Bab II Fisiologi Bakteri

BAB I. PENDAHULUAN

BAB I. PENDAHULUAN

Seperti organisme hidup lainnya, mikroorganisme membutuhkan kondisi Seperti organisme hidup lainnya, mikroorganisme membutuhkan kondisi tertentu untuk tumbuh dan bereproduksi. Pertumbuhan mikroorganisme tertentu untuk tumbuh dan bereproduksi. Pertumbuhan mikroorganisme menunjukkan peetambahan protoplasma dan komponen seluler lainnya meliputi menunjukkan peetambahan protoplasma dan komponen seluler lainnya meliputi  proses kimia

 proses kimia termasuk termasuk asimilasi asimilasi (anabolisme) dan (anabolisme) dan desimilasi desimilasi (katabolisme). Hasil(katabolisme). Hasil dari proses ini disebut metabolisme. Mikroorganisme ini terdiri dari bakteri, dari proses ini disebut metabolisme. Mikroorganisme ini terdiri dari bakteri, mikoplasma, fungi, khamir, protozoa, riketsia, klamidia dan virus.

mikoplasma, fungi, khamir, protozoa, riketsia, klamidia dan virus.

Pembelajaran mengenai bagaimana mikroorganisme, dalam hal ini Pembelajaran mengenai bagaimana mikroorganisme, dalam hal ini khususnya bakteri, bagaimana cara mereka tumbuh, bereproduksi, dan mengolah khususnya bakteri, bagaimana cara mereka tumbuh, bereproduksi, dan mengolah  proses

 proses metabolisme metabolisme dalam dalam kehidupannya kehidupannya dipelajari dipelajari dalam dalam ilmu ilmu fisiologi fisiologi bakteri.bakteri. Dengan

Dengan mempelajari fisiologi mempelajari fisiologi bakteri, bakteri, kita dapat kita dapat mengetahui mengetahui berbagai fuberbagai fungsingsi yang berjalan dalam tubuh bakteri sehingga dapat dimanfaatkan untuk membantu yang berjalan dalam tubuh bakteri sehingga dapat dimanfaatkan untuk membantu manusia membiakkan bakteri yang menguntungkan dan memberantas bakteri manusia membiakkan bakteri yang menguntungkan dan memberantas bakteri  patogen

 patogen dengan dengan cara cara sedemikian sedemikian rupa, rupa, baik baik itu itu pembiakkan pembiakkan bakteri, bakteri, sampaisampai rekayasa genetika sekalipun.

rekayasa genetika sekalipun.

Dengan demikian, dalam makalah fisiologi bakteri ini akan dibahas hal-hal Dengan demikian, dalam makalah fisiologi bakteri ini akan dibahas hal-hal sebagai berikut :

sebagai berikut : 1)

1) Pertumbuhan bakteri,Pertumbuhan bakteri, 2)

2) dinamika populasi bakteri,dinamika populasi bakteri, 3)

3) faktor yang memperngaruhi pertumbuhan bakteri,faktor yang memperngaruhi pertumbuhan bakteri, 4)

4)  pembiakan bakteri, dan pembiakan bakteri, dan 5)

BAB II. PEMBAHASAN

BAB II. PEMBAHASAN

FISIOLOGI BAKTERI

FISIOLOGI BAKTERI

2.1

2.1 PERTUMBUHAN BAKTERIPERTUMBUHAN BAKTERI

2.1.1

2.1.1 Definisi Pertumbuhan BakteriDefinisi Pertumbuhan Bakteri

Pertumbuhan adalah peningkatan secara teratur jumlah semua Pertumbuhan adalah peningkatan secara teratur jumlah semua komponen suatu organisme. Jadi, peningkatan ukuran yang terjadi ketika komponen suatu organisme. Jadi, peningkatan ukuran yang terjadi ketika sebuah sel mengambil air atau menyimpan lipida atau polisakarida bukanlah sebuah sel mengambil air atau menyimpan lipida atau polisakarida bukanlah  pertumbuhan

 pertumbuhan yang yang sebenarnya. sebenarnya. Multiplikasi Multiplikasi sel sel merupakan merupakan akibat akibat daridari  pertumbuhan; pada

 pertumbuhan; pada organisme organisme uniseluler, uniseluler, pertumbuhan mengarah pertumbuhan mengarah pada pada suatusuatu  peningkatan

 peningkatan dalam dalam jumlah jumlah individu-individu individu-individu yang yang menghasilkan menghasilkan suatusuatu  populasi atau kultur.

 populasi atau kultur.

Dengan kata lain, pertumbuhan bakteri tidak seperti pertumbuhan Dengan kata lain, pertumbuhan bakteri tidak seperti pertumbuhan yang diapahami secara umum sebagai proses pertambahan ukuran sel, karena yang diapahami secara umum sebagai proses pertambahan ukuran sel, karena  pada dasarnya

 pada dasarnya hal ini hal ini tidak dapat tidak dapat mengukur pertumbuhan bakteri. mengukur pertumbuhan bakteri. Lebih jauhLebih jauh lagi, dalam pertumbuhan di laboratorium terukur sebagai pertambahan total lagi, dalam pertumbuhan di laboratorium terukur sebagai pertambahan total sejumlah sel atau pertambahan populasi sel.

sejumlah sel atau pertambahan populasi sel.

