Sel mikroba mampu melakukan semua kegiatan hidup seperti tumbuh, menghasilkan energi dan reproduksi dalam 1 sel.
Mikrobiologi berkisar pada 2 tema utama yaitu
Dasar dan Aplikasi.
1. Sebagai ilmu dasar → alat penelitian mempelajari
proses hidup (sel mikroba memiliki kesamaan
karakter biokimia dengan multisel).
2. Sebagai ilmu aplikasi → berperanan pada bidang
kedokteran, pertanian dan industri.
Mikroba sebagai sel:
§ Sel tunggal dibatasi dari sel lain melalui membran
§ Struktur utama nukleus atau nukleoid
§ Semua sel terbentuk dari 4 komponen: protein, lipid,
karbohidrat, asam nukleat
§ Terdapat bentuk dan penataan sel
SEJARAH MIKROBIOLOGI
Baru dapat diamati setelah adanya mikroskop
T Mikrobiologi baru dapat berkembang setelah
terjawabnya 2 pertanyaan dasar:
1. Apakah Generatio spontanea benar?
2. Pada penyakit infeksi bagaimana penyebarannya
Menjawab pertanyaan tersebut berhubungan dengan Louis Pasteur dan Robert Koch
Dari mana datangnya sel ?
Percobaan Louis Pasteur
Kelompok Mikroorganisme
Bakteri
Protozoa
Virus Protista merugikan/menguntungkan
Algae
Cendawan
Lebih kurang 300 tahun yang lalu, 200 tahun baru dipahami
Antony van Leeuwenhoek (1632-1723), Belanda
Melaporkan pengamatan tentang kehidupan mikroba dengan ket. dan gambar yang teliti, membuat mikroskop 300 x,
Abiogenesis
Organisme hidup muncul dari bahan mati yang mengalami penghancuran
John Needham
Daging busuk belatung
Biogenesis
Organisme hidup muncul dari mikro lain
Lazaro Spallanzani mendidihkan kaldu daging
Louis Pasteur fermentasi, enzim (anggur – alkohol), penyakit akibat ulat sutera, penyakit antrak pada sapi dan domba
Robert Koch antrak, tuberkolosis dan kolera
Tiori nutfah Penyakit
Fracastoro, Von Plenciz makluk hidup yang menjadi penyebab penyakit (Parasistisme)
Dikenal istilah PARASITISME (organisme yang mengambil makanan dari organisme lain
Pasteur meneliti penyakit pada ulat sutera (protozoa) --- seleksi
Penyakit antrax pada sapi , domba, manusia (bakteri)
Tiori nutfah fermentasi
Pembuatan makanan dan minuman hasil fermentasi
Pembuatan anggur dari buah yang difermentasi
Kiu (Cina) dari beras/nasi yang telah difermentasi
Kecap dari kedelai
Pasteur menaruh perhatian lebih terhadap pembuatan anggur
yang merupakan industri utama di Perancis, dimana yang berperan disini adalah mikroba, ada anggur yang berkualitas baik/buruk
Dipisahkan mikroba yang membantu pembuatan anggur yang kualitasnya baik ------- biakan ------- hasil seragam
Mikroba yang tidak diinginkan dimatikan ----- PASTEURISASI
Konsep Biakan Murni
Media agar merupakan subtrat yang baik untuk memisahkan campuran mikroorganisme ----- terpisah
Setiap massa sel akan tumbuh menjadi KOLONI, sehingga sel dalam koloni yang sama merupakan keturunan dari satu mikroorganisme
Postulat Koch :
Bahwa mikroba tertentu akan meyebabkan penyakit tertentu
Menumbuhkan (membiakkan) mikroba pada media (subtrat)
Mikroorganisme tertentu selalu dijumpai berasosiasi dengan penyakit tertentu
M.O. itu dapat diisolasi dan ditumbuhkan menjadi biakan murni di laboratorium
c. Biakan murni M.O. tersebut dapat menimbulkan penyakit
yang sama apabila diinokulasi ke inang yang rentan
d. M.O tersebut dapat diisolasi lagi dari inang yang rentan
Pencegahan penyakit yang disebabkan mikroorganisme
M.O. sebagai penyebab penyakit ----- cara pengendalian
(cacar, pes, kolera, tipus dll)
Beberapa metode yang dilakukan untuk pencegahan :
a. Imunisasi
Reaksi antigen ----- antibodi
Vaksinasi : memberikan vaksin (mikroba yang telah dilemahkan virulensinya (ATENUASI)
b. Antiseptis
anti infeksi :menjauhi mikroba dari tempat infeksi (alat-alat yang digunakan) dengan pemberian antiseptik seperti asam karbolat (fenol)
c. Kemoterapi
Penggunaan bahan kimia seperti sulfoamida (Gerhard Domagk) ------ untuk infeksi bakteri ---- tidak menrusak inang
Penicilin (Alexander Fleming) (Penicillium notatum) ----- antibiotik
Ciri makhluk hidup
1. Metabolisme
BAKTERI
Bakteri : sel prokariotik yang khas, uniseluler, tidak mempunyai struktur pembatas membran di dalam sitoplasmanya, bentuknya batang/spiral, reproduksi dengan biner (asexual)
Untuk mengenal proses kehidupan mana yang berkaitan dengan berbagai komponen struktur sel bakteri
Sel bakteri telah dibongkar pasang
Diteliti
Aplikasi Bioteknologi dalam kehidupan manusia
Model
a. Ukuran
· Satuan ukuran bakteri mikrometer (μm) 10-3 mm
· Umumnya berukuran 0,5-1,0 X 2,0 x 5,0 μm
· Pleomorfik (morfologi beragam)
· Dapat diukur dengan menggunakan mikrometer okular yang mempunyai mikrometer pentas
· 1 cm3 mengandung ½ triliun ang beratnya ½ gram, bisa dilihat dengan perbesaran 1000x
b. Bentuk sel
· Kokus : seperti bola atau elips
· Basilus : seperti batang
· Spiral : seperti koma
Diplokokus (dua-dua), streptokokus (rantai), tetrakokus (empat-empat), stafilokokus (gerombolan, tidak tertentu), sarsina (kubus).
