PERTUMBUHAN MIKROBA
A. Definisi Pertumbuhan Populasi
Pertumbuhan yaitu penambahan secara teratur semua komponen sel suatu jasad
Pada jasad bersel tunggal (uniseluler) : pembelahan atau perbanyakan sel merupakan pertambahan jumlah individu
Pada jasad bersel banyak (multiseluler) : pembelahan sel tidak menghasilkan pertambahan jumlah individunya, tetapi hanya merupakan pembentukan jaringan atau bertambah besar jasadnya
B. Penghitungan Waktu Generasi
Dari hasil pembelahan sel secara biner:
1 sel menjadi 2 sel
2 sel menjadi 4 sel 21 menjadi 22 atau 2 x 2
4 sel menjadi 8 sel 22 menjadi 23 atau 2 x 2 x 2
Dari hal tersebut dapat dirumuskan menjadi:
N = N0 2n
N: jumlah sel akhir, N0: jumlah sel awal, n: jumlah generasi
Contoh: N = 108, N0 = 5x107, t = 2
Dengan rumus dalam bentuk logaritma:
log 108 – log (5x 107) 8 – 7,6
N = = = 1
0,301 0,301
Jadi
Waktu Generasi =
t/n = 2/1 = 2 jam
C. Pengukuran Pertumbuhan
JUMLAH SEL dihitung dari jumlah sel total (keseluruhan) dengan tidak membedakan sel hidup atau mati (viable count) melalui pengamatan mikroskopis
Alat Untuk Menghitung Mikroba
alat Petroff-Hausser Bacteria Counter (PHBC) untuk menghitung bakteri
alat Haemocytometer untuk menghitung khamir, spora, atau sel-sel yang ukurannya relatif lebih besar dari bakteri
Cara Menghitung Jumlah Sel Hidup
Metode taburan permukaan
(spread plate method)
Metode taburan
(pour plate method)
Caranya ditaburkan pada medium agar , sehingga satu sel hidup
akan tumbuh membentuk satu koloni
kesimpulan:
jumlah koloni dianggap setara dengan jumlah sel
Filter Membran dan Most Probable Number
- Menggunakan medium cair
- Sampel mikrobia dibuat seri pengenceran
PENGUKURAN TURBIDITAS
Photometer (penerusan cahaya)
semakin pekat atau semakin banyak populasi mikrobia maka cahaya yang diteruskan semakin sedikit
Spektrofotometer (optical density/OD)
terlebih dahulu dibuat kurva standar berdasarkan pengukuran jumlah sel baik secara total maupun yang hidup saja atau berdasarkan berat kering sel
D. Pertumbuhan Populasi Mikroba
Dua sistem pembiakan mikrobia, yaitu:
1. Biakan Sistem Tertutup (Batch Culture)
Pengamatan jumlah sel dalam waktu yang cukup lama akan memberikan gambaran berdasarkan Kurva Pertumbuhan
Fase-Fase pada Kurva Pertumbuhan
1) Fase Permulaan
2) Fase Pertumbuhan yang dipercepat
3) Fase Pertumbuhan logaritma (eksponensial)
4) Fase Pertumbuhan yang mulai dihambat
5) Fase Stasioner maksimum
6) Fase Kematian dipercepat
7) Fase Kematian logaritma
2. Biakan Sistem Terbuka (Continuous Culture)
• Sel dipertahankan terus menerus pada fase pertumbuhan eksponensial atau logaritma
• Ukuran populasi dan kecepatan pertumbuhan dapat diatur pada nilai konstan menggunakan khemostat
• Untuk mengatur proses di dalam khemostat, diatur kecepatan aliran medium dan kadar substrat (nutrien pembatas)
• Sebagai nutrien pembatas dapat menggunakan sumber C (karbon), sumber N, atau faktor tumbuh
• Ada aliran keluar untuk mempertahankan volume biakan dalam khemostat sehingga tetap konstan (misal V ml), jika aliran masuk ke dalam tabung biakan adalah W ml/jam, maka kecepatan pengenceran kultur (Dilution rate) adalah: D = W/V per jam
• Populasi sel dalam tabung biakan dipengaruhi oleh peningkatan populasi sebagai hasil pertumbuhan dan pengenceran kadar sel akibat penambahan medium baru dan pelimpahan aliran keluar tabung biakan
FAKTOR LINGKUNGAN MIKROBA
Aktivitas mikroba sangat dipengaruhi oleh factor lingkungan seperti:
FAKTOR ABIOTIK
1. Suhu
a. Suhu Pertumbuhan Mikroba
Pertumbuhan mikroba memerlukan kisaran suhu tertentu
Suhu minimum, suhu optimum, suhu maksimum di kelompokan menjadi
Psikrofil : kelompok mikroba yang dapat tumbuh pada suhu 0-300C dengan suhu optimum sekitar 150C
