Sel Prokariotik - Spada UNS

Program Studi Teknik Kimia

Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret 2020

Mujtahid Kaavessina, Ph.D. || Aida Nur Ramadhani, M.T.

Bab 3.

Struktur dan Organisasi sel

TK2562 –Mikrobiologi Industri dan Lingkungan

1

PENDAHULUAN

Unit terkecil dari makhluk hidup adalah SEL.

Suatu organisme bisa jadi terdiri dari hanya satu buah sel (unisel), sejumlah sel yang secara morfologi dan fungsi sama (koloni), atau beberapa sel yang berbeda tipenya dengan fungsi khusus tertentu (multisel).

Ada dua tipe sel, yaitu sel prokariotik dan eukariotik.

Pengertian dan

Perbedaan?

3

Sel eukariotik  inti sel memiliki membran, dan membran plasma mengandung sterol.

Sel prokariotik  inti sel tidak memiliki membran.

Prokratiot terdiri dari jenis mikroorganisme yang lebih sederhana dan lebih primitif; umumnya bersel tunggal, dan muncul jauh lebih awal dalam sejarah evolusi daripada Eukariot.

Procaryotic Eucaryotic

Bacteria Fungi

Cyanobacteria Algae Protozoa

Plants Animals

4

 Filogenetik: berkaitan dengan hubungan evolusi antara organisme.

 Pembagian prokariotik ke dalam kelompok Archaea dan Bacteria.

PERBEDAAN

P R O

E U

Organ eksternal Dinding sel

– Biasanya terdiri dari peptidoglikan

– Tidak ada silia

– Flagella, jika ada terdiri dari flagellin, rotating motility

– Pili bisa ada, bisa tidak – Ada lapisan luar (tertentu) – Jika ada, terdiri dari

kitin atau selulosa – Silia mungkin ada

– Flagella, jika ada strukturnya komples, wiplash motility

– Tidak ada pili

6

P R O

E U

Size Materi genetik

– 1–5 µm – Berada bebas di

sitoplasma

– Kromosom single sel (nucleoid)

– Tidak ada histone

– Berada di dalam nucleous yang dilindungi membran inti.

– Kompleks DNA dengan protein histone

– 10–100 µm

7

P R O

E U

Organ internal

– Tidak ada organel terikat membran.

– Ribosom lebih kecil (70S), bebas sitoplasma

– Enzim respirasi terikat di membran plasma

– Beberapa organel terikat membran, seperti mitokondria, badan golgi, retikulum, kloroplas.

– Ribosom lebih besar (80S), bebas di sitoplasma atau terikat membran

– Enzim respirasi di mitokondria

Sel Prokariotik

Rentang diameter: 0,1 – 0,2 µm sampai 50 µm

 Bacillus megaterium 1,5 x 4 µm

 Eschericia colli 1 x 3 µm

 Streptococcus pneumoniae 0,8 µm

 Haemophilus influenzae 0,25 x 1,2 µm

Bentuk Dasar Sel

Rod; dengan luas permukaan yang besar, menangkap nutrisi dari lingkungan dengan

lebih baik Coccus; kurang rentan

terhadap kekeringan

Spiral, memudahkan dalam bergerak dalam medium

berair

Dari bentuk comma (vibrio) hingga

corkscrew (spirochaete)

11

Contoh Morfologi bakteri:

Struktur Sel

Struktur internal sel:

Kromosom bakteri (nucleoid)

Ribuan granular ribosom

Berbagai granular badan

inklusi

Terkandung dalam suatu larutan encer (aqueous soup) karbohidrat, protein, lipid dan garam anorganik yang dikenal sebagai sitoplasma, yang dikelilingi oleh membran plasma.

}

Dibungkus dengan dinding sel, yang kekakuannya memberi sel bentuk yang khas.

Ada lapisan lebih lanjut seperti kapsul atau lapisan lendir dan / atau struktur di luar sel yang terkait dengan motilitas (flagella) atau perlekatan (pili / fimbriae).

13

Note:

1. Sedikitnya organel internal yang kompleks.

2. Tidak ada membran inti

Material genetik

Materi genetik sel prokariotik tidak memiliki membran nukleous (bukan nukleus sejati).

Kromosom bakteri terdiri dari lingkaran tertutup dari DNA untai ganda, yang panjangnya berkali-kali lipat dari panjang sel.

Beberapa mengandung DNA tambahan dalam bentuk elemen

ekstrachromosomal kecil yang mereplikasi diri yang disebut plasmid.

Plasmid tidak membawa gen yang penting untuk pertumbuhan dan reproduksi.

Ribosom

Merupakan tempat sintesis protein, tersusun dari protein kompleks dan RNA.

Terdapat sekitar ribuan ribosom dalam sebuah sel aktif. Berupa bintik- bintik pada sitoplasma.