§ Kebanyakan bakteri patogen tanaman sel nya berbentuk batang
c. Struktur sel
c.1. Struktur luar
Flagelum
· Flagela (jamak)
· Berbentuk rambut
· Untuk bergerak
· Terdiri dari 3 bagian : tubuh dasar, kait dan filamen
· Lebih panjang dari selnya
·
Terbangun dari sub unit protein flagelin
· Tidak semua bakteri punya flagelum
· Dapat dilihat dengan menggunakan Mordan yang berfungsi sebagai zat warna pada permukaan
· Monotrikus (tunggal), lofotrikus (sekelompok diujung), amfitrikus (berkelompok pada ujung), peritrikus (disekiling tubuh).
Pili (fimbriae)
· Lebih pendek dari flagelum
· Hanya dapat dilihat dengan mikroskop elektron
· Berfungsi sebagai pintu masuknya bahan genetik, dan alat untuk melekat pada permukaan.
Kapsul
· Bahan penyusunnya dieksresikan dari sel
· Tempat cadangan makanan
· Bakteri penyebab penyakit, untuk menambah kemampuan virulensi (dihilangkan kapsulnya menjadi tidak virulen)
· Menyebabkan keroposnya pipa – pipa
·
c.2. Dinding sel
· Terdapat di sebelah dalam substansi ektraseluler
· Memberi bentuk pada sel bakteri
· Tebalnya 10 – 35 ηm
· Beratnya 10 – 40% berat sel
· Penting utuk pertumbuhan dan pembelahan sel
· Komposisi dinding sel sangat penting untuk membedakan dengan kelompok bakteri lain.
· Terdiri dari senyawa peptidoglikan yang merupakan polimer yang terbangun dari (1) N-asetilglukosamin (AGA), (2) asam N-asetilmuramat (AAM), dan (3) suatu peptida, asam tekoat, protein, polisakarida, lipoprotein, dan lipopolisakarida
· Peptidoglikan hanya ditemukan pada kelompok prokariota
· Digunakan untuk membedakan gram Positif dan gram Negatif
c.3. Struktur dalam
Membran sitoplasma (membran plasma)
· Terletak dibagian dalam dinding sel
· Untuk mengendalikan lalu lintas subtansi kimia dalam larutan (aktif/pasif)
Mesosom: Untuk sintesis dinding sel dan pembelahan nukleus
Sitoplasma: Bahan yang terdapat di dalam sitoplasma (1) daerah sitoplasma, berbentuk granular dan kaya akan RNA (ribosom), (2) nukleus, kaya akan DNA (material genetik/genom), dan (3) tubuh inklusi yang mengandung nutrien terlarut.
Protoplas
· Struktur hidup yang dikelilingi oleh membran sitoplasma
· Tidak mempunyai dinding luar yang kaku
Spora
· Untuk pertahanan bila kondisi lingkungan tidak cocok
· Eksospora (di luar sel vegetatif : Streptomyces sp.), dan endospora ( di dalam sel vegetatif : Bacillus sp.)
Pembiakan, Reproduksi dan Pertumbuhan Bakteri
Penelitian bakteri
Tumbuh nutrient dan kondisi lingkungan abiotis
Persyaratan nutrisi bakteri = Organisme lainnya diantaranya :
a. Energi
Fototrof energi dari cahaya matahari
Kemotrof Oksidasi senyawa kimia
b. Karbon
CO2 atau karbon organik (gula/karbohidrat lainnya)
CO2
Tumbuhan Karbohidrat
Cahaya
c. Nitrogen
Nitrogen organik dan Nitrogen anorganik (KNO3)
d. Belerang (sulfur), logam natrium, Ca,K, Mg, Mn
e. Vitamin : untuk membentuk substansi yang akan
mengaktifkan enzim
f. Air (bagi fungsi metabolik dan pertumbuhannya)
Reproduksi (Perbanyakan sel)
Pertumbuhan optimum 24 jam
10 – 15 milyar/ml
Pembelahan melintang
Pengelompokkan Bakteri
Acuan standar untuk klasifikasi dan identifikasi bakteri adalah Bergeys Manual of Determinative Bacteriology
17 kelompok utama bakteri
Prokariota
Devisi Cyanobacteria Devisi Bacteria
1. Bakteri Fototrofik
· Bentuk sel bulat, batang, spiral
· Gram negatif, Ada yang bergerak/tidak
· Perkembangbiakan dengan pembelahan biner
· Mempunyai pigmen klorofil (bakterioklorofil) pada semua sel
· Melakukan fotosintesis pada keadaan anaerobik
· Habitat di lingkungan aquatik
· Contoh : Rhodospirillum
Clorobium
2. Bakteri Luncur
· Bentuk sel batang, bola, atau filamen
· Gram negatif
· Motil karena gerak luncur perlahan
· Sel terbenam dalam lendir
· Ada yang membentuk tubuh buah
· Habitat di dalam tanah, tumbuhan membusuk dan ling. Aquatik
· Contoh : Stigmatella aurantiaca
Flexibacter polymorphus
3. Bakteri Berselonsong
· Sel terbungkus dalam selongsong seny.besi dan mangan
· Bentuk sel batang atau filamen
· Motil
· Mempunyai pelekap untuk menempel pada permukaan
· Gram negatif
· Habitat lingkungan aquatik dan lumpur (air buangan industri)
· Contoh : Lephothrix, Crenotrix
4. Bakteri kuncup (Apendiks)
· Mempunyai prosteka (tonjolan seperti filamen) atau pelekap
· Perbanyakan dengan berkuncup/membelah
· Bentuk bola, oval, batang dengan ujung meruncing
· Habitat tanah, lingkungan aquatik
· Contoh : Caulobacter
5. Bakteri Spiroket
· Dinding sel lentur
· Bentuk sel spiral
· Perbanyakan dengan pembelahan melintang
· Motil dengan rotasi yang cepat
· Gram negatif
· Habitat tanah dan lingkungan aquatik, sistim syaraf pada manusia dan binatang
· Contoh : Treponema pallidum (parasit obligat) peny. sifilis
6. Bakteri spiral dan lengkung
· Dinding sel kaku
· Bentuk sel batang, terpilin, koma
· Motil dengan flagela
· Gram negatif
· Habitat Lingkungan aquatik, organ reproduktif, saluran pencernaan dan rongga mulut
· Contoh : Campylobacter fetus (keguguran pada hewan)
7. Bakteri Batang, kokus dan aerobik gram negatif
· Bentuk sel batang
· Motil dengan flagel
· Aerobik
· Gram negatif
· Menambat nitrogen dari udara, mengoksidasi seny. Karbon dan pengurai beberapa senyawa
· Habitat tanah dan lingkungan akuatik serta air asin
