Pembuatan Campuran Larutan Asam amino

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN
DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN MENENGAH
DIREKTORAT PEMBINAAN SEKOLAH MENENGAH ATAS
Test Seleksi Calon Peserta
International Biology Olympiad (IBO) 2016
18–23 Mei 2015
Yogyakarta, DIY
TES PRAKTIKUM
BIOLOGI SEL DAN BIOKIMIA
Total Point: 100
Waktu: 80 Menit
www.tobi.or.id
Nama
: ………………………………………………
ID OSN
: ………………………………………………
Asal sekolah : ………………………………………………
Olimiade Sains Nasional (OSN) 2015
Bid. Biologi
Yogyakarta, 18-23 Mei 2015
Petunjuk Pengerjaan
Berikan jawaban Anda pada lembar jawaban yang telah disediakan.
Bagian A - Analisis Asam Amino menggunakan Kromatografi 2D (Nilai 50)
Asam amino merupakan salah satu senyawa building block makhluk hidup yang memiliki peran
penting dalam metabolisme dan pertumbuhan makhluk hidup. Berbagai metode telah
dikembangkan untuk mempelajari berbagai macam asam amino dan karakteristiknya. Salah satu
metode yang telah dikembangkan adalah metode kromatografi 2 dimensi (2D).
Alat dan Bahan
Pastikan di meja anda telah tersedia semua alat dan bahan sebagai berikut:
a. Tabung kapiler
b. Gunting
c. Micropipette 100 µl
d. Tabung mikro 1,5 ml (tempat untuk membuat campuran asam amino)
e. Pensil
f. Masker
g. Sarung tangan
h. Kartu nomor urut
i. Larutan Asam Amino 1 di dalam tabung mikro 1
j. Larutan Asam Amino 2 di dalam tabung mikro 2
k. Larutan Asam Amino 3 di dalam tabung mikro 3
l. Kertas Whatman no. 1
Selain alat dan bahan diatas, beberapa bahan lain yang digunakan adalah :
a. Larutan 1 di dalam Bejana komatografi 1
b. Larutan 2 di dalam Bejana komatografi 2
c. Ninhidrin
Pembuatan Campuran Larutan Asam amino
Buat campuran larutan asam amino dengan volume akhir 30 µl dengan memasukkan
masing-masing asam amino ke dalam tabung mikro yang kosong dengan perbandingan
yang sama.
Persiapan Kromatogram
1. Potong kertas Whatman menjadi bentuk kotak dengan panjang sisi 4,5 cm.
2. Gambar garis referensi dengan jarak 0,5 cm dari keempat sisi kertas Whatman
menggunakan pensil.
3. Beri tanda titik pada sudut bawah kiri kertas menggunakan pensil.
4. Tuliskan nomor urut anda pada sudut atas kanan.
5. Lihat Gambar 1 dibawah untuk acuan pembuatan kromatogram.
2
Nama
: ………………………………………………
ID OSN
: ………………………………………………
Asal sekolah : ………………………………………………
Olimiade Sains Nasional (OSN) 2015
Bid. Biologi
Yogyakarta, 18-23 Mei 2015
Gambar 1. Contoh Kromatogram
Prosedur
1. Teteskan campuran larutan asam amino di titik yang telah anda beri tanda menggunakan
pipa kapiler. Tunggu tetesan hingga kering. Usahakan untuk mendapatkan tetesan
berukuran kecil (diameter 2-3 mm).
2. Angkat kartu nomor urut Anda. Tunggu hingga anda dipanggil oleh asisten.
3. Saat dipanggil, bawa kertas Whatman yang telah anda tetesi ke lemari asam.
Kromatografi Tahap 1
1. Masukkan kertas Whatman ke dalam bejana kromatografi 1 sesuai dengan nomor urut
anda.
2. Tutup kembali bejana. Biarkan kromatografi berjalan kurang lebih 15 menit. Dalam waktu
ini, pelarut akan naik hingga garis referensi atas.
Kromatografi Tahap 2
3. Setelah 15 menit, angkat kartu nomor urut Anda.
Asisten akan menghampiri dan mengambil kartu nomor urut Anda. Asisten akan
mengangkat dan mengeringkan kromatogram anda. Setelah kering, nomor anda akan
dipanggil.
4. Putar kromatogram anda 90O berlawanan arah jarum jam dari posisi di Bejana komatografi
1.
5. Masukkan kromatogram anda kedalam Bejana komatografi 2.
6. Kembali ke meja anda dengan membawa kertas nomor urut Anda.
7. Setelah 15 menit, angkat kartu nomor urut Anda.
Asisten akan menghampiri dan mengambil kartu nomor urut anda. Asisten akan
mengangkat, mengeringkan dan melakukan pewarnaan terhadap kromatogram anda.
Setelah kering, nomor anda akan dipanggil.
8. Bawa lembar jawaban anda kedepan. Kromatogram akan ditempelkan pada lembar
jawaban anda.