Ribosom diukur dalam satuan Svedberg (S), fungsi dari ukuran dan bentuknya ditentukan oleh laju sedimentasinya dalam centrifuge.

Ribosom pada sel prokariot adalah 70S.

Setiap subunit mengandung RNA-nya masing-masing dan sejumlah protein.

Banyak ribosom yang secara simultan terlampir pada molekul mRNA tunggal, membentuk polisom mirip benang.

Badan Inklusi

Struktur granular pada sitoplasma.

Bertindak sebagai cadangan makanan, dan dapat mengandung senyawa organik seperti pati, glikogen atau lipid.

Ada 2 tipe badan inklusi:

• Magnetosom

• Mengandung bentuk oksida besi

• Membantu beberapa jenis bakteri untuk mengarahkan diri ke dalam kondisi yang menguntungkan.

• Vakuola gas

• Mempertahankan daya sel dalam cyanobacteria dan beberapa halobacteria.

Membran plasma

Sitoplasma dan isinya dikelilingi oleh membran plasma.

Fungsi membran plasma adalah untuk menjaga isinya, sementara pada saat yang sama memungkinkan bagian selektif dari zat tertentu masuk dan keluar dari sel (membran semipermeabel).

Terdiri dari lapisan ganda fosfolipid yang disusun seperti sandwich, bersama dengan protein terkait.

Perbandingan komponen lipid dari membran plasma mengungkapkan perbedaan yang jelas antara anggota Archaea dan Bakteri.

permeability barrier protein anchor energy conservation

20 Fosfolipid bilayer terdiri dari padatan, dengan:

Peripheral protein Integral protein

 berbagai protein dapat menembus bilayer atau dikaitkan

dengan permukaan bagian dalam (sitoplasma) atau permukaan luar saja.

 menghasilkan struktur yang sangat teratur ketika membran dikelilingi oleh air.

Dinding sel

Bakteri memiliki dinding sel tebal dan kaku  menentukan bentuk karakteristiknya.

Sitoplasma bakteri mengandung konsentrasi tinggi zat terlarut, dan umumnya hidup dalam lingkungan hipotonik (lebih encer daripada sitoplasma). Ada kecenderungan alami air mengalir ke dalam sel, dan tanpa dinding sel, sel akan terisi dan pecah.

Komponen utama dinding sel, yang bertanggung jawab atas kekakuannya, adalah zat yang unik untuk bakteri, yang disebut peptidoglikan.

Peptidoglikan merupakan olimer dengan berat molekul tinggi yang subunit dasarnya terdiri dari tiga bagian, yaitu N-asetilglukosamin, asam N-asetillamatamat dan tetra peptide yang terdiri dari 4 asam amino.

22

Molekul prekursor penyusun

peptidoglikan disintesis di dalam sel, dan diangkut melintasi membran plasma oleh carrier yang disebut bactoprenol fosfat sebelum

dimasukkan ke dalam struktur dinding sel.

Enzim transpeptidases kemudian secara kovalen mengikat rantai

tetrapeptida satu sama lain, sehingga menimbulkan jaringan yang kompleks, ikatan silang inilah yang memberikan kekuatan mekanis pada dinding.

24

GRAM POSITIF & NEGATIF

Ada 2 tipe bakteri didasarkan pada struktur dinding sel, yaitu Gram-positif dan Gram-negatif.

Ilmuwan Denmark Christian Gram, pada tahun 1880-an mengembangkan teknik pewarnaan cepat yang dapat

membedakan bakteri sebagai salah satu dari dua jenis tersebut.

25

GRAM POSITIF & NEGATIF

26

GRAM POSITIF & NEGATIF

27

GRAM POSITIF

Dinding sel Gram-positif  beberapa lapisan

peptidoglikan yang saling terhubung melalui ikatan silang  kerangka yang kuat

dan kaku.

Mencapai 30-70% dari berat keringnya.

Mengandung polisakarida asam yang disebut teichoic acids;

mengandung gugus fosfat yang memberikan muatan negatif keseluruhan ke permukaan sel.

28

GRAM NEGATIF

Sel-sel Gram-negatif memiliki lapisan peptidoglikan yang jauh lebih tipis  dinding kurang kokoh

Adanya lapisan lipoprotein, polisakarida, dan fosfolipid (membran luar).

Berupa lapisan fosfolipid dan lipoposakarida.

Membran luar tidak berperan dalam respirasi seluler

29

GRAM POSITIF & NEGATIF

30

GRAM POSITIF & NEGATIF

Endospora

Bakteri tertentu seperti Bacillus dan Clostridium menghasilkan endospora.

Merupakan bentuk sel yang tidak aktif yang sangat tahan terhadap suhu ekstrem, pH, dan faktor lingkungan lainnya, dan bertunas menjadi sel baru ketika kondisinya menjadi lebih baik.