· Contoh : Pseudomonas (patogen pada manusia)
Brucella (keguguran pada hewan)
Franscisella tularensis (peny.tularemia/demam pada binatang perekat dan dapat ditularkan
8. Bakteri anaerobik fakultatif dan gram negatif
· Bentuk sel batang pendek
· Motil, sel peritrikus
· Anaerobik fakultatif
· Gram negatif
· Habitat ling.akuatik, tanah, air seni, makanan, dan tinja
· Contoh : Escherichia coli (saluran pencernaan manusia) (indikator pencemaran)
Shigella spp. (disentri)
Yessinia pestis (penyakit pes)
Vibrio cholerae (penyakit kolera)
Erwinia (penyakit pada beberapa tanaman hortikultura)
9. Bakteri batang, gram negatif dan anaerobik
· Bentuk sel batang, lurus dan melengkung (pleomorfisme)
· Bergerak dengan flagel peritrikus/monotrikus
· An aerob obligat
· Habitat rongga mulut dan saluran pencernaan serangga (patogenik pada manusia dan hewan)
· Contoh : Bacteriodes
10. Kokobasillus dan kokus gram negatif
· Bentuk sel kokus
· Non motil, Gram negatif, Aerobik
· Habitat selaput lendir manusia dan hewan
· Contoh : Neisseria gonorrhoeae (penyakit gonorea)
Neisseria meningitidis (penyakit radang selaput otak)
Moraxella (infeksi mata)
11. Bakteri kokus, an aerobik, gram negatif
· Bentuk sel kecil dan bulat
· Non motil
· An aerobik
· Merombak karbohidrat dan asam-asam lemak
· Habitat saluran pernafasan dan saluran pencernaan manusia dan hewan
· Contoh : Megasphaera, Veillonella
12. Bakteri kemolitotrofik, gram negatif
· Autotrofik (energi dari oksidasi seny an-organik: amonia dan nitrit, belerang dan besi)
· Bentuk sel bulat, batang
· Motil
· Gram negatif
· Habitat tanah, limbah, ling.aquatik tambang besi dan sumber air panas
· Contoh : Nitrobacter, nitrococcus, nitrosolobus
13. Bakteri penghasil metan
· Autotrofik /heterotrofik (en. dari oks. hidrogen/asam asetat
· Bentuk sel bola, batang
· Motil dengan flagel dikutub
· Gram positif/negatif
· An aerobik
· Habitat : Saluran gastrointertinal pada binatang, limbah
· Contoh : Methanobacterium, methanospirillum
14. Bakteri kokus, gram positif
· Bentuk sel kokus
· Non motil
· Gram positif
· Anaerobik fakultatif
· Heterotrofik (persyaratan nutrien luas)
· Habitat tanah, air tawar kulit dan selaput lendir pada binatang berdarah panas
· Contoh : Streptococcus, Staphylococcus
15. Bakteri batang dan kokus pembentuk endospora
· Bentuk sel batang
· Motil/non motil
· Gram positif
· Aerobik,anaerobik
· Menbentuk endospora
· Habitat tanah, air, ling. Akuatik, saluran pencernaan manusia dan hewan
· Contoh : Bacillus dan Clostridium
16. Bakteri batang, gram negatif, tidak membentuk spora
· Bentuk sel batang tunggal
· Non motil
· Gram positif
· Anaerobik
· Dapat melakukan proses fermentasi
· Habitat Produk susu, produk daging,air, limbah,saluran pencernaan hewan dan manusia
· Contoh : Lactobacillus
17. Aktinomisetes
· Bentuk sel beragam (pleomorfik)/filamen
· Non motil
· Gram positif
· Aerobik, an aerobik fakultatif
· Habitat tanah, lingkungan akuatik, air dan binatang
· Contoh : Actinomyces, Corynebacterium, Mycobacterium, Streptomyces
PROTOZOA
· Berasal dari bhs Yunani Proto dan Zoon = Binatang pertama
· Protista eukariotik
· Dipelajari dalam Protozoologi
· Dikenal sebanyak 64.000 spesies, 10 rb berupa parasit
· Dikelompokkan berdasarkan gerak (lokomosi)
Arti Penting
· Sebagai mata rantai dalam rantai makanan untuk komunitas akuatik (zooplankton dan fitoplankton)
Energi chy fito (p.p) zoo(k.p) karnivora(k.s)
· Dalam keseimbangan ekologis protozoa saprofik dan pemakan bakteri sebagai pemanfaat subtansi
Tubuh mati pdsr (tinja) dekomp(c.dan b) ditelan prot
· Beberapa sebagai pasasit pada binatang dan manusia
Morfologi
· Ukuran dan bentuk beragam (1 μm - 2 mm)
· Mempunyai Lapisan diluar sitoplasma (Ektoplasma dan Endoplasma)
·
Mempunyai 1 nukleus dan ada yang rangkap (makro/mikronukleus siliata)
Makro = mengawasi proses metabolisme
Mikro = mengendalikan kegiatan reproduksi
· Pelikel = melapisi membran sitoplasma
· Cangkang = terdiri dari zat anorganik (karbonat dan silika)
· Membentuk sista/seludang, dengan elemen ini bentuk-bentuk vegetatif (trofozoit) dapat melindungi sel dari pengaruh luar
Reproduksi
· Berkembang biak secara sexual (konjugasi, bersatunya fisik masing-masing individu dan pertukaran bahan nukleus/ pada siliata) dan asexual (pembelahan sel/tunas or kuncup)
· Daurnya cukup rumit, ada yang harus berlangsung dalam inang vertebrata (Tripanosoma = ½ daur hidupnya berlangsung pada vertebrata dan avertebrata)
Fisiologis
· Stadium vegetatif (trofik) terdapat pada semua ling.akuatik, pasir dan tanah serta bahan organik yang membusuk
· Hidup pada suhu 16 – 250C, mak 560C
· PH 3 – 9
· Memperoleh nutrient organik terlarut dari membran protoplasma
· Bersifat Holozoik (menelan patikel makanan dalam bentuk padat melalui rongga mulut), makanan terkurung dalam vokuola kemudian dirombak oleh enzim
· Jika bersifat parasit, protozoa akan mendapat makanan dari zat alir jaringan inang
· Ada yang mutualisme (flagelata hidup di usus rayap, mencerna selulose dalam kayu yang dapat dimanfaatkan rayap)
· Bersifat aerob obligat anaerob fakultatif
Klasifikasi
Ada 4 kelompok berdasarkan bentuk geraknya :
a. Flagelata