Analisis
Kromatografi lapis tipis didasarkan atas perbedaan kekuatan interaksi antara senyawa dalam
campuran dengan fasa diam (kertas kromatografi) dan fasa bergerak (pelarut). Setiap fasa
memiliki sifat kimiawi yang berbeda. Senyawa yang berinteraksi lebih kuat dengan fasa bergerak
3
Nama
: ………………………………………………
ID OSN
: ………………………………………………
Asal sekolah : ………………………………………………
Olimiade Sains Nasional (OSN) 2015
Bid. Biologi
Yogyakarta, 18-23 Mei 2015
akan bergerak lebih jauh dibandingkan senyawa dengan interaksi yang lebih lemah. Dengan
demikian, senyawa dalam campuran akan bergerak dengan jarak yang berbeda-beda.
Perbedaan kekuatan interaksi antara satu senyawa dalam campuran dengan senyawa lainnya
dikuantifikasi menggunakan retention factor (Rf). Retention factor membandingkan jarak
tempuh senyawa dengan jarak tempuh pelarut.
𝑅𝑓 =
𝑗𝑎𝑟𝑎𝑘 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑢ℎ 𝑠𝑒𝑛𝑦𝑎𝑤𝑎
𝑗𝑎𝑟𝑎𝑘 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑢ℎ 𝑝𝑒𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡
Senyawa yang berbeda memiliki nilai Rf yang berbeda pula. Nilai Rf dapat dibandingkan dengan
nilai baku untuk menentukan senyawa pada kromatogram.
Kromatografi 2 dimensi (2D) merupakan suatu teknik kromatografi yang memisahkan senyawa
menggunakan 2 pelarut dengan sifat yang berbeda. Dengan demikian, senyawa dapat
dipisahkan dengan lebih baik. Kromatografi 2D mendapatkan 2 nilai Rf. Rf 1 adalah nilai Rf untuk
pelarut 1, dan Rf 2 adalah nilai Rf untuk pelarut 2.
Soal A.1.1 Gunakan Tabel 1 mengenai nilai Rf untuk menentukan asam amino yang anda
dapatkan.
Soal A.1.2 Tentukan kekuatan interaksi asam amino dengan pelarut 1, mana yang paling kuat
(+++), paling kuat kedua (++) dan yang paling lemah (+).
Soal A.1.3 Tentukan kekuatan interaksi asam amino dengan pelarut 2, mana yang paling kuat
(+++), paling kuat kedua (++) dan yang paling lemah (+).
Tabel 1. Nilai Rf untuk beberapa asam amino.
Asam Amino
Arginin
Asam Aspartat
Methionin
Prolin
Serin
Threonin
Rf 1
0.31
0.30
0.60
0.45
0.29
0.40
Rf 2
0.77
0.13
0.74
0.76
0.45
0.60
4
Nama
: ………………………………………………
ID OSN
: ………………………………………………
Asal sekolah : ………………………………………………
Olimiade Sains Nasional (OSN) 2015
Bid. Biologi
Yogyakarta, 18-23 Mei 2015
Bagian B.1 - Analisis Asam Amino menggunakan Kromatografi 2D
Kromatografi merupakan teknik yang sering digunakan untuk memisahkan senyawa secara
kualitatif. Kromatografi kertas menggunakan perbedaan kekuatan antara senyawa dalam
campuran dengan fasa diam (kertas ) dan fasa bergerak (larutan eluen) yang digunakan untuk
memisahkan campuran.
Pada Bagian A, eksperimen kromatografi 2D digunakan untuk menganalisis komponen asam
amino dalam campuran. Kertas Whatman no. 1 digunakan sebagai fasa diam (FD). Sedangkan
dua larutan digunakan sebagai fasa bergerak, yaitu:
Larutan 1 - asam asetat glasial, butanol dan air (P1)
Lartuan 2 – fenol dan air (P2)
Asam amino memiliki sifat yang berbeda-beda yang dipengaruhi oleh komposisi rantai
sampingnya. Gambar 1 berisi daftar asam amino beserta gugus sampingnya.
Pewarnaan asam amino dilakukan dengan merendam kromatogram kedalam ninhidrin yang
dilarutkan kedalam etanol. Pewarnaan asam amino dengan ninhidrin menghasilkan warna ungu.
Soal B.1.1 Cocokkan reagen yang digunakan dengan stuktur kimianya di bawah ini.
A
D
B
E
C
F
Soal B.1.2 Tentukan apakah masing-masing asam amino di bawah ini (Gambar 1) bersifat nonpolar (NP), polar tak bermuatan (P), bermuatan positif (+) atau bermuatan negatif (-).
5
Nama
: ………………………………………………
ID OSN
: ………………………………………………
Asal sekolah : ………………………………………………
Olimiade Sains Nasional (OSN) 2015
Bid. Biologi
Yogyakarta, 18-23 Mei 2015
Gambar 1
Soal B.1.3 Tentukan fasa mana (FD, P1, P2) yang akan berinteraksi lebih kuat dengan masingmasing asam amino di Gambar 1.
