BIOKIMIA DAN FISIOLOGI
DARI BAKTERI
PENGANTAR
• Sel mikroba melakukan sejumlah reaksi metabolik untuk menghasilkan energi yang diperlukan untuk membelah dan membentuk dua sel.
•
Proses reproduksi aseksual disebut pembelahan biner.
• Pertumbuhan yang berkelanjutan pada permukaan padat menyebabkan massa sel yang terlihat, disebut koloni .
• Bagaimana sel menghemat dan menggunakan energi dan nutrisinya
•
Metabolisme: Reaksi kimia berbeda dan mengatur banyak molekul berbeda menjadi struktur tertentu.
•
Katabolik, yang artinya pelepasan energi,
•
Katabolisme memecah struktur molekul, melepaskan energi di prosesor
•
Anabolic, artinya membutuhkan energi.
• Anabolisme menggunakan energi untuk membangun molekul yang lebih besar dari yang lebih kecil
sumber energi
• Semua organisme hidup membutuhkan sumber energi.
• Organisme yang menggunakan energi pancaran (cahaya) disebut
fototrof.
• Organisme yang menggunakan (mengoksidasi) suatu bentuk organik dari karbon disebut heterotrof atau piala kemo (hetero).
•
Organisme yang mengoksidasi senyawa anorganik disebut
litotrof.
Sumber Karbon
•
Persyaratan karbon organisme harus dipenuhi oleh karbon organik (senyawa kimia dengan karbon-
ikatan hidrogen) atau oleh CO
2.• Organisme yang menggunakan karbon organik adalah heterotrof.
• Organisme yang menggunakan CO 2 sebagai satu-satunya sumber karbon untuk pertumbuhan disebut autotrof.
Jenis Gizi Sumber energi Sumber Karbon Contoh
Cyanobacteria, beberapa Ungu dan Hijau
Bakteri
Beberapa Ungu dan Bakteri Hijau
Fotoautotrof Cahaya BERSAMA 2
Fotoheterotrof Cahaya Senyawa organik
Kemoautotrof atau Litotrof
(Litoautotrof) Kemoheterotrof atau Heterotrof
Anorganik
Beberapa Bakteri dan banyak Archaea
senyawa, misalnya H. 2, BERSAMA 2
NH 3, TIDAK 2, H. 2 S
Kebanyakan Bakteri, beberapa
Archaea Senyawa organik Senyawa organik
Nutrisi
• Nutrisi adalah bagian dari fisiologi mikroba yang berhubungan dengan nutrisi yang dibutuhkan untuk pertumbuhan.
• Organisme yang berbeda membutuhkan nutrisi pelengkap yang berbeda, dan tidak semua nutrisi dibutuhkan dalam jumlah yang sama
•
Makronutrien dan mikronutrien
Nutrisi
•
Semua nutrisi mikroba adalah senyawa yang dibangun dari unsur kimia.
•
Elemen mendominasi sistem kehidupan dan sangat penting:
hidrogen (H), oksigen (O), karbon (C), nitrogen (N), fosfor (P), sulfur (S), dan selenium (Se)
•
Air merupakan 70–80% dari berat basah sel mikroba
Komposisi makromolekul
•
Sel terutama terdiri dari makromolekul—
protein, asam nukleat, lipid, dan polisakarida
•
Protein mendominasi makromolekul
komposisi sel, yang
merupakan 55% dari total
berat kering sel.
Makronutrien lainnya
•
Fosfor (P) adalah elemen kunci dalam asam nukleat dan fosfolipid dan biasanya disuplai ke sel sebagai fosfat.
• Sulfur (S) hadir dalam asam amino sistein dan metionin dan juga dalam
beberapa vitamin, termasuk tiamin, biotin, dan asam lipoat. Sulfur dapat disuplai ke sel dalam beberapa bentuk, termasuk sulfida dan sulfat.
•
Kalium (K) diperlukan untuk aktivitas beberapa enzim
•
Magnesium (Mg) berfungsi untuk menstabilkan ribosom, membran, dan asam nukleat dan juga dibutuhkan untuk aktivitas banyak enzim.
• Kalsium (Ca) tidak dibutuhkan oleh semua sel tetapi dapat berperan dalam membantu menstabilkan dinding sel mikroba, dan berperan penting dalam stabilitas panas
endospora.