· Fito flagelata (berbentuk tumbuhan/klorofil) dan zooflagelata (hewan)
· Berkembangbiak dengan membelah membujur
· Beberapa berkembangbiak dengan sexual
· Sitoplasma dikelilingi oleh pelikel
· Mempunyai flagela untuk bergerak
· Dapat menginfeksi manusia (peny.kelamin, usus)
· Contoh : Giardia lamblia (disentri/diare/penyakit usus), penularan melalui makanan dan minuman tercemar dari tangan ke mulut
Trichomonas vaginalis (peradangan pada alat kelamin wanita)
Trypanosoma (penyakit tidur afrika)
Leishamania (luka patologis pada kulit)
b. Amuba
· Berarti berubah (bentuknya selalu berubah-ubah)
· Menggunakan kaki palsu (pseudopodia) untuk bergerak perluasan dari protoplasma
· Berkembang biak dengan pembelahan biner
· Dapat membentuk sista
· Infeksi terbatas pasa usus, ada juga di hati dan limpa
· Contoh : Entamuba (hidup di sal.percrn vertebrata)
E. gingivalis (hidup dimulut manusia)
Ent. Coli (penghuni usus)
Ent.histolytica (disentri pada manusia) penelanan sista dewasa
c. Siliata
· Silia ada yang sebahagian tubuh/seluruh tubuh
· Silia untuk bergerak
· Silia menghasilkan putaran yang dapat menggumpulkan makanan
· Berbiak dengan pembelahan biner
· Reproduksi sexual dengan konjugasi
· Kebanyakan hidup bebas
· Contoh : Balantidium coli (diare berdarah pada manusia)
dengan perantara babi
d. Sporozoa
· Parasit pada banyak spesies
· Bergerak dengan meluncur
· Tidak menelan partikel padat
· Hidup dalam sel/ zat alir tubuh inang
· Daur hidupnya dapat berlangsung pada inang yang berbeda
· Menginfeksi hati dan sel darah merah
· Contoh : Toxoplasma gondii (Toxoplasmosis/mirip
hepatitis)
Plasmodium vivax (m. tersiana, panas/dingin 48 jam)
P.ovale (m. tersiana, panas/dingin
P.malariae (72 jam)
P.falciparum (fatal)
VIRUS
· VIRUS HEWAN
· VIRUS TUMBUHAN
· VIRUS BAKTERI (Bakteriofag)
§ Merupakan mikroorganisme yang sangat kecil dan hanya bisa dilihat dengan mikroskop elektron
§ Dapat melewati saringan untuk bakteri
§ Hanya dapat memperbanyak diri dalam sel hidup (Parasit intraseluler obligat)
§ Tidak mempunyai perlengkapan metabolit sendiri sehingga membutuhkan inang yang hidup
§ Punya material yang berfungsi sebagai informasi genetik dan dapat mengambil alih sistim metabolisme inang (membuat protein sel inang)
§ Material informasi ini ada dalam gen
§ Bahan genetis virus adalah DNA dan RNA yang dapat berpindah dari satu sel inang ke sel lain
§ Bahan genetis ini diselubungi oleh protein khusus, selubung ini yang akan melindungi bahan genetis apabila virus ada di luar inang.
§ Sel virus yang telah matang secara struktural dan mampu menginfeksi disebut virion
§ Selama berkembang biak dalam tubuh inang, virus akan menyebabkan penyakit
§ Merupakan penyebab penyakit menular yang sangat ganas
Virus Tumbuhan dan Hewan
Struktur
§ Bentuk dan Ukurannya sangat beragam, virionnya (10 – 300 nm)
§ Setiap virus mempunyai inti asam nukleat yang ditutupi oleh selubung protein yang disebut Kapsid
§ Kapsid tersusun oleh sub-sub unit yang disebut kapsomer – protomer
§ Khusus pada hewan, asam nukleat dan kapsid dibungkus oleh membran yang disebut Sampul
§ Virion yang punya sampul peka terhadap eter dan kloroform
§ Pengendaliannya dengan pelarut (senyawa eter dan kloroform)
Morfologi
· Virus hewan dan tumbuhan dikelompokkan menjadi :
§ Ikosahedral : menyebabkan penyakit poliovirus (polio)
dan adenovirus (infeksi sal. pencernaan)
§ Helikal : virus rabies dan beberapa virus tanaman
§ Bersampul : Nukleokapsid (virus influenza)
§ Komplek : Agak rumit (ada yang berbentuk peluru)
Helical virus
Komponen Kimia yang dikandung virus
Asam nukleat
§ Mengandung RNA atau DNA
§ Satu virion tidak dapat mengandung kedua asam nukleat
§ Ada 4 jenis asam nukleat yang mungkin dikandung virus (DNA utas tunggal, DNA utas ganda, RNA utas tunggal dan RNA uts ganda)
§ Pada virus hewan ditemui ke 4 bentuk ini
§ Pada virus tumbuhan ditemui RNA tunggal dan ganda, DNA tunggal
Protein
§ Bagian terbesar yang membangun kapsid
§ Banyak virus yang mengadung enzim yang berfungsi dalam replikasi komponen asam nukleatnya
§ Ada yang mengandung enzim khusus yang menggunakan RNA virus sebagai model untuk mensintesis utasan RNA kedua yang dapat mengarahkan sel inang membuat virus
Lipid
§ Lipid yang ditemui berupa fosfolipid, glikolipid dan kolesterol
§ Fosfolipid adalah substansi lipid yang banyak dijumpai pada sampul virus
Karbohidrat
§ Semua virus mengandung karbohidrat (Ribose dan Deoksiribose)
Reproduksi (Replikasi Virus)
§ Partikel virus di luar sel inang tidak mampu bereproduksi
§ Perbanyakan berlangsung dengan Replikasi dimana protein virus beserta komponen asam nukleatnya bereplikasi dalam sel inang yang rentan
Proses replikasi virus dapat digambar secara sederhana :
(1) Virion melekat pada suatu sel inang rentan
(2) Seluruh virus atau asam nukleatnya masuk ke sel inang
(3) Pelepasan selubung protein untuk membebaskan a. nukleat
(4) Reproduksi virus terjadi dalam sitoplasma, dan inti
(5) Protein serta komponen asam nukleat virus dirakit menjadi partikel virus dan dibebaskan dari sel inang sehingga langka-langkah infeksi sbb :
Pelekatan (adsorpsi), Penetrasi dan pelepasan selubung, replikasi dan biosintesa komponen, perakitan dan pematangan serta pembebasan.