Mesofil : kelompok mikroba yang umumnya mempunyai suhu minimum 150C, suhu optimum 25-370C, dan suhu maksimum 45-550C
Termofil : Kelompok mikroba yang tahan hidup pada suhu tinggi
b. Pengaruh Suhu tinggi
1) Titik Kematian Thermal, adalah suhu yang dapat mematikan spesies mikroba dalam waktu 10 menit pada kondisi tertentu
2) Waktu Kematian Thermal, adalah waktu yang diperlukan untuk membunuh suatu spesies mikroba pada suatu suhu yang tetap
c. Pengaruh Suhu Rendah
1) Cold shock: penurunan suhu yang tiba-tiba menyebabkan kematian bakteri, terutama pada bakteri muda atau pada fase logaritmik
2) Pembekuan (freezing) : rusaknya sel dengan adanya kristal es di dalam air intraseluler
3) Lyofilisasi: proses pendinginan dibawah titik beku dalam keadaan vakum secara bertingkat
2. Kandungan Air (pengeringan)
Mikroba sangat memerlukan kandungan air bebas tertentu untuk hidupnya, ukurannya :
aw (water activity) atau kelembaban relatif .
Mikroba umumnya tumbuh pada aw = 0,6 - 0,998
3. Tekanan Osmose
Tekanan osmosis sangat erat hubungannya dengan kandungan air Apabila mikroba diletakkan pada larutan hipertonis, maka selnya akan mengalami plasmolisis, yaitu terkelupasnya membran sitoplasma dari dinding sel akibat mengkerutnya sitoplasma Apabila diletakkan pada larutan hipotonis, maka sel mikroba akan mengalami plasmoptisa, yaitu pecahnya sel karena cairan masuk ke dalam sel, sel membengkak dan akhirnya pecah
Berdasarkan tekanan osmosis yang diperlukan mikroba dapat dikelompokkan menjadi:
Mikroba Osmofil : tumbuh pada kadar gula tinggi, contoh beberapa jenis khamir, mampu tumbuh pada larutan gula dengan konsentrasi lebih dari 65 % wt/wt (aw = 0,94)
Mikroba Halodurik : tahan (tidak mati) tetapi tidak dapat tumbuh pada kadar garam tinggi (30 %)
Mikroba Halofil : dapat tumbuh pada kadar garam yang tinggi, contoh: bakteri yang termasuk Archaebacterium, misalnya Halobacterium
4. Ion-ion dan Listrik
a. Kadar Ion Hidrogen (pH)
b. Buffer
c. Ion-ion lain
d. Listrik
e. Radiasi
f. Tegangan Muka
g. Tekanan Hidrostatik
h. Getaran
FAKTOR BIOTIK
1. Interaksi dalam satu populasi mikroba
Interaksi Positif
Meningkatkan kecepatan pertumbuhan dan kepadatan populasi
Disebut juga kooperasi, contoh: pertumbuhan satu sel mikroba menjadi koloni
Interaksi Negatif
Menurunkan kecepatan pertumbuhan dengan meningkatnya kepadatan populasi, misal: populasi mikroba yang ditumbuhkan dalam substrat terbatas
Disebut juga kompetisi, contoh: interkasi jamur Fusarium dan Verticillium menghasilkan asam lemak dan H2S yang bersifat meracun
2. Interaksi antar populasi mikroba
• Apabila dua populasi yang berbeda berasosiasi, maka akan timbul berbagai macam interaksi
• Interaksi tersebut menimbulkan pengaruh positif, negatif, ataupun tidak ada pengaruh antar populasi mikroba yang satu dengan yang lain
Nama-mana interaksinya dan pengaruhnya adalah sebagai berikut:
a) Netralisme
b) Komensalisme
c) Sinergisme
d) Mutualisme (Simbiosis)
e) Kompetisi
f) Amensalisme (Antagonisme)
g) Parasitisme
h) Predasi
NUTRISI DAN MEDIUM MIKROBA
Medium adalah tempat untuk menumbuhkan mikroba
Mikroba memerlukan nutrisi untuk memenuhi kebutuhan energi, bahan pembangun sel, dan sintesis protoplasma serta bagian-bagian sel lainnya
Setiap mikroba mempunyai sifat fisiologi tertentu, sehingga memerlukan nutrisi tertentu pula
Susunan kimia sel mikroba relatif tetap, baik unsur kimia maupun senyawa yang terkandung di dalam sel. Penyusun utama sel adalah C, H, O, N, dan P, yang jumlahnya + 95 % dari berat kering sel, sedangkan sisanya tersusun dari unsur-unsur lain
Air 80-90 %, dan bagian lain 10-20 % terdiri dari protoplasma, dinding sel, lipida untuk cadangan makanan, polisakarida, polifosfat, dan senyawa lain