• Sodium (Na) dibutuhkan oleh beberapa, tetapi tidak semua, mikroorganisme, dan kebutuhannya biasanya merupakan cerminan dari habitat
Mikronutrien: Fe
• Mikroorganisme membutuhkan beberapa logam untuk pertumbuhannya
• Besi (Fe), yang memainkan peran utama dalam seluler
•
pernafasan. Besi adalah komponen kunci dari sitokrom dan
• besi – belerang protein yang terlibat dalam reaksi transpor elektron
Mikronutrien: Fe
•
Beberapa bakteri menghasilkan siderofor fenolik (misalnya, enterobaktin)
•
sedangkan yang lain menghasilkan siderofor peptida (misalnya, aquachelin).
• Kedua kelas siderofor memiliki afinitas pengikatan yang sangat tinggi dan dengan mudah mengikat besi pada tingkat serendah 1 nanogram per liter.
Mikronutrien: Faktor pertumbuhan
• Faktor pertumbuhan adalah senyawa organik yang, seperti trace metal, hanya dibutuhkan dalam jumlah yang sangat kecil.
•
Faktor pertumbuhan adalah vitamin, asam amino, purin, pirimidin, atau berbagai molekul organik lainnya.
1. purin dan pirimidin: diperlukan untuk sintesis asam nukleat (DNA dan RNA)
2. asam amino: diperlukan untuk sintesis protein
3. vitamin: dibutuhkan sebagai koenzim dan kelompok fungsional enzim tertentu.
Vitamin adalah faktor pertumbuhan yang paling sering dibutuhkan.
Vitamin
Asam p-Aminobenzoic (PABA)
Bentuk koenzim Fungsi
Prekursor untuk
biosintesis asam folat
Transfer unit satu karbon dan diperlukan untuk sintesis timin, basa purin,
serin, metionin dan pantothenate
Reaksi biosintetik itu
membutuhkan CO 2 fiksasi
Transfer gugus asil masuk oksidasi asam keto
Produksi CH oleh metanogen
Pembawa elektron masuk
reaksi dehidrogenasi
Oksidasi asam keto dan pembawa gugus asil dalam
metabolisme -
Asam folat Tetrahidrofolat
Biotin Biotin
Asam lipoat
Mercaptoethane- asam sulfonat
Lipoamide
Koenzim M
NAD (nicotinamide
dinukleotida adenin) dan NADP
Koenzim A dan Protein Pembawa Asil (ACP)
4
Asam nikotinat
Asam pantotenat
Vitamin Bentuk koenzim Fungsi
Transaminasi, deaminasi,
dekarboksilasi dan rasemasi asam amino Pyridoxine (B 6) Fosfat piridoksal
FMN (flavin
mononukleotida) dan rumpon (flavin adenin
dinukleotida) Tiamin pirofosfat (TPP)
Cobalamine digabungkan dengan
nukleosida adenin Kuinon dan
napthoquinones
Riboflavin (B 2) Reaksi oksidasi reduksi
Dekarboksilasi keto asam dan transaminase reaksi
Transfer kelompok metil Tiamin (B 1)
Vitamin B 12
Vitamin K. Proses transpor elektron
• Beberapa bakteri (mis
E. coli)
tidak membutuhkan faktor pertumbuhan: mereka dapat mensintesis semua purin esensial, pirimidin, asam amino dan vitamin, dimulai dengan sumber karbonnya, sebagai bagian dari metabolisme perantara mereka sendiri.•
Bakteri tertentu lainnya (mis Lactobacillus) membutuhkan purin, pirimidin, vitamin dan beberapa asam amino untuk tumbuh. Senyawa ini harus
ditambahkan terlebih dahulu ke media kultur yang digunakan untuk menumbuhkan bakteri tersebut.
• Faktor pertumbuhan tidak dimetabolisme secara langsung sebagai sumber karbon atau energi, melainkan diasimilasi oleh sel untuk memenuhi peran spesifiknya dalam metabolisme.
• Strain bakteri mutan yang membutuhkan beberapa faktor pertumbuhan yang tidak dibutuhkan oleh strain wild type (induk) tersebut disebut sebagai auksotrof.
•
Jadi, strain E. coli yang membutuhkan asam amino triptofan untuk tumbuh disebut triptofan auksotrof
•
dan akan ditunjuk E. coli trp-.
Enzim
•
Katalis biologis disebut enzim.
•
Enzim adalah protein (atau dalam beberapa kasus, RNA) yang sangat spesifik untuk reaksi yang mereka kataliskan. Artinya, setiap enzim
hanya mengkatalisasi satu jenis reaksi kimia, atau dalam kasus
beberapa enzim, satu kelas reaksi yang terkait erat. Kekhususan ini
adalah fungsi dari struktur tiga dimensi yang tepat dari molekul enzim.
Media Budaya
•
Untuk setiap bakteri yang akan diperbanyak untuk tujuan apa pun, perlu untuk menyediakan lingkungan biokimia dan biofisik yang sesuai.