- Pelekatan (adsorpsi)
Proses pelekatan terbagi atas 2 langkah
· Pelekatan pendahuluan dengan ikatan (pH/muatan ionik)
· Pelekatan yang permanen pada inang
- Penetrasi
·
Bisa secara pasif (virion tertelan) Viropeksi
· Pelepasan selubung protein pada vokuola dengan bantuan enzim
· Virus tumbuhan masuk lewat pori (ektodesmata)
· Banyak virus tumbuhan masuk ke inang dengan bantuan vektor
- Replikasi dan biosintesa komponen virus
· Penetrasi diikuti langsung oleh priode laten, selama priode ini terjadi pelepasan selubung protein, replikasi asam nukleat, dan sintesa protein virus
· Replikasi asam nukleat terjadi dapat terjadi pada inti sel/ribosom
· Pada proses ini sel inang menyediakan energi, enzim dan molekul prekusor lainnya.
· Asam nukleat disintesis dari nukleotida, dengan enzim-enzim replikasi yang disandi oleh asam nukleat virion.
- Perakitan dan pematangan
· Komponen virus dirakit menjadi komponen matang dalam nukleus/sitoplasma
- Pembebasan
·
Sel inang melisis, melepaskan virion polio
· Virus keluar dari inang melalui tubul, menguncup hewan/tumb.
Kultivasi (Perbanyakan Virus)
+ Telur ayam berembrio
·
Telur umur 12 hari diinokulasi lewat kulit, ditutup dengan lilin parafin dan inkubasi pada suhu 360C untuk menghasilkan vaksin (cacar, demam kuning, influenza)
+ Kultur jaringan
· Hasil kultivasi embrio anak ayam dipotong dlm serum dan larutan garam, sel anak ayam ini ditumbuhkan
Pengaruh infeksi virus pada sel
· Kematian Sel (mengamati jumlah sel virus)
· Pembentukan sel raksasa (polikariota)
· Pecahnya kromosam (perubahan genetis)
· Pembentukan tubuh inkusi pada sitoplasma (Bulat) cacar dan rabies, herpes
Penyakit yang disebabkan oleh virus
· Penyakit kuru (infeksi pada sistim saraf pusat tanpa peradangan) (kanibal)
· Kanker (Leukemia,limfoma,Sarkoma, dan Karsinoma)
· Flu burung
· Aids
VIRUS BAKTERI
§ Bakteriofag (fag)(pemakan bakteri) : virus yang menginfeksi bakteri
§ Ditemukan oleh Frederick W Twort (Inggris) 1915 dan Felix d’Herelle dari Institut Pasteur Perancis 1917
§ Koloni bakteri mengalami lisis (larut)
§ Menular dari satu koloni ke koloni lain
§
Bakteri merupakan inang bagi fag yang bisa dipelihara pada kondisi yang yang terkendali riset yang mendapat perhatian
§ Interaksi antara bakteri – bakteriofag dijadikan sebagai model dalam mempelajari patogenisitas yang disebabkan oleh virus
Ciri – ciri umum
§ Tersebar lus di alam dan fag ini mudah diisolasi di lab.
§ Mempunyai inti asam nukleat yang dikelilingi oleh selubung protein
§ Banyak dari fag ini yang mempunyai ekor utk melewatkan asam nukleat sewaktu mengifeksi inang
§ Ada 2 tipe utama fag :
Litik (virulen) dan ligenik (avirulen) :
§ Bila tipe litik menginfeksi bakteri, sel inang akan memberikan reaksi yang dengan menghasilkan virus – virus baru dalam jumlah besar, sel inang pecah dan lisis, melepaskan fag baru untuk menginfeksi sel lain ……. disebut Daur Litik
§ Pada infeksi tipe tenang, asam nukleat virus akan direplikasi dalam sel bakteri dari satu generasi ke generasi yang lain tanpa proses lisis, namun tipe tenang ini bisa berubah menjadi tipe lisis
Morfologi dan Struktur
Semua fag punya inti asam nukleat yag ditutupi oleh selubung protein (kapsid)
Kapsid terdiri dari kapsomer – protomer
Fag dikelompokan 6 tipe morfologis :
A = Punya kepala heksogonal, ekor dengan seludang kontraktil dan
serabut ekor
B = Sama dengan tipe A, tapi tidak punya seludang kontraktil,
serabut ekor kadang – kadang tidak ada
C = Kepala heksogonal dan ekor yang lebih pendek, ekor tidak
punya seludang kontraktil
D = Punya sebuah kepala tanpa ekor, kepala tersusun dari
kapsomer besar
E = Sama dengan D tapi kepala tersusun dari kapsomer kecil
F = Seperti filament
Bacteriophage Replication
§ Tipe morfologis D dan E ditemukan pada virus tumbuhan dan hewan
Struktur fage
§ Ditemukan dalam 2 bentuk struktural : Kubus (padat teratur) / (ikosahedral) dan helikal (batang)
Asam nukleat fage
§ Tipe morfologis berbeda akan berbeda juga asam nukleatnya
§ Semua fage berekor punya DNA utas ganda
§ Fage kelompok D dan F punya DNA utas tunggal
§ Fage kelompok E punya RNA tunggal
· Fag E. coli merupakan fag yang paling intensif diteliti menginfeksi Escherichia coli
Isolasi dan kultivasi virus bakteri
§ Fag mudah diisolasi dan dikultivasi pada biakan yang muda dalam cawan
§ Pada biakan cair, lisisnya bakteri dapat memperjenih biakan
§ Pada biakan agar, akan kelihatan daerah-daerah yang jernih (zone)
§ Persyaratan utama bagi isolasi dan kultivasi fag adanya kondisi yang optimum untuk tumbuh inang
§ Sumber fag yag paling baik adalah habitat inang
§ Di sentrifugasi atau filtrasi bahan sumber /penambahan kloroform
Penggunaan medis fag virulen
§ Fag virulen digunakan untuk mengidentifikasi bakteri patogenik dimana strain bakteri dicirikan oleh kerentanan / ketahanannya.