6
Nama
: ………………………………………………
ID OSN
: ………………………………………………
Asal sekolah : ………………………………………………
Olimiade Sains Nasional (OSN) 2015
Bid. Biologi
Yogyakarta, 18-23 Mei 2015
Bagian B.2 – Metabolisme Asam Amino
Jalur biosintesis asam amino merupakan salah satu jalur yang penting dalam metabolisme.
Perkembangan biologi molekuler dan bioteknologi memungkinkan manipulasi jalur metabolisme
untuk menghasilkan asam amino yang diinginkan dalam jumlah besar. Akumulasi asam amino
dapat disebabkan adanya peningkatan atau penurunan enzim pada salah satu langkah
metabolisme.
Diagram di bawah (Gambar 2) menggambarkan jalur biosintesis yang umum ditemukan pada
bakteri. Langkah-langkah penting pada jalur metabolisme telah ditandai dengan urutan hurufnomor (contohnya: A-1).
Gambar 2
7
Nama
: ………………………………………………
ID OSN
: ………………………………………………
Asal sekolah : ………………………………………………
Olimiade Sains Nasional (OSN) 2015
Bid. Biologi
Yogyakarta, 18-23 Mei 2015
Soal B.2.1 Tentukan asam amino yang mengalami kenaikan dan asam amino yang mengalami
penurunan konsentrasi untuk setiap rekayasa yang dilakukan pada langkah-langkah berikut.
No
1
2
3
4
5
Aktifitas ↑
H-4
G-8
Aktifitas ↓
H-5
G-6
F-4
D-1
C-1
Kons. ↑
Kons.↓
D-1
Soal B.2.2 Gunakan informasi pada gambar diatas untuk menentukan satu langkah yang
diaktifkan dan satu langkah yang dihambat sehingga menghasilkan akumulasi dan deplesi asam
amino yang terlihat.
No
1
2
3
4
5
Aktifitas ↑
Aktifitas ↓
Kons. ↑
Fenilalanin
Metionin
Glutamat
Glisin
Lesin
Kons.↓
Triptofan
Lisin
Histidin
Sistein
Alanin
Bagian B.3 – Produksi Asam Amino
Produksi asam amino pada skala industri melibatkan faktor biologi dan bioproses. Bakteri yang
digunakan adalah varian yang secara alami mengekspresikan asam amino yang diinginkan dalam
jumlah besar. Bakteri dibiakkan dalam bioreaktor dengan kondisi terkontrol untuk memproduksi
asam amino secara optimal.
Bakteri Corynobacterium glutamicum kerap digunakan dalam produksi asam glutamat. Tiga
varian C. glutamicum (TBI01, TBI02, TBI03) dengan pola produksi yang berbeda telah diisolasi.
Pertumbuhan masing-masing varian dan pola produksi asam glutamat dapat dilihat pada grafik
di halaman selanjutnya.
Soal B.3.1 Tentukan apakah masing-masing varian memiliki laju pertumbuhan yang lebih cepat
(+), lebih lambat (-) atau sama dengan (=) strain wild-type.
Soal B.3.2 Pola produksi metabolit dapat digolongkan menjadi 2, tergantung bagaimana produk
dihasilkan :


Terkait pertumbuhan (growth associated):
Produk dihasilkan bersama dengan proses pertumbuhan.
Tidak terkait pertumbuhan (non-growth associated):
Produk tidak dihasilkan bersama dengan proses pertumbuhan.
8
Nama
: ………………………………………………
ID OSN
: ………………………………………………
Asal sekolah : ………………………………………………
Olimiade Sains Nasional (OSN) 2015
Bid. Biologi
Yogyakarta, 18-23 Mei 2015
Gunakan Gambar 3 dibawah unutuk menentukan apakah produksi asam glutamat pada masingmasing varian termasuk dalam pola terkait (+) atau tidak terkait pertumbuhan (-).
Gambar 3. Laju pertumbuhan dan produksi asam glutamat pada strain mutan TBI01, TBI02 dan
TBI 03.
Soal B.3.3 Neraca massa pertumbuhan bakteri secara stoikiometri dapat dirumuskan dengan
persamaan berikut
𝐶6 𝐻12 𝑂6 + 𝑁𝐻4+ + 𝑂2 + 𝐶𝐻1.8 𝑂0.5 𝑁0.2 + 𝐻 + + 𝐻𝐶𝑂3− = 0
dimana biomassa bakteri dilambangkan dengan senyawa empiris CH1.8O0.5N0.2. Tentukan massa
masing-masing senyawa (dalam gram) yang akan digunakan atau dihasilkan dalam proses
menghasilkan 24.6 gram biomassa bakteri jika diketahui bahwa 2 gram glukosa dibutuhkan
untuk menghasilkan 1 gram biomassa. Bulatkan jawaban Anda ke 2 bilangan desimal. Diketahui
berat molekul C = 12, H = 1, O = 16, N = 14.
9