Morfologi Struktur Morfologi, Struktur, Fisiologi g dan Metabolisme Bakteri Dr. Maria Simatupang
Cara Identifikasi Bakteri : 1 1. 2. 3. 4. 5. 6 6. 7. 8.
Isolasi m.o. m o pada medium kultur kultur. Morfologi koloni bakteri. M f l i mikroskopik Morfologi ik k ik & pewarnaan. Sifat biokimia. Reaksi serologi. Bactriophage typing typing. Patogenicity pada binatang. Sensitivitas antibiotika.
I. Morfologi : Æ Bentuk ( kokus, basilus, b il spiirall )). spiral Æ Ukuran Æ Warna II St kt Bakteri II.Struktur B kt i : Æ Umum U (S Semua bakteri ). Æ Khusus (Spesies ttt)
II.a. Struktur di luar dinding sel : - Flagella - Pili - Kapsul II.b. Struktur dinding sel : - Fungsi g dinding g sel - Komposisi kimiawi ttt. II Struktur II.c. St kt di sebelah b l h dalam d l di dinding di sell : - Membran sitoplasma - Sitoplasma - Struktur di dalam sitoplasma II.d. Spora ( Btk metabolik Dorman, hanya pada sp.ttt.)
IIa.1. Flagella ( benang cambuk ) - Alat pergerakan pergerakan, tdd flagelin (subunit protein). - Seperti rambut, ∅ 10 10--30 mm - Keluar e ua da dari ssitoplasma op as a - Flagella tdd 3 bagian : 1. 1 Tubuh dasar 2. Struktur kait 3. Filamen panjang. - Pewarnaan flagella g : Gray y ((1926)) Æ flagella warna merah. merah.
IIa.2. Pilli = Fimbria = Microfibril - Keluar dari dinding sel. - Terdiri dari : protein pillin. pillin - Ukuran lebih kecil,lebih pendek. - Jumlah lebih banyak dari flagel. - Sebagai alat untuk melekat pada permukaan. - Pilli = sex pilli = perlu utk perkawinan.
IIa.3. Kapsul = simpai - Lap. Penutup, tdd lap. lendir/ mukoid - Fungsi : virulensi (proteksi) - Terdiri T di i d darii polisakarida li k id - Contoh : - Klebsiella pneumoniae p - Pneumococcus (Strpt. pneumoniae) i )
II.b. Dinding Sel Fungsi : - Pengatur bentuk sel. - Berperan pada pertumbuhan & pembelahan sel. - Semipermeabel Æ fs.osmose - Penentu antigenik. - Berbeda pada Gr + dgn Gr – (warna & antibiotik) - Struktur basal : peptidoglikan. - Komponen lain : protein, protein polisakarida,liposakarida, lipoprotein, asam teikoat.
nII.c. Struktur di dalam dinding sel : 1 Membran sitoplasma 1. - Tdd : protein (65%) & lipid (35%) - Semipermeabel SemipermeabelÆ Æbarrier osmotik - Fungsi F i : - transport t t nutrisi ti i - membuang g enzim & toxin.
2. Sitoplasma : - Lar.viscous ( mengandung g g zat org g& anorg). - Struktur di dalam sitoplasma : 1. Nuclear body = daerah kromatin = DNA 2. Daerah sitoplasma = ribosom, utk sintesa i t protein. t i 3. Daerah granula sitoplasma = merupakan k tempat t t penimbunan i b bahan makanan ; glikogen, lipid, polisakarida atau pati pati.
II.d. Spora - Dibentuk oleh spesies ttt - Eksospora : di luar sel. - Endospora : di dalam sel (bacillus clostridium) (bacillus,clostridium). - Merupakan tubuh yang metabolik Dorman (tidak aktif / tidur) tidur). - Dihasilkan saat nutrisi (zat mknan), spt g habis. sumber karbon & nitrogen - Tahan terhadap fisika kimia, termsk byk jenis desinfektan. - 3 macam letak spora : 1. Sentral 2. Terminal 3 Subterminal 3. S bt i l - Perlu untuk identifikasi.