§ Pola lisis suatu strain bakteri yang diakibatkan oleh serangan fag dijadikan sebagai petunjuk mengenai bakteri yang terserang tersebut
§ Dengan cara ini fag berfungsi sebagai alat untuk mendiagnosa medis dan untuk mengikuti penyebaran suatu penyakit di masyarakat.
Reproduksi virus
§ Sebagai model dari reproduksi fag digunakan fag T bernomor genap dari E. coli (T2,T4,T6)
a. Adsorpsi dan penetrasi
§ Ujung ekor virus melekat pada dinding sel
§ Apabila terlalu banyak virus yang melekat, lisisnya terlalu cepat, sehingga tidak terjadi perbanyakan fag
§ Penetrasi bersifat mekanis atau dibantu enzim (lisozim) yang terdapat pada ekor fag yang akan mencerna dinding sel
§ Penetrasi terjadi apabila : (Serabut ekor virus melekat pada sel sehingga ekor terikat kuat pada dinding sel, (2) seludang sel berkontraksi mendorong inti ekor ke dalam sel melalui dinding dan membran sel, (3) virus menginfeksi DNAnya seperti sebuah suntik, seludang proteinnya yang membentuk kepala fag dan struktur ekor tetap tinggal diluar.
§ Virus yang tidak punya seludang kontraktil Asam nukleat masuk ke sel inang melalui pilus, kemudian pilus itu tertarik masuk ke dalam sel untuk menginjeksikan asam nukleat
b. Replikasi, perakitan dan lisis
§ Struktur virus yang masuk ke dalam inang adalah asam nukleat (RNA atau DNA) yang membawa informasi yang diperlukan untuk sintesis partikel virus baru
§ Fag akan mengambil alih proses dan perlengkapan metabolisme inang (membuat a.nukleat baru, sedangkan asam nukleat inang tidak terbentuk)
§ 25 menit setelah infeksi akan terbentuk 200 fag baru sedangkan sel bakteri pecah yang disertai dengan pelepasan fag – fag baru yang akan menginfeksi bakteri lain.
Lisogeni
§ Tidak selalu infeksi sel bakteri oleh virus berakhir dengan lisis (Lisogeni)
§ DNA virus fag yang tenang tidak mengambil alih fungsi gen – gen inang, tetapi tergabung ke dalam DNA inang dan menjadi profage pada kromoson inang
§ Bakteri yang terinfeksi tetap berbiak, tetapi DNA virus tetap ada dalam kromosom bakteri
§ Kadang-kadang bentuk lisogeni ini berubah karena pengaruh iradiasi cahaya ultra violet atau zat kimia tertentu yang dapat menginduksi pembebasan profage dari genom inang dan berlaku seperti fag lisis
Aspek Medis lisogeni
§ Bakteri patogen (Corynebacterim diphteriae) dan (Clostridium botulinum) akan menghasilkan toksin apabila ada fag tenang di dalam kromosomnya
§ Lisogeni merupakan model konseptual bagi penelitian mengenai kanker, karena virus ini mempunyai kemampuan tetap mempertahankan diri dalam jaringan inang terinfeksi
Metabolisme Mikroorganisme
Enzim dan Pengendaliannya
Kegiatan kimiawi yang rumit sekali
Enzim : Subtansi yang ada dalam sel, jumlahnya sedikit dan dapat menyebabkan terjadinya perubahan yang berkaitan dengan proses selular
Jumlahnya ribuan dan berbeda – beda
Digunakan pada tempat, jumlah dan waktu yang tepat
Ciri – ciri enzim
Merupakan katalis sejati
Mempercepat reaksi kimia tanpa ikut berubah setelah reaksi selesai
Merupakan senyawa organik yang dihasilkan oleh sel-sel hidup katalis hayati
Hanya akan berfungsi pada suatu jenis reaksi tertentu
Enzim ada yang ekresikan melalui dinding sel dan berfungsi diluar dinding sel
Enzim ada 2 macam tipe (1) ekstraseluler (eksoenzim) (berfungsi di luar sel) dan (2) intraseluler (berfungsi di dalam sel)
Fungsi utama
eksoenzim melangsungkan perubahan sehingga nutrien masuk sel
ex : Amilase pati menjadi gula – gula sederhana
endoenzim mensintesis bahan sel dan menguraikan nutrien untuk menyediakan energi bagi sel
ex. heksokinase fosforilisasi glukose da heksose dalam sel
mempunyai ciri –ciri umum yang hampir sama (mikroorganisme, manusia dan hewan)
Satu molekul enzim dapat mengkatalisis perubahan 10 sampai 1000 molekul subtrat (senyawa yang dikenai proses perubahan oleh enzim) per detik
Kecepatannya dapat mencapai ribuan/jutaan kali lebih cepat dari reaksi tanpa enzim
Kalau tanpa bantuan enzim, protein akan diuraikan lebih dari 50 tahun