2.1.2

2.1.2 Pengukuran Pengukuran KonsentrKonsentrasi asi MikrobaMikroba

Konsentrasi mikroba dapat diukur dalam istilah konsentrasi sel Konsentrasi mikroba dapat diukur dalam istilah konsentrasi sel (jumlah sel yang dapat hidup per volume unit kultur) atau konsentrasi (jumlah sel yang dapat hidup per volume unit kultur) atau konsentrasi  biomasa

 biomasa (berat (berat kering kering sel-sel sel-sel per per volume volume unit unit kultur). kultur). Dua Dua parameter parameter iniini tidak selalu ekuivalen, karena rata-rata berat kering sel bervariasi pada derajat tidak selalu ekuivalen, karena rata-rata berat kering sel bervariasi pada derajat yang berbeda-beda dalam sejarah suatu kultur. Keduanya memiliki arti yang yang berbeda-beda dalam sejarah suatu kultur. Keduanya memiliki arti yang  berbeda;

 berbeda; dalam dalam studi-studi studi-studi genetik genetik mikrobia mikrobia atau atau inaktivasi inaktivasi sel-sel,sel-sel, konsentrasi sel merupakan kuantitas yang berarti, dalam studi-studi biokimia konsentrasi sel merupakan kuantitas yang berarti, dalam studi-studi biokimia atau nutrisi mikrobia, konsentrasi biomassa merupakan kuantitas

a. Konsentrasi sel : jumlah sel yang dapat hidup biasanya diperkirakan sebagai ukuran konsentrasi sel. Namun untuk beberapa maksud kekeruhan kultur diukur oleh rata-rata fotoelektrik, mungkin berhubungan dengan  perhitungan sel yang dapat hidup dalam membentuk kurva standar.

 b. Densitas Biomasa : pada prinsipnya, biomasa dapat diukur secara langsung dengan menentukan berat kering kultur mikrobia setelah kultur mikrobia dicuci dengan air suling. Prosedur ini tidak praktis dan peneliti  perlu mengetahui pola kurva standar yang menghubungkan berat kering dengan kekeruhan. Alternatifnya, konsentrasi biomasa dapat diperkirakan secara langsung dengan pengukuran sebuah komponen seluler yang  penting seperti protein atau dengan menentukan volume yang ditempati

sel-sel setelah suspensi dikocok.

2.1.3 Kurva Pertumbuhan Bakteri

Jika suatu media cair diinokulasi dengan sel-sel mikrobia yang diambil dari kultur yang sebelumnya telah tumbuh sampai jenuh dan  jumlah sel yang dapat hidup per mililiter ditentukan secara periodik dan diplot, biasanya akan didapatkan kurva. Kurva akan dibahas dalam  beberapa fase berikut.

a. Fase Lag

Fase lag mewakili periode waktu dimana sel kehilangan metabolisme dan enzim sebagai akibat kondisi tidak menguntungkan yang dipertahankan pada akhir sejarah kultur mereka sebelumnya, beradaptasi terhadap lingkungan baru mereka , intermediate  dibentuk dan  berakumulasi hingga mereka sekarang berada pada kondisi yang

membolehkan pertumbuhan dilanjutkan kembali.

Sel-sel yang diambil dari media yang berbeda, akan sering mengalami ketidakmampuan tumbuh secara genetika dalam media baru. Pada beberapa kasus, lag   yang panjang mungkin terjadi, menunjukkan  periode yang penting bagi sebagian kecil mutan pada inokulum untuk  berkembang biak secukupnya guna peningkatan jumlah sel dalam  jaringan.

b. Fase Eksponensial

Selama fase eksponensial, sel berada dalam keadaan yang tetap. Material sel baru disintesis dengan kecepatan konstan, tetapi material baru mengkatalitik dirinya sendiri dan peningkatan massa terjadi secara eksponensial. Hal ini berlanjut sampai satu dari dua hal terjadi; satu atau lebih nutrien dalam medium habis atau akumulasi hasil metabolik toksik dan menghambat pertumbuhan.

c. Fase Stasioner

Kekurangan nutrien atau akumulasi produk toksik menyebabkan  pertumbuhan sama sekali berhenti. Pada sebagian besar kasus pergantian sel menempati fase stasioner: dimana terdapat kehilangan sel perlahan-lahan melalui kematian yang diimbangi oleh pembentukan sel baru melalui  pertumbuhan dan pembelahan. Pada saat hal ini terjadi, jumlah sel total secara perlahan meningkat walaupun jumlah sel yang dapat hidup tetap konstan.

d. Fase Penurunan (Fase Kematian)

Setelah periode waktu pada fase stationer, yang bervariasi pada tiap organisme dan kondisi kultur, kecepatan kematian meningkat sampai mencapai tingkat yang tetap. Matematika kematian pada keadaan yang tetap akan dibahas di bawah ini. Seringkali setelah mayoritas sel mati, kecepatan kematian menurun secara drastis, sehingga sejumlah kecil sel yang hidup akan bertahan selama beberapa bulan atau tahun. Persistensi ini mungkin pada beberapa kasus mencerminkan pergantian sel, sebagian kecil sel tumbuh dengan memakai nutrien yang dilepaskan dan sel yang lain mati dan lisis.

2.2 REPRODUKSI BAKTERI

Bakteri termasuk kedalam kelompok organisme uniseluller.Bakteri akan  berkembang biak dengan reproduksi seksual dan aseksual. Pembelahan biner merupakan jenis reproduksi bakteri secara aseksual. Cara reproduksi juga dapat dilakukan pertukaran genetik yang prosesnya seperti konjugasi, transduksi dan transformasi adalah proses reproduksi seksual yang utama. Dalam kondisi optimal bakteri daapt membagi dengan cepat. Bakteri dapat meningkatkan  populasi mereka setiap 9,8 menit. Reproduksi bakteri dapat dilihat melalui fase

yang berbeda.