Kriteria Klasifikasi Bakteri A.
1. Morfologi Sel (Mikroskopis) : coccus, b t batang, spiral, pir l comma. mm 2. Morfologi koloni (Makroskopis) : ukuran, b bentuk, k pinggir, warna, elevasi, l permukaan, k densitas, konsistensi. 3. Sifat terhadap pewarnaan : - P. Gram :p post & negatif g - P. Ziehl Neelsen : khusus utk BTA
4. Reaksi Metabolisme - Bakteri Autotrop : sumber carbon dari air, garam inorganik, CO2. - Bakteri B kt i H Heterotrop t t : sumber b carbon b dari senyawa organik, karbohidrat 5. Sifat Pertumbuhan - Aerob obligat : perlu O2 banyak. - Anaerob A b obligat bli t : tanpa t O2 - Mikroaerofilik : tumbuh dalam tek. O2 yang rendah.
B Alat yang dipakai : B. - Mikroskop cahaya - Mikroskop elektron - Dark field mikroskop - Mikroskop fase - Autoradiografi
C. Morfologi Bakteri Secara Makroskopis 1. Ukuran : diameter dalam mm. 2 Bentuk : punctiform 2. punctiform, fillamentous fillamentous, circular, irregular, spindle. 3 Elevasi : permukaan koloni yang meninggi 3. flat, raised, convex, pulvinate, umbonate, umbonate umbilicated 4. Margin : pinggir koloni. entire, ti undulate, d l t erose, filamentous, lobate, curied.
5. Warna : putih, kuning, hitam, orange. 6. Permukaan : berkilauan,, pudar, p , dll. 7. Densitas : opaque,translusen,transparan,dll. 8 Konsistensi : rapuh 8. rapuh, membranous membranous, viskid viskid,dll. dll 9. Odor. 10. 10 Degree of adherence to the medium M f l i Bakteri Morfologi B kt i Secara S Mikroskopis Mik k i : 1. Ukuran bakteri 2. Bentuk bakteri 3. Susunan bakteri 4. BagianBagian-bagian bakteri : anatomi, struktur.
Ad. 1. Ukuran bakteri 1. 0,2 , – 5,0 , µ µm 2. Bakteri terkecil : mycoplasma 3 Bakteri batang panjang : 3. hampir sama dengan yeast. Ad. 2. Bentuk bakteri 1. 1 Coccus : bulat 2. Bacillus : batang 3 Spirochaeta 3. S i h t : spiral i l 4. Comma : vibrio 5. Panjang, pendek 6. Ujung : persegi, bulat, lancip
Ad 3. Ad. 3 Susunan bakteri 1. Staphylococcus, Streptococcus,Diplococcus. 2 Cocobasil 2. Cocobasil, Pallisade Pallisade. 3. Sarcinae, Tetrad. 4. Diplobacil.
Envelope : membran sitoplasma, dinding sel Envelope: & struktur diluar dinding g sel. Fungsi Envelope : - Tempat transportasi “ nutrients” - Mempengaruhi interaksi “ hosthost-bakteri” - Tempat p reaksi antibody y serta komplemen p - Sering mengandung komponen toxic bagi host - Merupakan reseptor bagi bakteriofaga.
Struktur envelop Gram + berbeda dgn Gram Gram + : - peptidoglikan (80%) - polisakarida Gram - : 3 lapis envelop : - Outer membran - Middle dense layer - Inner plasma membran
Morfologi koloni pada media padat : 1. Bentuk koloni 2 Permukaan koloni 2. 3. Pinggir koloni 4. Ukuran koloni 5 Pigmen 5. + -
Susunan bakteri : 1. Diplococcus 2. Streptococcus 3. 3 Staphylococcus 4. Sarcina 5. Bacilus 6. 6 Vibrio 7. Spiral 8. Actinomyces
Morfologi bakteri secara mikroskopis : 1 Bentuk sel bakteri 1. 2. Susunan sel bakteri 3. BagianBagian-bagian sel bakteri 4. 4 Ukuran 5. Spora : Æ + / 6. Intra / extra cellulair 7 Gram : Æ + / 7.