Sifat kimiawi dan sifat fisik enzim
Enzim terdiri dari
Protein murni atau protein dengan gugusan
kimia lain
Terurai oleh panas
Terendapkan oleh ethanol atau garam organic
Tidak dapat melewati membrane semi permeable
Protein dengan molekul yang sangat besar
§ Koenzim: Enzim yang bergabung dengan molekul organic dengan berat molekul rendah
Apoenzim : protein nya sendiri
Holo enzim : Apaenzim + ko enzim
Apoenzim + Koenzim ----------- Holoenzim
Tidak aktif Tidak aktif Aktif
Protein Molekul organic
Berat molekul tinggi Berat molekul rendah
Tak terdialisis Terdialisis
Beberapa dari vitamin B merupakan komponen utama koenzim (Tabel 13 – 1)
Bagian non protein suatu enzim berupa logam
Ex : besi pada enzim katalase
Banyak enzim yang butuh logam untuk aktivasinya --- Kofaktor anorganik
ex : Mg 2+, Mn 2+, Fe2+
Enzim bisa diisolasi (enzim murni), urease enzim yang pertama diisolasi
Enzim bersifat tidak stabil, aktivasinya berkurang oleh kondisi fisik dan kimiawi
Ciri enzim : (a) efisiensi kualitiknya tinggi,
(b) derajat kekhususannya tinggi thd suatu subtrat
1 enzim akan beraksi dengan hanya satu subtrat tunggal
Sel akan menghasilkan enzim yang berbeda untuk senyawa yang akan dirombak
Glukosa sel – sel khamir alkohol + CO2
(subtrat) (sumber enzim) (produk akhir)
Penamaan dan klasifikasi enzim
Tatanama enzim (Komisi Internasional Enzim untuk Biokimia)
Akhiran Ase
Ex : suksinat oksidase, mengkatalisis oksidasi asam suksinat oleh oksigen dan beberapa langkah dan oleh beberapa enzim
Pengelompokan didasarkan pada macam reaksi kimiawi yang dikatalisasi
Sifat dan mekanisme kerja enzim
Reaksi enzim dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi keseluruhan
Enzim E + subtrat komplek enzim + subtrat
produk + enzim E
§ Enzim E dan subtrat S bergabung menjadi komplek enzim subtrat ES. Terurai menjadi produk P tetapi enzim tidak terkonsumsi dan dilepas kembali untuk reaksi selanjutnya
Konsep aktivasi subtrat :
§ Setelah terbentuk komplek enzim subtrat (ES)
Subtrat diubah
§
Aktivasi mol. Subtrat terjadi akibat afinitas kimia subtrat thd derah tertentu di permukaan enzim disebut (Situs enzim) subtrat labil perubahan --- ----- tidak ada lagi afinitas dilepas
§ Enzim bebas ------- proses baru (Gambar13-1)
§ Fungsi utama enzim mengurangi hambatan energi aktivasi pada suatu reaksi kimia
§ Energi aktivasi : energi yang dibutuhkan untuk membawa suatu subtansi ke status reaktif (Gambar 13-2)
§ Situs aktif pada enzim, areanya kecil dan daerah lain tdk ikut
§ Kecocokan enzim subtrat bersft dinamis (srg tangan & tangan)
Kondisi yang mempengaruhi aktivitas enzim
Keadaan yang mempengaruhi aktivitas enzim
a. Konsentrasi enzim
§ Makin tinggi konsentrasi enzim ----- reaksi makin cepat
§ Aktivitas enzim : ukuran lenyapnya reaktan menjadi produk
b. Konsentrasi subtrat
§ Pada tahap tertentu mkn tinggi kons subtrat ------ reaksi cepat, tetapi setelah itu reaksi mendatar karena ada inhibitor enzim
c. PH
§ Masing – masing enzim punya pH aktivitas tertentu
d. Suhu
§ Aktivitas naik dengan naiknya suhu, sampai aktivitas optimum --- enzim akan rusak
§ Denaturasi : Rusaknya (hancur) enzim karena pengaruh suhu atau yang tidak cocok (ektrim)
§ Enzim murni, aktivitasnya akan lain dengan aktifitas dalam reaksi komplek dalam sel.
Penghambatan kerja enzim
Aktivitas enzim dapat dihambat/dihentikan oleh zat kimia
Fenomena ini bisa digunakan untuk menghbt pertbhan organisme
Hambatan ada 2 :
a. Non reversibel (tidak dapat balik)
Tidak aktifnya gugus fungsional suatu enzim (enzim rusak)
b. Reversibel (dapat balik)
Ada 2 :
§ Kompetitif : Hambatan yang terjadi karena struktur subtrat sama dengan sutruk senyawa lain
Cth : Asam malonat yang melekat pada sisi aktif enzimyang
seharusnya ditempati oelh asam suksinat --- enzim
tidak aktif
§ Dapat dapat balik dengan menambahkan konsentrasi subtrat
§ Non Kompetitif : Hambatan yang terjadi akibat adanya senyawa tertentu yang mengikat ion logam yang diperlukan oleh aktivitas suatu enzim.