A. FUNGSI NUTRISI UNTUK MIKROBA
• Setiap unsur nutrisi mempunyai peran tersendiri dalam fisiologi sel. Unsur tersebut diberikan ke dalam medium sebagai kation garam anorganik yang jumlahnya berbeda-beda tergantung pada keperluannya. Contoh: Natrium dalam kadar yang agak tinggi diperlukan oleh bakteri tertentu yang hidup di laut, algae hijau biru, dan bakteri fotosintetik, Natrium tersebut tidak dapat digantikan oleh kation monovalen yang lain
• Mikroba dapat menggunakan makanannya dalam bentuk padat (tergolong tipe holozoik ) maupun cair (tergolong tipe holofitik)
• Mikroba holofitik dapat pula menggunakan makanan dalam bentuk padat, tetapi makanan tersebut harus dicernakan lebih dulu di luar sel dengan pertolongan enzim ekstraseluler (extracorporeal digestion)
Bahan makanan yang digunakan berfungsi sebagai sumber energi, bahan pembangun sel, dan sebagai aseptor atau donor elektron. Dalam garis besarnya bahan makanan dibagi menjadi tujuh golongan yaitu:
- Air
- Sumber energi
- Sumber karbon
- Sumber aseptor elektron
- Sumber mineral
- Faktor tumbuh
- Sumber nitrogen
B. PENGGOLONGAN MIKROBA BERDASARKAN NUTRISI DAN OKSIGEN
Berdasarkan Sumber Karbon
1) Jasad Ototrof ialah jasad yang memerlukan sumber karbon dalam bentuk anorganik, misalnya CO2 dan senyawa karbonat
2) Jasad Heterotrof ialah jasad yang memerlukan sumber karbon dalam bentuk senyawa organik,
Berdasarkan Sumber Energi
1) Jasad Fototrof : jika menggunakan energi cahaya
2) Jasad Khemotrof : jika menggunakan energi dari reaksi kimia
Jika didasarkan atas sumber energi dan karbonnya, maka dikenal jasad Fotoototrof, Fotoheterotrof, Khemoototrof dan Khemoheterotrof
Berdasarkan Kebutuhan Oksigen
1) Jasad Aerob ialah jasad yang menggunakan oksigen bebas (O2) sebagai satu-satunya aseptor hidrogen yang terakhir dalam proses respirasinya
2) Jasad Anaerob, sering disebut anaerob obligat ialah jasad yang tidak dapat menggunakan oksigen bebas sebagai aseptor hidrogen terakhir dalam proses respirasinya
3) Jasad Mikroaerob ialah jasad yang hanya memerlukan oksigen dalam jumlah yang sangat sedikit
4) Jasad Aerob Fakultatif ialah jasad yang dapat hidup dalam keadaan anaerob maupun aerob. Jasad ini juga bersifat anaerob toleran
5) Jasad Kapnofil ialah jasad yang memerlukan kadar oksigen rendah dan kadar CO2 tinggi
C. MEDIUM PERTUMBUHAN MIKROBA
MACAM MEDIUM PERTUMBUHAN
1) Medium Dasar/Basal Mineral
2) Medium Sintetik
3) Medium Kompleks
4) Medium Diperkaya
ENZIM MIKROBA
Enzim adalah katalisator organik (biokatalisator) yang dihasilkan oleh sel yang berfungsi untuk mempercepat reaksi kimia
A. MEKANISME BEKERJANYA ENZIM
1) Enzim meningkatkan kecepatan reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi
2) Energi aktivasi adalah energi yang diperlukan untuk mengaktifkan suatu reaktan sehingga dapat bereaksi untuk membentuk senyawa lain
3) Saat berlangsungnya reaksi enzimatik terjadi ikatan sementara antara enzim dengan substratnya (reaktan) yang bersifat labil dan hanya untuk waktu yang singkat saja. Selanjutnya ikatan enzim-substrat akan pecah menjadi enzim dan hasil akhir
4) Enzim yang terlepas kembali setelah reaksi dapat berfungsi lagi sebagai biokatalisator untuk reaksi yang sama
B. STRUKTUR ENZIM
• Pada umumnya enzim tersusun dari protein, dapat berupa protein sederhana atau protein yang terikat pada gugusan non-protein
• Dialisis enzim dapat memisahkan bagian-bagian protein, yaitu bagian protein yang disebut apoenzim dan bagian nonprotein yang berupa koenzim, gugus prostetis dan kofaktor ion logam. Masing-masing bagian tersebut apabila terpisah menjadi tidak aktif.