FISIOLOGI PERTUMBUHAN BAKTERI Dr. Maria Simatupang Bagian g Mikrobiologi ob o og FK--USU FK
Pertumbuhan bakteri terjadi sintesa yg khas dan berimbang dari komponen2 protoplasma dari bahan gizi i i yg terdapat d di lingkungannya li k Merupakan proses yg terus berubah menurut waktu dan merupakan sifat utama makhluk hidup hidup. Bakteri → sangat omnivora (memakan segalanya). Bermetabolisme dan memanfaatkan segala macam sumber bahan makanan dari substrat anorganik sampai bahan organik yang sangat kompleks Terdapat perbedaan dalam keperluan akan bahan gizi pada setiap spesies bakteri
Fisiologi Bakteri
“Medical Bakteriologis” g yaitu y mengenal g dan mengisolasi secara cepat Sp. yang patogenik Aspek ini termasuk : - Pertumbuhan P b h b bakteri k i - Nutrisi (makanan) - Metabolisma - Reproduksi Klasifikasi 1950 : - elektron mikroskop - caracara-cara fraksinasi biokimiawi - struktur unsur unsur--unsur sel Bakteri & cyanobacteria (blue green algae) dahulu tergolong TT → gol.jasad hidup (procaryotae). M iliki Struktur Memiliki S k intracelluler i ll l yang berbeda b b d dari d i struktur sel organis yg lebih tinggi.
Substansi yang Umum Diperlukan
AIR : Bakteri membutuhkan air dalam konsentrasi tinggi. Air merupakan pengantar semua bahan b h gizi i i yang diperlukan sel dan untuk membuang semua zat--zat yg tdk diperlukan ke luar sel zat GARAM ANORGANIK : Untuk mempertahankan keadaan koloidal dan tek.osmotik di dlm sel, memelihara keseimbangan asam basa, sebagai aktivator reaksi enzim
Substansi umum yang diperlukan :
MINERAL : - Sulfur (belerang) (belerang), sebagian besar sulfur sebagai H2S kebanyakan mengambil dalam bentuk SO4 -PO4 (Fosfor (Fosfor--fosfat) : diperlukan sebagai k komponen asam nukleat kl dan d berupa b koenzim k i -Aktivator enzim : Mg, Fe, K & Ca SUMBER NITROGEN : Nitrogen yang dipakai oleh bakteri, diambil dalam bentuk : NO3, NO2, NH3, N2 & R R--NH2 (R (R--radikal organik) CO2 : diperlukan di l k dalam d l proses sintesa i dengan d timbulnya asimilasi CO2 di dalam sel
Sumber C yang diperlukan bakteri dibagi 2 gol :
BAKTERI AUTROTROF (LITOTROF) Bakteri yyangg hanya y memerlukan air,, garam inorganik dan CO2 sbg sumber C bagi pertumbuhannya, mensintesa sebagian b b besar metabolik b l k organikk ddari CO2 BAKTERI HETEROTROF (ORGANOTROF) - Bakteri heterotrof fotosintetik memperoleh energi dari cahaya - Bakteri heterotrof kemosintetik memperoleh energi dari oksidasi senyawaan organik, memerlukan l k C dl dlm b bentuk t k senyawaan organik karbohidrat utk pertumbuhannya
FAKTOR PERTUMBUHAN B Banyak k bakteri b kt ri heterotrof h t r tr f tidak tid k dapat d p t tumbuh t b h kecuali diberikan faktorfaktor-faktor pertumbuhan. Substansi dlm bentuk ekstrak ragi, darah, vit B kompleks dimasukkan dlm perbenihan sbg katalisator pada reaksi2 dlm sel.