•
Lingkungan biokimia (nutrisi) tersedia sebagai a media budaya, dan tergantung pada kebutuhan khusus bakteri tertentu (serta peneliti tertentu).
•
Media kultur digunakan dalam isolasi dan pemeliharaan kultur
murni bakteri dan juga digunakan untuk identifikasi bakteri
sesuai dengan sifat biokimia dan fisiologisnya.
•
Media cair digunakan untuk pertumbuhan kultur batch murni,
• Media yang dipadatkan digunakan secara luas untuk isolasi kultur murni,
untuk memperkirakan populasi bakteri yang dapat hidup, dan berbagai tujuan lainnya.
• Agen pembentuk gel biasa untuk padat atau media setengah padat adalah agar, hidrokoloid yang berasal dari ganggang merah.
•
Agar digunakan karena sifat fisiknya yang unik (meleleh pada 100 derajat dan tetap cair sampai didinginkan hingga 40 derajat, suhu di mana ia meleleh)
• Agar tidak dapat dimetabolisme oleh sebagian besar bakteri.
Jenis Media Budaya
• Media kultur dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kategori tergantung pada komposisi atau penggunaannya.
• media yang ditentukan secara kimiawi (sintetis)
•
kompleks (tidak ditentukan)
•
media minimal
•
media selektif
•
media diferensial
•
media pengayaan
• SEBUAH media yang ditentukan secara kimiawi (sintetis) adalah salah satu komposisi kimianya yang tepat diketahui.
•
Media yang ditentukan biasanya terdiri dari biokimia murni dari rak.
•
Media yang ditentukan secara kimiawi bermanfaat dalam
mempelajari kebutuhan nutrisi minimal mikroorganisme, untuk kultur
pengayaan, dan untuk berbagai studi fisiologis.
Media yang ditentukan untuk Thiobacillus thiooxidans, sebuah lithoautotrophic
Fungsi dari komponen Sumber N
Sumber P dan K.
Sumber S dan Mg ++
Sumber Ca ++
Sumber energi
Sumber C.
Komponen Jumlah
NH 4 Cl KH 2 PO 4
MgSO 4 7H 2 HAI CaCl 2 2H 2 HAI Elemental Sulphur
0,52 g 0,28 g 0,25 g 0,07 g 1,56 g
5% *
1000 ml
BERSAMA 2
air pH 3.0
* Aerasi medium sebentar-sebentar dengan udara yang mengandung 5% CO 2
•
SEBUAH kompleks (tidak ditentukan) adalah salah satu di mana konstitusi kimia yang tepat dari media tidak diketahui ;.
•
biasanya mengandung bahan-bahan kompleks yang berasal dari biologi seperti darah atau susu atau ekstrak ragi atau ekstrak daging sapi,
komposisi kimianya yang pasti belum dapat ditentukan.
• biasanya menyediakan berbagai macam faktor pertumbuhan yang mungkin dibutuhkan oleh suatu organisme sehingga mereka dapat lebih mudah digunakan untuk
membudidayakan bakteri yang tidak dikenal atau bakteri yang kebutuhan nutrisinya kompleks.
• Sebagian besar bakteri patogen hewan, yang telah menyesuaikan diri dengan pertumbuhan jaringan hewan, memerlukan media yang kompleks untuk
pertumbuhannya.
•
Ekstrak darah, serum dan jaringan sering ditambahkan ke media kultur untuk budidaya patogen.
•
Meski begitu, untuk beberapa patogen yang rewel, media dan
kondisi kultur buatan belum ditetapkan.
Media kompleks untuk pertumbuhan bakteri rewel
Komponen Jumlah Fungsi komponen
Sumber vitamin dan faktor pertumbuhan lainnya
Sumber vitamin dan faktor pertumbuhan lainnya
Sumber asam amino, N, S, dan P.
C dan sumber energi Zat penguat lembam
Ekstrak daging sapi 1,5 g Ekstrak ragi 3.0 g
Pepton 6.0 g
Glukosa Agar air pH 6,6
1.0 g 15.0 g 1000 ml
• Media yang ditentukan adalah a media minimal jika hanya memberikan nutrisi yang tepat (termasuk faktor pertumbuhan) yang dibutuhkan oleh organisme untuk
pertumbuhan
Media minimal untuk pertumbuhan Bacillus megaterium
Jumlah 10.0 g 2.5 g 2.5 g 1.0 g 0,20 g 0,01 g 0,007 g 985 ml
Fungsi komponen C dan sumber energi
penyangga pH; Buffer pH sumber P dan K; Buffer pH sumber P dan K; Sumber N dan P S dan Mg ++
Sumber Fe ++
Sumber Mn ++
sukrosa K 2 HPO 4 KH 2 PO 4 (NH 4) 2HPO 4 MgSO 4 7H 2 HAI FeSO 4 7H 2 HAI
MnSO 4 7H 2 HAI air
pH 7.0
• SEBUAH media selektif adalah salah satu yang memiliki komponen tambahan yang akan menghambat atau mencegah pertumbuhan jenis atau spesies bakteri tertentu dan / atau mendorong pertumbuhan spesies yang diinginkan.