• Apoenzim apabila bergabung dengan bagian nonprotein disebut holoenzim yang bersifat aktif sebagai biokatalisator
• Koenzim dan gugus prostetik berfungsi sama. Koenzim adalah bagian yang terikat secara lemah pada apoenzim (protein), sedangkan gugus prostetik adalah bagian yang terikat dengan kuat pada apoenzim
• Koenzim berfungsi menentukan jenis reaksi kimia yang dikatalisis enzim
C. PENGGOLONGAN ENZIM
1. Berdasarkan tempat bekerjanya
a. Endoenzim, disebut juga enzim intraseluler, yaitu enzim yang bekerjanya di dalam sel
b. Eksoenzim, disebut juga enzim ekstraseluler, yaitu enzim yang bekerjanya di luar sel
2. Berdasarkan daya katalisis
a) Oksidoreduktase, mengkatalisis reaksi oksidasi-reduksi, yang merupakan pemindahan elektron, hidrogen, atau oksigen
b) Transferase, mengkatalisis pemindahan gugusan molekul dari suatu molekul ke molekul yang lain
c) Hidrolase, mengkatalisis reaksi-reaksi hidrolisis
d) Liase, mengkatalisis pengambilan atau penambahan gugusan dari suatu molekul tanpa melalui proses hidrolisis
e) Isomerase, mengkatalisis reaksi isomerisasi
f) Ligase, mengkatalisis reaksi penggabungan 2 molekul dengan dibebaskannya molekul pirofosfat dari nukleosida trifosfat
g) Enzim lain dengan tatanama berbeda, enzim yang penamaannya tidak menurut cara di atas, misalnya enzim pepsin
3. Penggolongan enzim berdasar cara terbentuknya
a. Enzim konstitutif, enzim yang jumlahnya dipengaruhi kadar substratnya, misalnya: enzim amilase
b. Enzim adaptif, enzim yang pembentukannya dirangsang oleh adanya substrat, contoh: enzim beta galaktosidase yang dihasilkan oleh bakteri E.coli yang ditumbuhkan di dalam medium yang mengandung laktosa
D. FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI REAKSI ENZIMATIK
1) Substrat (reaktan)
Penambahan kadar substrat sampai jumlah tertentu dengan jumlah enzim yang tetap, akan mempercepat reaksi enzimatik sampai mencapai maksimum. Namun penambahan substrat selanjutnya tidak akan menambah kecepatan reaksi
2) Suhu
Kenaikan suhu sampai optimum akan diikuti pula oleh kenaikan kecepatan reaksi enzimatik
3) Kemasaman (pH)
PH dapat mempengaruhi aktivitas enzim, daya katalisis enzim menjadi rendah pada pH rendah maupun tinggi, karena terjadinya denaturasi protein enzim
4) Penghambat Enzim (Inhibitor)
Inhibitor enzim adalah zat atau senyawa yang dapat menghambat enzim dengan beberapa cara penghambatan, yaitu Penghambat Bersaing (Kompetitif), Penghambat Tidak Bersaing (Non-kompetitif), Penghambat Umpan Balik (Feed Back Inhibitor), Penghambat Represor, dan Penghambat Alosterik
5) Aktivator (Penggiat) atau Kofaktor
Aktivator atau kofaktor adalah suatu zat yang dapat mengaktifkan enzim yang semula belum aktif. Enzim yang belum aktif disebut pre-enzim atau zymogen (simogen)
6) 6. Penginduksi (Induktor)
Induktor adalah suatu substrat yang dapat merangsang pembentukan enzim
BIOENERGETIK MIKROBA
