrak enzim diletakkan dengan posisi tegak lurus ke celah irisan gel.
Jarak anatra celah 1-1.5 mm. Sebagai indikator adanya pergerakan maka celah
irisan gel tersebut diberikan sedikit biru brom fenol.
4.
Proses Elektroforesis
Ø
Gel
yang telah siap kemudian diletakkan secara horizontal diatas kotak elektroforis
yang telah berisi larutan penyangga elektroda. Proses ini dilakukan di dalam
lemari pendingin dengan suhu 40C.
Ø
Kedua
sisi gel diberi spons yang telah dibasahi dengan larutan penyangga elektroda
sebagai jembatan anatar larutan penyangga elektroda dengan gel.
Ø
Setelah
itu gel ditutup dengan plastik dan di atas gel tersebut diberi gel yang dingin.
Ø
Proses
elekrofororsis dijalankan dengan memberi daya listrik pada gel. Pemberian daya
listrik disesuaikan dengan sampel yang akan digunakan, misalnya sebesar 50-70
A, 50-60 A atau 45-55 A selama kurang lebih 3 jam.
Ø
Setelah
terlihat bahwa biru brom fenol mencapai titik yang berjarak ± 3 cm dari ujung
gel, maka proses elekrofororsis dihentikan. Bagian gel yang tidak terpakai dipotong,
sedangkan potongan gel yang menjadi tempat migrasi enzim diiris tipis secara
horizontal dengan menggunakan gergaji yang berkawat tipis.
Ø
Gel
diiris menjadi beberapa lembar gel yang kemudian setiap lembar gel yang
diletakkan dalam wadah plastik, untuk selanjutnya diwarnai sesuia enzim yang
akan dianalisis.
5.
Visualisasi sistem enzim
Visualisasi sistem dilakukan dengan pewarna biokimia.
Dengan komposisi yang telah ditentukan sebelumnya. Atau dapat pula dilakukan
dengan pancaran sinar Ultraviolet.
I. Tahapan Tes DNA dengan Metode Elektroforesis
Pada dasarnya tahapan metode tes DNA dengan cara
elektroforesis meliputi beberapa tahapan berikut yaitu :
Ø
Pertama
tahapan preparasi sampel yang meliputi pengambilan sampel DNA (isolasi) dan
pemurnian DNA. Dalam tahap ini diperlukan kesterilan alat-alat yang digunakan.
Untuk sampel darah, dalam isolasinya dapat digunakan bahan kimia
phenolchloroform sedangkan untuk sampel rambut dapat digunakan bahan kimia
Chilex.
Ø
Selanjutnya
DNA dimurnikan dari kotoran-kotoran seperti protein, sel debris, dan lain lain.
Untuk metode pemurnian biasanya digunakan tehnik sentrifugasi dan metode
filtrasi vakum. Tetapi berbagai ilmuwan telah banyak meninggalkan cara tersebut
dan beralih ke produk-produk pemurnian yang telah dipasarkan seperti produk
butir magnet dari Promega Corporation yang memanfaatkan silica-coated
paramagnetic resin yang memungkinkan metode pemisahan DNA yang lebih sederhana
dan cepat.
Ø
Tahapan
selanjutnya adalah memasukan sampel DNA yang telah dimurnikan kedalam mesin PCR
(polymerase chain reaction) sebagai tahapan amplifikasi.
Ø
Hasil
akhir dari tahap amplifikasi ini adalah berupa kopi urutan DNA lengkap dari DNA
sampel. Selanjutnya kopi urutan DNA ini akan dikarakterisasi dengan
elektroforesis untuk melihat pola pitanya. Karena urutan DNA setiap orang
berbeda maka jumlah dan lokasi pita DNA (pola elektroforesis) setiap individu
juga berbeda. Pola pita inilah yang disebut DNA sidik jari (DNA finger print)
yang akan dianalisa pola STR nya. Tahap terakhir adalah DNA berada dalam
tahapan typing, proses ini dimaksudkan untuk memperoleh tipe DNA. Mesin PCR
akan membaca data-data DNA dan menampilkannya dalam bentuk angka-angka dan
gambar-gambar identfikasi DNA. Finishing dari tes DNA ini adalah mencocokan
tipe-tipe DNA.
J. Penggunaan Elektroforesis dalam Tes DNA
Partikel koloid dapat bergerak dalam medan listrik karena
partikel koloid bermuatan listrik. Pergerakan partikel koloid dalam medan
listrik ini disebut elektroforesis. Jika dua batang elektrode dimasukkan
kedalam sistem koloid dan kemudian dihubungkan dengan sumber arus searah, maka
partikel koloid akan bergerak kesalah satu elektrode tergantung pada jenis
muatannya. Koloid bermuatan negatif akan bergerak ke anode (elektrode positif)
sedang koloid bermuatan positif akan bergerak ke katode (elektrode negatif).
Elektroforesis dapat digunakan untuk mendeteksi muatan
partikel koloid. Jika partikel koloid berkumpul dielektrode positif berarti
koloid bermuatan negatif, jika partikel koloid berkumpul dielektrode negatif
bearti koloid bermuatan positif. Peristiwa elektroforesis ini sering dimanfaatkan
kepolisian dalam identifikasi/tes DNA pada jenazah korban pembunuhan/ jenazah
tak dikenal