Berdsrkan O2 bakteri dibagi dlm 5 golongan : -
Bakteri anaerob obligat : hidup tanpa O2, O2 toksis thd gol.bakteri ini Bakteri anaerob aerotoleran : tdk mati dgn adanya O2 Bakteri anaerob fakultatif : mampu tumbuh baik dalam suasana dengan atau tanpa O2 Bakteri aerob obligat : tumbuh subur bila ada O2 dalam jumlah besar B k i mikroaerofilik Bakteri ik filik : hanya h tumbuh b hb baik ik dl dlm tekanan O2 yg rendah
Berdasarkan batas suhu pertumbuhan b k i dib bakteri dibagii atas golongan l :
PSIKHROFILIK : -5 sampai p +300 C dengan g opt : 1010-200 C MESOFILIK : 1010-450 C dgn g opt p : 2020-400 C TERMOFILIK : 2525-800 C dgn opt : 5050-600 C
Bakteri patogen pada manusia biasanya tumbuh dengan baik pada 370 C pH : pH perbenihan juga mempengaruhi pertumbuhan bakteri. Kebanyakan bakteri patogen mempunyai pH opt :7,2:7,2-7,6
REPRODUKSI BAKTERI Dapat berlangsung secara : - ASEKSUAL : pembelahan, pembentukan tunas/cabang, pembentukan filamen - SEKSUAL ad 11. Pembelahan : Umumnya berkembangbiak sec.amitosis dgn membelah mjd 2 bagian (binary division). Generation time (waktu diantara d 2 pembelahan) b bervariasi antara : 20 menitmenit-15 jam. GT M.tuberculosis : 15 jam j
REPRODUKSI BAKTERI ad 2. Pembentukan tunas/cabang Bakteri membentuk tunas, tunas akan melepaskan diri dan membentuk bakteri baru baru. Reproduksi dengan pembentukan cabang diawali dgn pembentukan tunas yg tumbuh menjadi cabang dan akhirnya melepaskan l k diri. di i Contoh : Fam. Streptomycetaceae ad 3. Pembentukan Filamen Sel mengeluarkan serabut panjang filamen yg tdk bercabang. Bahan kromosom kmdn masuk ke dlm filamen. Filamen terputus bbrp bagian, tiap bagian membentuk bakteri baru. Dijumpai terutama dlm keadaan abnormal. C t h:b Contoh bakteri kt i Haemophylus H ph l influenzae i fl dibi kk dibiakkan dlm perbenihan yg basah
Reproduksi secara seksual Pembelahan bakteri didahului oleh peleburan bhn kromosom dari 2 bakteri, shgg terjadi j sel2 bakteri dgn g sifat yg berasal dari kedua sel induknya. Reproduksi ini tjd antara bakteri2 sejenis dari suatu famili. Cth : Enterobacteriaceae, a.l : -
E. coli dengan Shigella dysentriae E. coli dengan Salmonella typhosa
Grafik pertumbuhan bakteri di dlm perbenihan di bagi dalam 4 fase, yaitu : LAG PHASE ((FASE PENYESUAIAN)) Berlangsung selama 2 jam. Bakteri tidak berkembang b b g ddlm fase s ini tetapi p aktivitas v s metabolisme sgt tinggi LOGARHYTMIK PHASE (FASE PEMBELAHAN) Bakteri berkembang biak berlipat 2. Fase ini berlangsung 18 188-244 jam. Pada pertengahan fase pertumbuhan bakteri sangat ideal, pembelahan tjd j sangat g teratur,, semua bahan dlm sel berada dlm keadaan seimbang (balanced growth)
STATIONARY PHASE (FASE STASIONER) Meningkatkan jumlah bakteri, meningkat juga jumlah hasil metabolisme yang toksis. Bakteri mulai ada yang mati, pembelahan terhambat. Pada suatu saat terjadi j jumlah j bakteri yang y g hidup tetap sama. PERIOD OF DECLINE (FASE KEMUNDURAN) Jumlah bakteri hidup berkurang dan menurun. Keadaan lingkungan menjadi sangat jelek. Pada beberapa jenis bakteri timbul bentuk2 abnormal
GAMBAR KURVA PERKEMBANGBIAKKAN Log bakteri/cc
c
b
d
e
a waktu sesudah penanaman (jam)
Keterangan: a-b: Lag phase (2 jam): bakteri menyesuaikan diri terhadap keadaan sekitarnya. ki b-c: Log phase: bakteri berkembang biak secara logaritmik sampai jam ke 10. c-d: Stationaryy phase: p jumlah j bakteri relatif konstan. d-e: Period of decline: jumlah bakteri yang mati lebih banyak.