2.2.1 Proses Reproduksi Aseksual Bakteri

Perkembangbiakan bakteri dengan cara reproduksi aseksual disebut  pembelahan biner, karena setiap satu bakteri akan membelah menjadi dua individu. Dalam satu bakteri, kromosom tunggal menggandakan diri. Kemudian, dihasilkan dua kromosom melekat di bagian dalam membran  plasma. Sel memanjang dan memisahkan menjadi dua helai. Akhirnya, membran sel tumbuh ke dalam, dinding sel memisah menjadi dua sel anak dengan sebuah kromosom di dalamnya.

Reproduksi Aseksual Reproduksi Seksual

2.2.2 Proses Reproduksi Seksual Bakteri

Cara lainnya adalah cara reproduksi seksual. Reproduksi seksual  pada bakteri meliputi:

a. Konjugasi adalah proses di mana sel jantan lewat DNA menuju ke sel betina melalui tabung konjugasi. Dalam konjugasi terjadi kontak fisik antara kedua bakteri yang melibatkan transfer informasi genetik dari satu sel bakteri yang lain. Dalam proses ini, satu bakteri menempel pada bakteri lain melalui tabung seperti struktur yang dikenal sebagai pili seks. Bahan genetik tersebut kemudian dipindahkan dari satu bakteri ke bakteri yang lain.

 b. Transformasi  adalah metode lain reproduksi seksual di mana  bakteri mengambil DNA dari lingkungan sekitarnya. Dalam hal ini, sebuah fragmen DNA dari donor mati menempel pada dinding sel bakteri hidup. DNA baru kemudian mengikat bakteri  penerima dan terjadi rekombinasi genetik. Teknik ini sangat

sering digunakan dalam bidang bioteknologi. Ketika suatu  plasmid asing diperkenalkan ke dalam bakteri, bakteri akan

menguatkan dan membuat banyak salinan. Salinan plasmid ini kemudian digunakan untuk tujuan eksperimen.

c. Transduksi adalah proses di mana bakteriofag membawa DNA dari satu sel ke sel yang lain. Pertukaran DNA bakteri ini melalui virus yang menginfeksi bakteri (bakteriofag) dikenal sebagai Transduksi dan merupakan jenis rekombinasi. Transduksi adalah dua macam, tranduksi umum dan transduksi khusus. Virus yang menginfeksi bakteri (bakteriofag) menyusup ke dalam genom bakteri ketika menempel pada bakteri. Kemudian, genom virus, enzim, dan komponen virus yang direplikasi dan dirakit di dalam bakteri inang. Bentuk baru bakteriofag kemudian membelah bakteri dan melepaskan virus yang direplikasi.

Selain itu, beberapa bakteri gram positif pada keadaan tertentu membentuk resting cells yang disebut endospora (spora). Pembentukan spora terjadi jika nutrisi esensial yang diperlukan tidak memenuhi kebutuhan untuk pertumbuhan  bakteri (sporulasi ). Apabila keadaan menjadi baik kembali atau nutrisi esensial

telah terpenuhi maka akanberubah menjadi bakteri lagi ( germinasi ).

Komponen unik bakteri tertentu (contoh  Bacillus  _dan  Clostridium ₎ adalah kemampuannya untuk membentuk endospora. Pada beberapa titik dalam siklus sel vegetatif bakteri pembentukspora, pertumbuhan diistirahatkan dan sel berubah secara progresif mengakibatkan pembentukan endospora. Spora merupakan struktur dorman yang mampu bertahan dalam periode yang lama dan dibantu dengan kapasitas untuk membentuk kembali tahap vegetatif pertumbuhan di bawah kondisi lingkungan yang sesuai. Proses yang dilibatkan dalam sporulasi,  juga pemecahan spora dorman dan tahap munculnya sel vegetatif,

menyajikan suatu contoh primitif dari diferensiasi uniseluler 

.

Pembentukan endospora terjadi selama fase stationer pertumbuhan setelah terjadi penurunan nutrien tertentu dalam medium biakan atau lingkungan. Spora tunggal dihasilkan dalam satu sel vegetatif dan berbeda dari sel induknya dalam hal morfologi dan komposisi, peningkatan resistensi terhadap lingkungan yang merugikan, dan ketiadaan kemampuan mendeteksi aktivitas metabolik. Resistensi spora terhadap panas menjadi perhatian utama dalam bidang kesehatan, tetapi peningkatan resistensi spora terhadap pengeringan, pembekuan, radiasi dan pengrusakan oleh senyawa kimia, merupakan faktor yang sangat penting dalam lingkungan alaminya. Nilai selektif primer spora terletak pada panjang usianya dalam tanah berpasangan dengan kemampuan untuk bergerminasi di bawah kondisi lingkungan yang sesuai.

2.3

Faktor Pertumbuhan Bakteri 2.3.1 Nutrien

 Nutrien dibutuhkan oleh setiap organisme untuk memenuhi segala aktivitas seluler di dalam tubuhnya. Nutrien ini akan diserap kedalam sel melalui penyerapan pasif (osmosis dan difusi) dan penyerapan aktif. Setelah diserap ke dalam sel, nutrisi akan digunakan oleh sel melalui  proses metabolisme.

 Nutrien dibagi menjadi dua, yaitu:

a. Nutrien essensial ; merupakan nutrien utama yang dibutuhkan untuk  pertumbuhan sel.

 b. Nutrien tambahan/supplement ; merupakan nutrien pelengkap.  Nutrien-nutrien yang dibutuhkan bakteri:

1. Air

2. Sumber energi dan donor electron 3. Sumber nitrogen

4. Sumber aseptor electron 5. Mineral

6. Factor tumbuh

 Nutrien masuk ke dalam sel melalui membrane sel yang bersifat selektif permeable. Nutrien dapat masuk ke dalam sel bila ada kekuatan yang menyebabkan terjadinya pergerakan melalui membrane sel. Kekuatan tersebut dapat berasal dari perbedaan potensi kimia atau kadar nutrien yang ada di luar sel dan di dalam sel. Proses pergerakan tersebut memelukan energi.