Resistensi spora disebabkan oleh mantel tebal yang mengelilinginya.

32

Siklus hidup bakteri pembentuk endospore

Sel Clostridium pascui

Permukaan luar dinding sel

Penggerak sel atau perlekatannya pada permukaan yang cocok.

Struktur seperti rambut tipis seringkali jauh lebih panjang daripada sel itu sendiri.

Sebagai penggerak pada banyak bakteri.

Flagel merupakan filamen

silindris berongga namun kaku yang terbuat dari protein

flagelin.

FLAGELLA

35

Running & Tumbling

 Rotasi yang berlawanan arah jarum jam menghasilkan

‘running’ dalam arah yang ditentukan.

 Sedangkan, membalik arah rotasi menyebabkan

‘tumbling’ atau jatuh, dan memungkinkan sel bakteri mengubah arah.

Pergerakan FLAGELLA

36

Pergerakan FLAGELLA

Permukaan luar dinding sel

Penggerak sel atau perlekatannya pada permukaan yang cocok.

FILI

Pili (fimbriae) adalah struktur yang sepintas menyerupai flagela pendek.

Tidak menembus ke membran plasma, dan tidak berhubungan dengan motilitas atau pergerakan.

Fungsinya melekatkan bakteri ke permukaan yang sesuai.

Contohnya pada bakteri patogen, memiliki protein yang disebut adhesin pada pili,

yang nantinya akan melekat pada reseptor spesifik pada jaringan inang.

GLYCOCALYX

Lapisan polisakarida di luar dinding sel.

Berupa lapisan lendir atau kapsul.

Lapisan lendir membantu melindungi dari pengeringan, dan berperan penting penempelan bakteri tertentu ke substrat.

Kapsul melindungi bagi bakteri patogen tertentu terhadap sel fagosit dari sistem kekebalan tubuh.

Kapsul dan lapisan lendir adalah komponen utama biofilm, yang terbentuk pada interface cair / padat.

Sel Eukariotik

 5 hingga 20 kali lebih besar dari prokariot dalam diameter.

 Dalam dunia mikroba, yang termasuk Eukariot adalah jamur dan protista (protozoa dan ganggang).

 Membran pada sel eukariotik mengandung lipid yang disebut sterol, yang meningkatkan kekakuannya.

Struktur Sel

Note:

 Kloroplas hanya terdapat pada sel tumbuhan

 Sel hewan tidak memiliki dinding sel, hanya membran sitoplasma. Lebih sensitif terhadap gaya gesek dan mudah rusak.

NUCLEOUS

Sel eukariot memiliki nukleus sejati, dikelilingi oleh membran nukleous.

DNA eukariot disusun menjadi satu atau lebih pasang kromosom.

Eukariot secara genetik diploid, sementara prokariot adalah haploid.

DNA kromosom eukariot sangat kental dan melilit pada protein yang disebut histones.

Nukleus mengandung nukleolus, suatu struktur diskrit yang kaya akan RNA.

Sel Diploid mengandung dua set lengkap (2n) kromosom. Sel

haploid memiliki setengah jumlah kromosom (n)

RIBOSOM

Ribosom memiliki fungsi yang sama dengan sel prokariotik.

Ribosom pada sel eukariot adalah 80S.

Terdapat bebas dalam sitoplasma atau terkait dengan retikulum endoplasma, tergantung pada jenis protein yang mereka sintesis

RETIKULUM INDOPLASMA

Retikulum endoplasma (ER) adalah sistem membran kompleks yang berbentuk tabung dan kantung pipih.

Rough ER  Area yang terdapat banyak granular ribosom di permukaan, sintesis protein berlangsung.

Smooth ER  Area yang tidak terdapat granular ribosom, sintesis membran lipid berlangsung.

ER juga berfungsi sebagai jaringan komunikasi, memungkinkan pengangkutan material antara berbagai bagian sel.

BADAN GOLGI

Badan Golgi adalah organel membran.

Terdiri dari satu set vesikel pipih, biasanya disusun dalam tumpukan yang disebut Dictyosome.

Untuk mengemas zat-zat yang baru disintesis seperti protein dan membantu proses sekresi keluar dari sel.

MITOKONDRIA

Mitokondria memiliki dimensi yang

mirip dengan banyak bakteri (sekitar 1- 3-3 m).

Bentuknya dapat bervariasi karena plastisitas membrannya.

Tempat enzim yang terlibat dalam generasi adenosin trifosfat (ATP).

Tempat terjadinya respirasi sel.

KLOROPLAS

Kloroplas adalah organel khusus yang terlibat dalam proses fotosintesis.

Dikelilingi oleh membran ganda, dan berfungsi sebagai lokasi untuk reaksi penghasil energi.