•
Seseorang juga dapat menyesuaikan kondisi fisik media kultur,
seperti pH dan suhu, untuk membuatnya selektif bagi organisme
yang dapat tumbuh dalam kondisi tertentu ini.
•
Media kultur juga bisa menjadi media diferensial jika memungkinkan
peneliti untuk membedakan antara berbagai jenis bakteri berdasarkan
beberapa sifat yang dapat diamati dalam pola pertumbuhannya di media.
•
Jadi a selektif, media diferensial untuk isolasi Staphylococcus aureus, bakteri patogen manusia ,.
• konsentrasi garam yang sangat tinggi (yang dapat ditoleransi oleh staph) yang menghambat sebagian besar bakteri lain,
• manitol sebagai sumber gula yang dapat difermentasi, dan pewarna indikator pH.
• Hanya dari spesimen klinis
Staphylococcus
akan tumbuh.• Koloni fermentasi manitol ( S. aureus) menghasilkan asam yang bereaksi dengan pewarna indikator membentuk lingkaran berwarna di sekitar koloni;
• manitol non-fermentor, komponen non-patogen dari flora normal, ( S. epidermidis) gunakan substrat non-fermentatif lainnya dalam media untuk pertumbuhan dan jangan
membentuk lingkaran cahaya di sekitar koloninya.
• Sebuah media pengayaan mengandung beberapa komponen yang memungkinkan pertumbuhan jenis atau spesies bakteri tertentu, biasanya karena mereka sendiri dapat memanfaatkan komponen dari lingkungannya.
•
Namun, media pengayaan mungkin memiliki fitur selektif.
•
Media pengayaan untuk bakteri pengikat nitrogen nonsimbiotik menghilangkan sumber nitrogen tambahan ke media.
•
Media diinokulasi dengan sumber potensial dari bakteri ini (misalnya sampel tanah) dan diinkubasi di atmosfer
dimana satu-satunya sumber nitrogen yang tersedia adalah N 2.
•
Media pengayaan selektif untuk pertumbuhan halofil ekstrim ( Halococcus) mengandung hampir 25 persen garam [NaCl], yang dibutuhkan oleh halofil ekstrim dan yang
menghambat pertumbuhan semua prokariota lainnya.
Media pengayaan selektif untuk pertumbuhan halofil ekstrem
Komponen
Asam Casamino Ekstrak ragi Trisodium sitrat KCl
MgSO 4 7 jam 2 HAI
FeCl 2
Jumlah
7,5 g 10.0 g 3.0 g 2.0 g 20.0 g 0,023 g
Fungsi komponen
Sumber asam amino, N, S dan P Sumber faktor pertumbuhan
C dan sumber energi
Sumber K +
Sumber S dan Mg ++
Fe ++
Sumber Na + untuk halofil dan penghambatan bagi nonhalofil
NaCl 250 g
air pH 7,4
1000 ml
Katabolisme
•
Dua rangkaian reaksi — fermentasi dan respirasi — terkait dengan kekekalan energi di chemoorganotrophs:
•
Fermentasi adalah bentuk katabolisme anaerobik dimana senyawa organik adalah donor elektron dan akseptor elektron, dan ATP
diproduksi oleh fosforilasi tingkat substrat;
•
Respirasi adalah katabolisme di mana suatu senyawa berada teroksidasi dengan O2 (atau pengganti O2) sebagai akseptor elektron terminal, biasanya disertai dengan produksi ATP oleh fosforilasi oksidatif. Dalam kedua
rangkaian reaksi, sintesis ATP digabungkan dengan energi yang dilepaskan
dalam reaksi oksidasi-reduksi.
Anabolisme
•
Biosintesis makromolekul
•
Polisakarida adalah penyusun kunci dari dinding sel banyak organisme, dan pada Bakteri, dinding sel peptidoglikan memiliki tulang punggung polisakarida.
•
Selain itu, sel sering menyimpan cadangan karbon dan energi
dalam bentuk polisakarida glikogen dan pati
Anabolisme: Biosintesis gula dan polisakarida
Anabolisme: Biosintesis asam amino
Anabolisme: Biosintesis asam lemak
TERIMA KASIH