Bioenergetik mikroba mempelajari penghasilan dan penggunaan energi oleh mikroba. Mikroba melakukan proses metabolisme yang terdiri atas katabolisme dan anabolisme. Katabolisme merupakan proses perombakan bahan disertai pembebasan energi (reaksi eksergonik) sedangkan Anabolisme merupakan proses biosintesis yang memerlukan energi (reaksi endergonik)
A. BIOOKSIDASI DAN PEMINDAHAN ENERGI
• Energi yang berasal dari cahaya harus diubah menjadi energi kimia sebelum digunakan dalam reaksi endergonik
• Dalam sel, energi kimia terdapat dalam bentuk gugus organik berenergi tinggi. yang mengandung S atau P, Adenosin trifosfat (ATP) salah satu gugus berenergi tinggi yang terpenting
• Energi yang dibebaskan ATP tergantung pada keadaan hidrolisisnya, terutama pH dan kadar reaktan. Meskipun ATP mengandung 2 fosfat berenergi tinggi, dalam reaksi umumnya hanya satu fosfat berenergi tinggi digunakan untuk aktivasi
• Oksidasi dalam sel dikatalisis oleh enzim yang mempunyai kofaktor atau gugus prostetis
B. FERMENTASI
Suatu reaksi oksidasi-reduksi disebut fermentasi (respirasi anaerob) apabila sebagai aseptor elektron yang terakhir bukan oksigen, dan fermentasi merupakan bagian perombakan gula secara anaerob
Banyak jasad yang dapat melakukan fermentasi lewat (jalur) rangkaian reaksi kimia tertentu, antara lain melalui jalur:
1. Jalur Emden-Meyerhof-Parnas (EMP)
2. Jalur Entner-Doudoroff (ED)
3. Jalur Heksosa Mono Fosfat (HMP)
4. Jalur Heterofermentatif bakteri asam laktat
5. Jalur Metabolisme asam piruvat secara anaerob
C. RESPIRASI
Respirasi adalah proses oksidasi biologis dengan O2 sebagai aseptor elektronnya yang terakhir. Pada jasad eukariotik proses ini terjadi di dalam mitokondria, sedang pada jasad prokariotik terjadi di bawah membran plasma atau pada mesosome.
Proses ini adalah fase kedua yang aerob dari perombakan gula fase pertama yang anaerob (glikolisis) Pada respirasi dihasilkan banyak energi yang dapat digunakan untuk proses biosintesis. Reaksi ini lewat bagan terutama siklus Krebs, meskipun ada yang lewat terobosan asam glioksilat
D. FOTOSINTESIS
Fotosintesis menggunakan cahaya sebagai sumber energi. Proses ini menggunakan pigmen klorofil untuk mengabsorpsi energi cahaya dan mengubahnya menjadi energi kimia. Jika klorofil terkena cahaya, akan mengabsorpsi sebesar h sehingga terangsang dan membebaskan elektron; klorofil menjadi bermuatan positif, elektron yang lepas akan bergerak lewat sistem transpor elektron dan kembali ke pusat reaksi klorofil
E. PENGGUNAAN ENERGI OLEH JASAD
Energi digunakan dalam setiap reaksi endergonik dan reaksi eksergonik. Untuk memulai reaksi diperlukan energi aktivasi . Dalam setiap reaksi enzim mempunyai peranan penting. Proses yang memerlukan energi antara lain proses biosintesis molekul kecil dan molekul makro, yang akhirnya menuju ke pertumbuhan dan pembiakan; penyerapan unsur makanan, gerak, dan sebagainya
F. KATABOLISME MAKROMOLEKUL
Terjadi proses peruraian, antara lain:
1. Peruraian Karbohidrat
2. Peruraian Lemak
3. Peruraian Protein
4. Peruraian Asam Nukleat
Dibantu oleh enzim, dan selanjutnya dimetabolisme lewat siklus Kreb
Tidak ada komentar:
Posting Komentar