Proses penyerapan nutrien pada sel dibagi menjadi: o Penyerapan pasif  , yaitu osmosis dan difusi.

o Penyerapan aktif  yang memerlukan energi,

Contohnya: penyerapan laktosa pada E. coli serta penyerapan glukosa  pada azotobacter.

1. Air

Merupakan bagian terbesar dari sel, (70-58%), berperan dalam semua  proses reaksi kimia sel, dan sumber O2 dari bahan organik sel. Selain itu  bertindak juga sebagai pelarut nutrien, sehingga dapat diserap sel serta  berfungsi menyerap panas yang dihasilkan selama metabolisme  berlangsung.

2. Sumber Karbon

Kebutuhan jasad renik akan karbon dibagi menjadi dua golongan, yaitu: - Karbon Anorganik: Karbondioksida, karbonat

- Karbon Organik: C

Berdasarkan kebutuhan karbon, bakteri dibedakan menjadi:

1. Bakteri Autotrop: bakteri yang menggunakan karbon organik.

2. Bakteri Heterotrop: bakteri yang menggunakan CO2 sebagai sumber karbon satu-satunya untuk tumbuh.

3. Sumber Nitrogen

 Nitrogen diserap dalam bentuk organic dan anorganik. Sumber nitrogen organik adalah purin, pirimidin, asam amino, dan protein, sedangkan sumber nitrogen anorganik adalah amoniak (NH3) dan nitrat (HNO3) 4. Sumber Aseptor Elektron

Dalam bioenergi, diperlukan aseptor elektron (penerima elektron). Bila aseptor tidak ada maka proses akan terhambat.

Contoh aseptor electron: - Oksigen

- Senyawa anorganik (Nitrit, Nitrat, Fe3+) - Senyawa organik.

5. Mineral

Mineral-mineral yang dibutuhkan oleh bakteri terdiri dari dua kelompok, yaitu:

a. Makronutrien: mineral yang dibutuhkan dalam jumlah besar dan diperlukan untuk menyusun bahan-bahan seluler. Contoh: kalium magnesium, kalsium, natrium, besi.

 b. Mikronutrien: mineral yang dibutuhkan dalam jumlah kecil, biasanya diperlukan sebagai factor dari beberapa enzim. Contoh: Mn, Co, Zn, Cu, and Mo.

2.3.2 Konsentrasi Ion Hidrogen (pH)

 pH adalah ukuran dari ion hidrogen yang aktif dalam suatu larutan atua bisa disebut algoritma negatif dari konsentrasi ion hidrogen. Setiap unit pH merepresentasikan sepuluh kali lipat perubahan dalam konsentrasi ion hidrogen. pH amat mempengaruhi pertumbuhan mikroba. Setiap jenis memiliki jarak pertumbuhan pH dan pertumbuhan pH optimum. Diantaranya adalah asidofil (0 - 5,5), neutrofil (5,5 - 8,0), dan alkalofil (8,5 - 11,5), namun ada juga alkalofil yang memiliji perumbuhan pH maksimum saat 10 atau lebih.

Mikroorganisame biasa tumbuh dalam jangkauan pH yang luas dan  jauh dari nilai optimumnya, namun ada batas tertentu untuk batas mereka. Perubahan drastis dalam pH sitoplasma dapat menghancurkan mikroorganisme dengan mengganggu membran plasma atau menghambat aktivitas enzim dan transpor protein membran. Prokariot dapat mati saat  pH dibawah 5,0-5,5.

Mikroorganisme harus beradaptasi terhadap perubahan pH untuk  bertahan. Seperti bakteri, potassium/proton dan sodium/proton dan membenarkan sedikit variasi dalam pH. Jika pH berubah menjadi terlalu asam, mekanisme lainnya akan terhenti. Jika pH turun hingga sekitar 5,5-6,0, Salmonella typhimurium dan E. coli akan mensintesis protein baru sebagai bagian dari respon toleransi asam mereka.

Sering kali mikroorganisme merubah pH lingkungn mereka sendiri dengan memproduksi asam atau produksi metabolis berlebih mereka. Mikroorganisme yang terfermentasi merubah asam organik dari karbohidrat. Beberapa mikroorganisme membuat lingkuat mereka menjadi lebih alkaline dengan menaikkan amonia melalui degradasi asam amino.

2.3.3 Temperatur

Mikroorganisme, termasuk bakteri, dapat dikelompokkan  berdasarkan jangkauan temperatur dimana mereka dapat tumbuh dengan  baik, yaitu:

1) Psikrofilik;tumbuh pada temperatur yang rendah dengan temperatur optimum antara 10-150  C dan suhu minimum 2-40  C. Organisme ini  bertambah banyak dengan lambat pada temperator refrigerator

menyebabkan makanan menjadi busuk dalam beberapa minggu.

2) Mesofilik; temperatur optimum untuk mikroorganisme ini adalah 25-400 C. Banyak organisme mesofilik yang menyebabkan penyakit pada manusia, memiliki jangkauan suhu yang sempit, 35-370  C untuk tumbuh.

3) Termofilik; mikroorganisme ini tumbuh pada temperatur 50-600 C. Referensi lain menggolongkan mikroorganisme menurut temperatur tumbuhnya dalam lima jenis sebagai berikut.