§ Penghambatnya tidak bersaing dengan subtrat untuk menepati situs aktif pada permukaan enzim
Cth : Sianide akan mengikat besi sehingga enzim yang
membutuhkan besi dalam aktifitasnya menjadi tidak aktif
Kondisi yang mempengaruhi pembentukan enzim
Kondisi enzimatis sel – sel jaringan hewan, tumbuhan dan manusia relatif konstan karena berada dalam suatu lingkungan yang sedikit mengalami perubahan
Sel bakteri (E. Coli) yang berada pada kondisi yang selalu berubah, sehingga enzim yang ada padanya selalu berubah
Berdasarkan ada tidaknya subtrat dan pembentukan enzim, enzim ada 2:
a. Enzim – enzim konstitutif : E. yang selalu dihasilkan oleh sel
ex. Enzim pada proses glikolisis (penguraian gula)
b. Enzim adaptif (terinduksi) : E. yang dihasilkan sel karena respon adanya subtrat tertentu
ex. Betagalaktosidase rerbentuk kalau ada gula laktose
Penetapan Aktivitas Enzim
§ Aktifitas enzim dapat ditentukan dengan beberapa teknik
§ Hal – hal yang perlu untuk diketahui utk ini adalah :
· Sifat reaksi yang dikatalis
· Kaofaktor dan koenzim yang dibutuhkan
· Konsentrasi subtrat, kofaktor dan koenzim
· PH optimum
· Suhu optimum
· Metode analitik untuk menentukan hilangnya subtrat
dan terbentuknya produk
Sifat dan Mekanisme Pengendalian Enzim
§ Sebuah sel hidup punya ribuan enzim yang berbeda
§ Semuanya bekerja secara terkoordinasi dan saling terpadu
§ Sehingga perlu mekanisme pengendalian metabolisme yang tepat
§ Aktifitas enzim dapat diatur melalui 2 cara :
Pengendalian katalis secara langsung : Mengubah konsentrsi subtrat atau reaktan ex: bila konsentrasi subtrat ditambah maka laju reaksi meningkat sampai batas tertentu dan apabila produk menumpuk, laju reaksi menurun
Pengendalian Genetis, (1) Induksi : Sintesis enzim yang butuh induser (subtansi berberat molekul rendah yang bisa berupa senyawa yang sekerabat dengan subtrat yang dikatalis oelh enzim tersebut ) ex : Laktose atau Beta-galaktosidase akan meningkat laju reaksi pembentukan enzim B- galaktosidasi sampai 1000 x, (2) Represi : Subtansi yang berberat molekul rendah yang berfungsi sebagai pencegah sintesis enzim (kopresor)
Tugas :
1. (a) Apa yang dimaksud dengan feedback inhibition (hambatan arus balik), uraikan dengan ringkas, (b) enzim alosterik, (c) Operon lak dan (d) Model Jacob-Monod mengenai pengendalian gen bagi operon lak
REAKSI DISIMILASI DAN ASIMILASI
§ Reaksi Metabolisme : semua reaksi yang kimia yang dilakukan oleh sel yang menghasilkan energi dan menggunakan energi untuk sintesis komponen sel dan kegiatan – kegiatan sel
ex : (bergerak)
§ Reaksi Disimilasi (Katabolik):
Reaksi kimia yang membebaskan energi melalui
perombakan nutrien
§ Reaksi Asimilasi (Anabolik):
Reaksi kimia menggunakan energi untuk sintesis bagian
sel dan fungsi sel lainnya
§ Organisme fotosintesis memperoleh energi dari cahaya matahari
§ Organisme heterotrofik non fotosintetik memperoleh energi dari oksidasi senyawa anorganik
§ Oksidasi = Pegusiran elektron / atom hidrogen dari suatu senyawa
§ Selama berlangsungnya reaksi kimia terjadi pembebasan energi dan penggunaan energi. Jumlah energi yang dilepas/atau digunakan selama reaksi berlangsung: PERUBAHAN ENERGI BEBAS (Δ G) (KALORI)
§ Apabila Δ G suatu reaksi + (reaksi yang menggunakan energi)
ex : + 8000 kalori (Reaksi endergonik)
§ Apabila Δ G suatu reaksi – (reaksi yang membebaskan energi)
ex : - 8000 kalori ( Reaksi eksergonik)
§ Di dalam sel banyak senyawa yang kaya energi (Tabel 14.1)
§ Apabila senyawa ini dirombak akan dihasilkan energi
§ Energi dari ATP dilepas melalui hidrolisis (Gambar 14. 1)
Oksidasi dan produksi energi
§ Sel memperoleh energi dari nutrien melalui serangkaian reaksi kimia, diantaranya OKSIDASI
§ Selama oksidasi energi dilepas dan terbentuk ikatan kimia yang kaya energi seperti ATP
§ Oksidasi: Hilangnya elektron /atom H dari suatu molekul
§ Reduksi: Diperolehnya elektron/atau atom H oleh suatu molekul
§ Secara umum produksi energi oleh mikroorganisme (bakteri):
secara anaerobik , aerobik, fotosintesis
Produksi energi melalui proses anaerobik
1. Glikolisis (Gambar 14-2)
§ Banyak bakteri heterotrofik menggunakan berbagai senyawa organik sebagai sumber energi (Glukasa/gula berkarbon 6)
§ Perombakan Glukosa terjadi melalui Lintasan Glikolisis, Glukosa diubah menjadi Asam piruvat (2 ATP)
§ Lintasan ini tidak mensyaratkan adanya oksigen
2. Lintasan Pentose fosfat (Gambar
§ Lintasan yang digunakan oleh M.O. untuk memperoleh energi dari pentose fosfat
3. Fermentasi
§ Digunakan oleh organisme an aerobik untuk memperoleh energi dengan mengubah asam piruvat menjadi asam laktat
Produksi energi melalui proses aerobik
1. Rantai angkutan elektron (Gambar 14-5)
§ Serangkaian reaksi oksidasi reduksi untuk pembentukan ATP
§ Dikenal juga dengan nama Fosforilasi oksidatif
§ Pelepasan atom H dari senyawa organik melalui oksidasi dan disalurkan kedalam rantai angkutan elektron untuk memperoleh energi
§ Dihasilkan 2 molekul ATP
2. Siklus Asam trikarboksilat (Gambar 14 – 6)
§ Besarnya energi yang dihasilkan dari perombakan aerob satu molekul glukosa adalah 38 ATP (Gambar 14 – 7)
§ Selain Glukosa, Lipid dan Protein juga digunakan M.O sebagai sumber energi
§ Energi yang dihasilkan dari lemak lebih besar dibandingkan karbohidrat, tetapi daya larut lemak sangat terbatas
MEKANISME SINTESIS ATP
Hipotesis pembentukan ATP dikemukan oleh Peter Miitchell (1961) yang dikenal dengan hipotesis kemiosmotik
Gambar (14-11)
Penggunaan Energi oleh M.O
M.O menggunakan energi untuk proses
§ non biosintesis
seperti : produksi panas, pergerakan, dan pengangkutan
solut ke dalam sel
§ Biosistesis
seperti : penggubahan zat – zat kimia, sintesis makromolekul
GENETIKA MIKROORGANISME
§ Sandi genetis yang mencirikan suatu M.O dibawa oleh DNA yang diturunkan dari satu generasi ke generasi berikutnya
Proses ini menyangkut 2 tahap yaitu:
§ Transkripsi : pemindahan informasi dari DNA ke RNA
§ Translasi : Penerjemahan informasi ini dari RNA menjadi
Protein