VARIABILITAS Cohn & Koch: berhasil mendapat biakan murni bakteri dan mengatakan bakteri selalu l l tetap bentuknya b k (teori ( i monomorfisme). fi ) Ternyata suatu spesies bakteri dapat mengalami perubahanperubahan-perubahan, perubahan baik bentuk atau sifat tergantung keadaan sekitar. JJadi terdapat p suatu modifikasi dari monomorfisme. Bakteri tidak berubah dari kokus → basillus atau mengadakan mutasi dr genus ke genus lain, tetapi suatu spesies dapat mengalami perubahan dalam aktivitas biologis antigenitas serta virulensinya. biologis, virulensinya
MUTASI Perubahan yang ada hubungannya dengan ggen,, bersifat tetap p dan dapat p diturunkan p pada keturunannya.
FLUKTUASI Perubahan yang bersifat sementara dalam morfologi f l i dan d fisiologi fi i l i yang biasanya bi disebabkan karena keadaan sekitarnya, misalnya: bakteri yang berpigmen sementara waktu, dapat hilang kemampuannya untuk membentuk pigmen.
INVOLUSI (DEGENERASI) Perubahan yang disertai dengan kemunduran sifatsifat-sifat bakteri, terdapat pada b k i yang sudah bakteri d h llama di disimpan/dipelihara i /di lih pada perbenihan artifisial.
ADAPTASI Bakteri-bakteri yyangg berbedaBakteriberbeda-beda dalam penyesuaian dirinya terhadap keadaan sekitar yang baru. Bakteri patogen dapat hilang patogenitasnya apabila ditanam pada perbenihan tetapi dapat memperoleh kembali perbenihan,tetapi patogenitasnya bila dibiakkan pada hewan.
METABOLISME Seluruh p proses p pengolahan g setelah bahan makanan masuk ke dalam sel
FUNGSI UTAMA METABOLISME
Menghasilkan sub satuan dari hasil antara Metabolisme
Menghasilkan ATF (ADENOSIN TRI FOSFAT) dari ADF (ADENOSIN DIFOSFAT) dan FOSFAT ORGANIS
Menghasilkan g daya y reduksi dalam keadaan pada p mana SUBSTRAT yg diambil dari perbenihan lebih dioksidasi daripada hasil biosintesa keseluruhan
Pembentukan ATP oleh jasad--jjasad yyang jjasad g tidak fotosintetik antara lain : Fosforilasi Substrat Fosforilasi F f il i Oksidatif Ok id if
4 jalur Metabolisme Bakteri : 1 1.
2 2.
3.
4.