1) Psikrofilik, suhu optimalnya < 15OC, maksimal 20OC

2) Fakultatif psikrofilik, bisa 0 – 7 OC, optimal 20-30OC, maksimal 35OC

3) Mesofilik, suhu optimal 20-45 O C, minimum 15  –  20 O C, maksimum sekitar 45OC

4) Termofilik, suhu optimal 55-65OC, minimal 45OC

5) Hipertermofilik, suhu optimal 80-113OC, minimal 55OC

2.3.4 Konsentrasi Oksigen

Dilihat dari kemampuan dapat tidaknya bertahan hidup dengan oksigen, organisme dibagi menjadi dua golongan,yaitu organisme aerob yang membutuhkan oksigen untuk kelangsungan hidupnya, dan organisme anaerob yang tidak memerlukan oksigen untuk bertahan hidup. Hampir semua organisme multiselular membutuhkan oksigen untuk pertumbuhannya. Berikut adalah golongan-golongan organisme aerob dan anaerob:

Memerlukan oksigen sebaga i akseptor elektron untuk pembentukkan ATP, contoh: Mycobacterium tuberculosis

b.  Facultative anaerobes

Tidak membutuhkan oksigen untuk pertumbuhannya tetapi pertumbuhan akan berlangsung lebih baik apabila ada oksigen. Jika terdapat oksigen,  pernapasan aerob akan digunakan.

c.  Aerotolerant anaerobes

Tidak membutuhkan oksigen sama sekali dalam pertumbuhannya. Meskipun terdapat oksigen di lingkungan sekitarnya, oksigen tidak akan digunakan untuk pertumbuhan. Contoh: Enterococcus faecalis .

d. Strict or Obligate anaerobes

Tidak bisa hidup apabila terdapat oksigen di lingkungannya. Organisme  jenis ini memperoleh energi dari proses fermentasi yang diperoleh dari  pernapasan anaerob. Contoh:  Bacteroides, Fusabacterium, Clostridium  pasteurianum, Methanococcus .

e.  Microaerophiles

Tidak bisa hidup pada kadar oksigen atmosfir normal (20%). Membutuhkan oksigen pada kadar 2-10% untuk hidup.

2.3.5 Tekanan Osmotik

Pada umumnya mikrobia terhambat pertumbuhannya di dalam larutan yang hipertonis. Karena sel-sel mikrobia dapat mengalami plasmolisa. Didalam larutan yang hipotonis sel mengalami plasmoptisa yang dapat di ikuti pecahnya sel. Beberapa mikrobia dapat menyesuaikan diri terhadap tekanan osmose yang tinggi; tergantung pada larutanya dapat dibedakan jasad osmofil dan halofil atau halodurik. Medium yang paling cocok bagi kehidupan bakteri ialah medium yang isotonik terhadap isi sel bakteri. Jika  bakteri di tempatkan di dalam suatu larutan yang hipertonik terhadap isi sel,

maka bakteri akan mengalami plasmolisis. Larutan garam atau larutan gula yang agak pekat mudah benar menyebabkan terjadinya plasmolisis ini. Sebaliknya, bakteri yang ditempatkan di dalam air suling akan kemasukan air

sehingga dapat menyebabkan pecahnya bakteri, dengan kata lain, bakteri dapat mengalami plasmoptisis. Berdasarkan inilah maka pembuatan suspense  bakteri dengan menggunakan air murni itu tidak kena, yang digunakan

seharusnyalah medium cair.

Perubahan nilai osmosis larutan medium tidak terjadi dengan cepat, akan tetapi perlahan-lahan sebagai akibat dari penguapan air, maka bakteri dapat menyesuaikan diri, sehingga tidak terjadi plasmolisis secara mendadak.

2.3.6 Konsentrasi Ion

Ion-ion yang dimaksud adalah logam berat seperti Hg, Ag, Cu, Au, Zn, Li, dan Pb. Walaupun pada kadar sangat rendah akan bersifat toksis terhadap mikroorganisme karena ion-ion logam berat dapat bereaksi dengan gugusan senyawa sel. Daya bunuh logam berat pada kadar rendah disebut daya ologodinamik. Anion seperti sulfat tartratklorida, nitrat dan benzoat mempengaruhi kegiatan fisiologi mikroorganisme. Karena adanya perbedaan sifat fisiologi yang besar pada masing-masing mikroorganisme maka sifat meracun dari anion tadi juga berbeda-beda. Sifat meracun alakali juga  berbeda-beda, tergantung pada jenis logamnya. Ada beberapa senyawa asam organik seperti asam benzoat, asetat dan sorbet dapat digunakan sebagai zat  pengawet didalam industry bahan makanan. Sifat meracun ini bukan disebabkan karena nilai pH, tetapi merupakan akibat langsung dari molekul asam organik tersebut terhadap gugusan didalam sel.

2.3.7 Radiasi (Sinar Gelombang Pendek)

Sinar-sinar yang mempunyai panjang gelombang pendek (misalnya sinar, sinar Ultra violet, sinar gama), mempunyai daya penetrasi yang cukup  besar terhadap mikribia. Sinar-sinar tersebut dapat menyebabkan kematian. Perubahan genetik (mutasi) atau penghambatan pertumbuhan mikrobia. Sinar-sinar tersebut banyak digunakan di dalam praktek sterilisasi dan

 pengawetan bahan makanan. Kebanyakan bakteri tidak dapat mengadakan fotosintesis, bahkan setiap radiasi dapat berbahaya bagi kehidupannya.