Membran luar kloroplas relatif permeabel, memungkinkan difusi produk fotosintesis ke dalam sitoplasma di sekitarnya.

Terdapat klorofil

VAKUOLA

Merupakan organela ruang tertutup membran dalam sel.

Berfungsi untuk meyimpan berbagai nutrisi dan produk limbah.

Beberapa jenis vakuola penting dalam mengatur kadar air sel.

MEMBRAN PLASMA

Banyak eucaryotes tidak memiliki dinding sel, sehingga membran plasma mewakili lapisan terluar sel.

Sterol memberi kekakuan dan

penting dalam membantu sel untuk melawan efek tekanan osmotik.

Tempat terjadi proses endositosis dan eksositosis.

Residu karbohidrat dalam membrane plasma berperan dalam proses cell- to-cell recognition dan mungkin terlibat dalam adhesi sel.

Struktur membrane plasma sel hewan

DINDING SEL

Memberi kekuatan pada sel,

strukturnya lebih sederhana dari pada dinding sel prokariot.

Dinding sel pada tanaman, ganggang dan fungi (lower

member) memiliki struktur dasar selulosa.

Kebanyakan fungi seperti ragi dan jamur mengandung kitin.

Dinding sel berperan kecil dalam pertukaran bahan antara sel dan lingkungannya, peran besar oleh membran plasma.

Struktur dinding sel tumbuhan

FLAGEL DAN SILIA

 Motilitas dalam sel eukariotik dilakukan dengan flagela atau silia.

 Flagela ditemukan dalam protozoa dan alga; silia ditemukan dalam protozoa yang disebut Ciliophora.

 Flagella terdiri dari dua fiber mikrotubulus yang terbuat dari protein yang disebut tubulin.

 Flagella bergerak bergelombang, bukan berputar.

 Silia bergerak secara terkoordinasi

Pembelahan sel

dalam procaryotes dan

eucaryotes

Pembelahan sel

Pembelahan sel prokariotik dengan pembelahan biner, menghasilkan 2 buah daughter cells.

Reproduksi sel eukariotik terbagi menjadi dua cara yaitu mitosis dan meiosis.

Proses mitosis menghasilkan dua inti identik yang berisi original kromosom (diploid).

Proses meiosis membagi dua jumlah kromosom, menghasilkan kromosom ½ dari jumlah kromosom induknya

Pembelahan biner

Replikasi DNA,

Membuat salinan kromosom. Kromosom awal berpindah ke ujung sel.

Kromosom mikroba

Sel memanjang, dan dinding sel baru terbentuk. Membran plasma mulai terbentuk dari dalam.

Pemisahan sempurna.

Pembelahan sel E. coli

Mitosis

Mitosis merupakan pembelahan sel yang meliputi pembelahan dan pembagian nukleus beserta kromosom-kromosom di dalamnya.

Terjadi pada proses produksi sel, pertumbuhan dan perbaikan sel tubuh.

Proses pembelahan nukleus = karyokinesis.

Proses pembelahan sel = sitokinesis.

57

Tahapan MITOSIS

• Berlangsung Replikasi DNA. Kromosom duplikat, disatukan sebagai kromatid oleh sentromer, bergerak menuju pusat sel selama

profase.

• Mikrotubul muncul diantara dua sentrosom dan membentuk benang-benang (spindle).

Profas e

• Kromatid dengan spindel, masih berada pada pusat sel selama metafase.

Metafa se

• Membran sel pecah, terjadi duplikasi sentromer.

• Kromatid memisahkan diri dan masing-masing bergerak menuju ke ujung spindle yang berlawanan.

Anafas e

• Membran sel baru terbentuk pada masing-masing pasang kromosom membentuk nucleus.

• Diikuti proses pembelahan sel menjadi 2 sel diploid identik.

Telofas

e

58

Tahapan MITOSIS

Meiosis

 Pembelahan sel yang spesifik karena berlangsung di waktu pembentukan gamet (pada fase reproduksi).

 Dari keadaan diploid (2n) menjadi haploid (n).

 Terjadi dua kali periode pembelahan sel, yaitu pembelahan I (meiosis I) dan pembelahan II (meiosis II).

 Satu sel induk akan menghasilkan empat sel baru, dengan masing-masing sel mengandung jumlah kromosom setengah dari jumlah kromosom sel induk.

 Pada tahap meiosis I, pasangan kromosom akan berkumpul di pusat sel, membentuk spindle, dan berjalan ke ujung sel yang berlawanan.

 Ada kemungkinan terjadinya cross over. Proses dimana dua buah kromoson saling bertukar. Untuk memperkenalkan variasi genetik ke dalam inti

daughter cell.

 Pada meiosis II, kromatid terpisah seperti sebelumnya, menghasilkan empat inti haploid tidak identik.

60

Tahapan MEIOSIS

Meiosis I

Meiosis II