Jalur Interkonversi u/ metabolit metabolit--metabolit local Jalur Asimiliasi u/ pembentukan metabolit local U Urutan bi biosintesis i i u/ / pengubahan b h metabolit b li local Æ produk aktif Jalur u/ menghasilkan energi Metabolisme dan perawatan
Kegiatan sel bakteri di dalam d l sell Pertumbuhan P b l h sell Pembelahan Pembaharuan komponen sel
2 bagian daripada Metabolisme:
ANABOLISME / ASIMILASI : meliputi proses sintesis (pembangunan)
KATABOLISME / DESIMILASI : meliputi proses degradasi (perombakan)
ENERGI U/ METABOLISME DIAMBIL DARI : Proses Fermentasi Respirasi p Fotosintesis Pada fermentasi & respirasi, Energi diperoleh p dari katabolisme KH
KUMAN HETEROTROF
Kuman patogen M Menggunakan k zat organik ik sebagai b i sumber b u/ / mendapatkan energi
KUMAN AUTOTROF
Membutuhkan C dalam bentuk anorganik Mendapatkan Energi dengan oksidasi bahan organik seperti F2 dan NH3 Kuman autotrof fotosintetik mendapatkan E Energi i u/ / proses sintesis i i ddarii cahaya h di diolah l h ÆEnergi kimia
ENZIM MEMEGANG PERANAN PENTING DALAM METABOLISME
Dehidrogenesa : melancarkan reaksi reduksi oksidasi suatu metabolit Flavoprotein : transport zat H dalam proses Respirasi Si k Sitokrom : proses respirasi i i hanya h khusus kh pada d kuman Aerob u/ transport zat H ke O2 Glikosidase & Fosforilase :berperan dalam metabolisme KH
Metabolisme Glukosa Æ Piruvat
Menurut EMBDEN EMBDEN--MEYERHOF (EMP) : Glukosa – glukosa 6 fosfat – fosfogliseraldehide - Fosfogliseral – fosfoenolpiruvat - piruvat
METABOLISME CARA LAIN : 1 1.
Pentosa fosfat (Pentosa Phosphate pathway) : glukosa – glukosa 6 fosfat – 6 fosfoglukonat – pentosafosfat p Dipakai kuman yg tdk mempunyai enzim aldolosa & triosa PO4 isomerasa yg diperlukan p pada EMP
METABOLISME CARA LAIN : 2.
ENTNERENTNER-DOUDROFF PATHWAY : melalui pembentukan deoksiglukonat Glukosa – 6 fosfoglukonat – ketodeoksiglukonat – piruvat + gliseraldehid Cara ini dipakai pada bbp Pseudomonas & Escherichia coli
Melalui proses fermentasi, piruvat dapat dipecah menjadi : • Alkohol • Asam laktat • Asam butirat • Asam propionat • Asam asetat
FERMENTASI
Fermentasi dg pembentukan as. as Campuran adalah khas u/ Family Enterobacteriaceae. Dalam pH 66, enzim hidrogenliasa format memecah asam format Æ CO2 dan H2 F Fermentasi i dgn d pembentukan b k as.butirat b i dilakukan oleh kebanyakan clostridium.
FERMENTASI
Melalui p proses respirasi p secara aerob, glikolisis diteruskan hingga piruvat terpecah p Æ CO2 dan H2O Energi yang dilepaskan, diikat dalam bentuk be tu ATP TP Melalui proses respirasi anaerob, zat anorganik adalah nitrat atau sulfat dan bukan O2 (berfungsi sebagai reseptor H2)
METABOLISME ZAT LEMAK Permulaan
reaksi diperlukan pengaktifan asam lemak dengan CoA dan sebagai hasil adalah gliserol dan asetil CoA
METABOLISME PROTEIN
Sintesis protein memerlukan nitrosa yg biasanya diambil dari medium dalam bentuk NH3 (NO3). ) Sintesis protein mengikuti pola yang ditentukan oleh DNA Dengan gen memberikan pola yang menentukan k pada d sintesis i i DNA sendiri di i ddan RNA
METABOLISME PROTEIN
RNA sebagai pembawa berita dari DNA yang menentukan sintesis protein Dalam DNA terdapat semua informasi yang diperlukan dalam penyusunan DNA,RNA dan protein fermentasi asam amino dilakukan oleh beberapa Clostridium seperti :
METABOLISME PROTEIN
Alanin + 2 glisin + 2H2O Æ 3 asam asetat + 3NH3 + CO2 Perbedaan kemampuan bakteri dalam memecah suatu bahan kimia serta hasil metabolisme yang diperoleh dalam bentuk gas CO2,gas gas H2S atau bentuk asam yang mengubah pH S Semuanya ini i i ddapat di dipakai k i untukk membantu determinasi bakteri