Sinar yang nampak oleh mata kita, yaitu yang bergelombang antara 390 m μ sampai 760 m μ, tidak begitu berbahaya; yang berbahaya ialah sinar yang lebih pendek gelombangnya, yaitu yang bergelombang antara 240 m μ sampai 300 m μ. Lampu air rasa banyak memancarkan sinar bergelombang  pendek ini. Lebih dekat, pengaruhnya lebih buruk. Dengan penyinaran pada  jarak dekat sekali, bakteri bahkan dapat mati seketika, sedang pada jarak yang agak jauh mungkin sekali hanya pembiakannya sajalah yang terganggu. Spora-spora dan virus lebih dapat bertahan terhadap sinar ultra-ungu. Sinar ultra-ungu biasa dipakai untuk mensterilkan udara, air, plasma darah dan  bermacam-macam bahan lainya. Suatu kesulitan ialah bahwa bakteri atau virus itu mudah sekali ketutupan benda-benda kecil, sehingga dapat terhindar dari pengaruh penyinaran. Alangkah baiknya, jika kertas-kertas pembungkus makanan, ruang-ruang penyimpan daging, ruang-ruang pertemuan, gedunggedung bioskop dan sebagainya pada waktu-waktu tertentu dibersihkan dengan penyinaran ultra-ungu. Sinar X dan sinar radium yang  bergelombang lebih pendek daripada sinar ultra-ungu juga dapat membunuh mikroorganisme, akan tetapi memerlukan lebih banyak dosis daripada sinar ultra-ungu. Bakteri yang disinari dengan sinar X kerap kali mengalami mutasi. Aliran listrik tidak nampak berbahaya bagi kehidupan bakteri. Jika ada bakteri yang mati karenanya, hal ini di sebabkan oleh panas atau oleh zat-zat yang timbul di dalam medium sebagai akibat daripada arus listrik, seperti ozon dan klor (chlor).

2.4

Metabolisme Bakteri

Metabolisme didefinisikan sebagai semua reaksi kimia yang terjadi dalam sel. Metabolisme terdiri dari dua proses yang berlawanan yang terja secara simultan.Reaksi tersebut adalah:

1. Sintesis protoplasma dan penggunaan energi yang disebut sebagai

2. Oksidasi subsstrat diiringi dengan terbentuknya energi disebur dengan

Katabolisme.

Bakteri mendapatkan energi melalui proses oksidasi-reduksi. Oksidasi adalah proses pelepasan elektron sedang reduksi adalah proses  penangkapan elektron. Karena elektron tidak dapat berada dalam bentuk  bebas, maka setiap reaksi oksidasi selalu diiringi oleh reaksi reduksi. Hasil

dari reaksi oksidasi dapat terbentuknya energi.

Fosforilasi Oksidatif. Pada umumnya reaksi oksidasi secara biologi dikatalisis oleh enzim dehidrogenase. Enzim tersebut memtransfer elektron dan proton yang dibebaskan kepada aseptor elektron intermedier seperti  NAD+ dan NADP+ untuk dibentuk menjadi NADH dan NADPH. Fosforilasi oksidasi terjadi pada saat elektron yang mengandung energi tinggi tersebut ditransfer ke dalam serangkain transpor elektron sampai akhirnya di tangkap oleh oksingen atau oksidan anorganik lainnya sehingga oksigen akan tereduksi menjadi H2O.

1. Tranfer elektron menuju oksigen melalui berbagai carier seperti flavoprotein,quinon maupun sitokrom.

2. Adanya tranfer elektron ini mengakibatkan aliran proton (H+)dari sito  plasma ke luar sel. Jadi arah aliran adalah dari dalam ke luar. Hal ini akan menimbulkan peredaan konsentrasi proton atau dikenal dengan gradien pH. 3. pH pada umunnya 7,5. Gradien pH terjadi jika pH di luar sel lebih kecil

dari 7,5. Selanjutnya gradien pH bersama dengan potensial membenuk

protonmotive force. Kekuatan (protonmotive force) inilah yang menarik  proton dari luar sel kembali ke dalam sel. Bersamaan dengan masuknya kembali proton tadi terbentuk energi yang digunakan untuk berbagai aktifitas sel.

4. Para membran terdapat enzim spesifik disebut dengan ATPase. Energi yang di sebabkan pada saat masuknya kembali proton tadi akan digunakan oleh ATPase untuk forforilasi ADP menjadi ATP. Energi ini disimpan dalam bentuk ikatan fosfat yang selanjutnya dapat di gunakan untuk aktifitas sel. Reaksinya adalah:

Adenosin -P ~ P + Pi. ……energi…… Adenosin- P~ P~ P

Hal yang perlu dimengerti mengenai metabolisme bakteri adalah:

2.4.1 Respirasi

Respirasi didefenisikan sebagai penggunaan serangkaian transfor elektron untuk mentrasnfer elektron menuju aseptor elektron terakhir. Energi diperoleh melalui fosporilasi oksidatif tetapi dalam prosesnya bisa menggunakan oksigen sebagai aseptor elektron terakhir (respirasi aerob) atau senyawa anorganik lain (resfirasi anaerob).

Resfirasi Aerob

Banyak organisma yangn mampu menggunakan oksigen sebagai aseptor elektron terakhir. Dalam hal ini tidak diperlukan reduksi senyawa intermediator sebagaimana dalam permentasi. Hasilnya senyawa-senyawa intermediate tersebut dapat dioksidasi sempurna menjadi karbon dioksida dan air. Ini merupakan keuntungan yang sangat besar bagi organisme akarena jumlah energi yang dihasilkan dari oksidasi sempurna satu molekul glukosa jauh leb besar bila dibandingkan melalui permentasi.

Hal ini disebabkan rangka aliran elektron dari NADH ke O2 melalui serangkaian karir Cytocrom menghasilkan 3 ATP. Energi tersebut, bersama dengan energi yang diperoleh dari oksidasi Virupat menjadi asetil COA menghasilkan 36 ATP yang dihasilkan dari metabolisma glukosa menjadi CO2 dan H2O. Jika kita bandingkan dengan dua ATP yang dibentuk dari satu molekul glukosa melalui fermentasi alkohol atau asam laktat, maka metabolisme aerob  jauh lebih efesien dibanding dengan fermentasi.

Bagaimana Peruvat diubah menjadi CO2 dan H2O dan bagimana prosses tersebut menghasilkan sejumlah besar energi untuk sel ? Hal ini dipenuhi melalui  proses degradasi disebut tricarboxylic Acid Cycle (TCA Cycle) atau dikenal dengan siklus asam sitrat maupun siklus Krebs. Setiap kali oksalo asetat  bergabung dengan asetil COA yang berasal dari Piruvat masuk kedalam siklus

akan membentuk senyawa 6 karbon yang dikenal dengan asan sitrat sehingga dinamakan siklus asam sitrat. Dalam setiap putaran menghasilkan serangakaian oksidasi menyebabkan terjadinya reduksi NAD atau FAD dan membebaskan 2 molekul CO2. jadi senyawa 6 karbon asam sitrat kembali ke bentuk semula yaitu senyawa 4 karbon oksalo asetat yang siap bergabung kembali dengan asetat / astil COA.

Akhirnya semua senyawa NADH dan FADH mengalami posforilasi oksidatif dengan melepaskan elektron melalui serangkain cyticrom ke oksigen menghasilkan air dan 3 molekul ATP untuk setiap pasang elektron dari NADH. Jumlah energi yang diperoleh dari fermentasi dan respirasi dari satu molekul glokosa adalah sebagai berikut :

Glikolisis Anaerob / Fosforilasi substrat 2 ATP Metabolisme Aerob / Fosforilasi oksidatif :

Dari glikosis 6 ATP

Metabolisma asrtil COA (2NADH) 6 ATP TCA cycle;

Metabolisma suksinil COA 2 ATP

Oksidasi 6 NADH 18 ATP

Oksidasi 2 FADH 4 ATP

Total Energi 38 ATP

Resfirasi Anaerob

Disamping metabolisma aerob, dan permentasi terdapat metabolisma lain yang pada umumnya bersifat anarob. Akan tetapi mikro organisma tersebut tidak melakukan permentasi. Bakteri tersebut menggunakan senyawa anorganik sebagai aseptor elektron terakhirnya. Organisma tersebut dapat dibagai dalam 3 kelompok yaitu : reduser sulfat, reduser nitrat dan bakteri metan. Yang perlu diingat bahwa, meskipun tipr metabolismenya adalah anaerob, elektron yang dibebaskan melalui reaksi oksidasi ditrasnsfer melalui serangkaian ternasfer elektron dan energi dihasilkan melalui fosforilasi oksidatif. Letak perbedaan antara resfirasi aerob dan

anerob adalah bahwa pada respiriasi anaerob yang berperan sebagai aseptor elektron terkahir adalah senyawa anorganik, bukan oksigen.

Sulfat Reducer

Kelompok bakteri yang mereduksi sulfat adalah desulfofibrio  dan desulfhoto maculum  yang merupakan bakteri pembentiuk spora. Kedua bakteri tersebut merupakan organisma anaeorob obligat diamana yang berperan sebagai aseptor elektron terkahir adalah sulfat yang mereduksi menjadi sulfit. Reaksnya adalah : SO 4 2- + 8 e- + 8 H+ ……….S2- + H2 O

Organisme ini membutuhkan senyawa organik sebagai sumber karbon. Oleh karena itu disebut dengan organisma heterotrop.

Nitrat Reduser

Kebanyakan mikroorganisme yang dapat menggunakan nitrat sebagai aseptor elektron terakhir adapat dikatakan sebagai fakultatif. Jadi dalam keadan anaerob dapat menggunakan nitrat jika tersedia. Jika tidak, mikroorganisma akan melakukan metabolisma aerob ataupun permetasi. Kelompok bakteri ini antara lain;

 Escherichia, Enterobakter, Bacillus, Pseudomonas, Mikrocoocus dan Rhizobium. mikroorganisam tersebut nmereduksi nikrat menjadi nitrogen bebas.

2NO3

- + 12 e- + 12 H + …………..N2 + 6 H2 0

Proses in disebut dengan Denitrifkasi yang merupakan masalah serius bagi  pertanian karena menyebabkan hilangnya nitrat dari tanah. Akan tetapi proses tersebut sangat bermanfaat untuk mengambil nitrogen dari lembah tinja atau lembah yang lain.

Bakteri Metan

Kelompok bakteri ini dapat menggunakan CO2 sebagai aseptor elektron dan mereduksinya manjadi metan.

Organisma ini terdapat dalam usus binatang ruminamsia. Bakteri ini dapat mengahasilakn gas metan sebanyak 60 L setiap hari.

2.4.2 Fermentasi

Organisme anaerobik dapat menghasilkan energy melalui reaksi fermentasi yang menggunakan bahan organic sebagai donor dan akseptor elektron. Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobik (tanpa oksigen). Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik, akan tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas yang mendefinisikan fermentasi sebagai respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor elektron eksternal. Salah satu contohnya, Streptococcus lactis, bakteri yang menyebabkan masamnya susu, menguraikan glucose menjadi asam laktat, yang  berakumulasi di dalam medium sebagai produk fermentasi satu-satunya.

Bagaimana terjadinya?

Melalui glikolisis, satu molekul glikose diubah menjadi dua molekul asam piruvat disertai dengan pembentukan dua NADH + H+. Asam piruvat tersebut diubah

menjadi asam laktat dalam

reaksi berikut:

Energi yang dihasilkan dari

fermentasi karbohidrat lainnya, tahap awal disimilase glucose seringkali, tetapi tak selalu, mengikuti glikolisis. Perbedaan dalam tipe-tipe fermentasi biasa terletak pada penggunaan asam piruvat yang terbentuk. Jadi asam piruvat adalah “pusat” fermentasi karbohidrat. Gambar berikut menggambarkan berbagai ragam  produk yang dihasilkan dari metabolism asam piruvat.

Kebanyakan bakteri heterofilik menghasilkan beberapa produk akhir dari disimilasi glucose, yang tipe-tipe nya diperlihatkan pada gambar di atas, tetapi kesemua produk ini tidak dihasilkan oleh satu spesies. Melainkan, tipe-tipe yang terdaftar itu merupakan suatu rangkuman dari apa yang dapat diharapkan apabila seseorang menginventarisasikan produk-produk akhir disimilasi glucose yang dapat dihasilkan oleh semua heterotof. Sesungguhnya mikroorganisme dapat dikelompokkan berdasarkan pada produk-produknya fermentasi (kelompok  bakteri asam laktat atau bakteri asam propionate, misalnya). Nama-nama tersebut

diberikan berdasarkan produk akhir utama fermentasi karbohidrat. Bakteri dikelompokkan menurut produk-produk disimilasi glucose :

Dari sini jelaslah bahwa tidak semua mikroorganisme memetabolisme substrat yang sama dengan cara yang tepat sama. Misalnya, Streptococcus lactis  dan  Escherichia coli keduanya memfermentasikan glucose, tetapi melalui lintasan-lintasan fermentasi yang amat berbeda, seperti bada gambar di  bawah ini:

Beberapa makanan hasil fermentasi dan bakteri yang berperan: No. Nama produk atau

makanan

Bahan

baku Bakteri yang berperan

1. Yoghurt susu  Lactobacillus bulgaricus dan

Streptococcus thermophilus

2. Mentega susu Streptococcus lactis

3. Terasi ikan  Lactobacillus sp.

4. Asinan buah-buahan

 buah- buahan  Lactobacillus sp.

5. Sosis daging  Pediococcus cerevisiae

Fermentasi dan bakteri yang terlibat.

Ragam produk fermentasi sangatlah banyak dan beragam baik yang berasal dari Indonesia ataupun dari berbagai negara. Tiap produk melibatkan satu atau lebih mikroorganisme. Apabila lebih dari satu mikrobia maka akan terjadi suatu kondisi yang saling mendukung untuk menghasilkan produk yang sesuai dengan kebutuhan manusia. Berikut beberapa produk fermentasi dan bakteri yang terlibat di dalamnya dengan beberapa peran yang telah diketahui.

* Fermentasi Asam Asetat

Bakteri Acetobacter aceti merupakan baktei yang mula pertama diketahui sebagai penghasil asam asetat dan merupakan jasad kontaminan pada pembuatan wine. Saat ini bakeri  Acetobacter aceti digunakan pada produksi asam asetat karena kemampuanya mengoksidasi alkohol menjadi asam asetat.

* Fermentasi Asam Laktat

Fermentasi asam laktat banyak terjadi pada susu. Jasad yang paling  berperan dalam fermentasi ini adalah Lactobacillus sp. Laktosa diubah menjadi

asam laktat. Kini asam laktat juga digunakan untuk produksi plastik dalam bentuk PLA

* Fermentasi Asam Glutamat

Asam glutamat digunakan untuk penyedap makanan sebagai penegas rasa. Mula pertama dikembangkan di Jepang. Organisme yang kini banyak digunakan

adalah mutan dari Corynebacterium glutamicum.

* Fermentasi Yogurt

Produksi yogurt dimulai dengan kondisioning susu. Kandungan air pada susu mula pertama diturunkan hingga 25% dengan evaporasi vacuum dan ditambahkan 5% susu bubuk. Sebagai tahap akhir kondisioning, susu dipanaskan

 pada suhu 86 –  930C selama 30 –  60 menit. Hal ini akan menyebabkan beberapa

 protein mengalami pemecahan dan mikrobia kontaminan akan terbunuh. Setelah

itu didinginkan pada suhu 450C dan ditambahkan campuran Streptococcus

thermophilus dan Lactobacillus bulgaricus dalam perbandingan 1:1.

* Fermentasi Kefir

Kultur starter kefir disebut butiran kefir, mengandung mikrobia yang terdiri dari bakteri dan khamir yang masing-masing berperan dalam pembentukan cita rasa dan struktur kefir. Bakteri menyebabkan terjadinya asam sedangkan khamir menyebabkan terjadinya pembentukan alkohol dan CO2 pada proses fermentasi. Hal inilah yang membedakan rasa yoghurt dan kefir. Komposisi mikrobia dalam butiran kefir dapat bervariasi sehingga hasil akhir kefir kadang mempunyai aroma yang bervariasi. Spesies mikrobia dalam bibit kefir diantaranya

 Lactocococcus lactis, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus kefir,

 Lactobacillus kefirgranum, Lactobacillus parakefir. Semua mikrobia yang

tersebut tadi mempunyai fungsi dalam pembentukan asam laktat dari laktosa.  Lactobacillus kefiranofaciens  sebagai pembentuk lender (matriks butiran kefir),  Leuconostoc sp. Membentuk diasetil dari sitrat dan Candida kefir pembentuk

etanol dan karbondioksida dari laktosa. Selain itu juga ditemukan Lactobacillus brevis dan khamir (Torulopsis holmii danSaccharomyces delbrueckii).

* Fermentasi Nata deCoco

 Nata de coco sebenarnya adalah selulosa murni produk kegiatan mikrobia  Acetobacter xylinum. Mikrobia ini dapat merubah gula menjadi selulosa. Jalinan selulosa inilah yang membuat nata terlihat putih. Sebagai makanan berserat, nata de coco memiliki kandungan selulosa ± 2,5 % dan lebih dari lebih dari 95 % kandungan air. Nata de coco memiliki kandungan serat kasar 2,75 %, protein 1,5