PENGANTAR TENTANG PENGERTIAN DASAR FISIOLOGI MIKROBIA

Transkripsi

1 PENGANTAR TENTANG PENGERTIAN DASAR FISIOLOGI MIKROBIA Definisi fisiologi mikrobia dan kompetensi Apakah arti fisiologi mikrobia? Definisi Fisiologi menurut the Concise Oxford Dictionary, adalah ilmu yang mempelajari tentang fungsi normal dan fenomena hidup suatu jasad ilmu yang mempelajari tentang proses hidup. Mikrobia sangat menarik perhatian untuk dipelajari karena Mikrobia dapat dipakai sebagai suatu alat dasar (Basic tools) dan model untuk mempelajari dan memahami proses hidup. Sel mikrobia merupakan suatu sistem dimana terjadi reaksi kimia dan pembentukan molekul menjadi struktur selular yang spesifik Kunci utama sel mikrobia sebagai suatu sistem: Kemampuan langsung untuk melakukan reaksi kima dan Kemampuan mengorganisasi molekul menjadi struktur spesifik, yang diekspresikan dalam bentuk pertumbuhan. Fisiologi mikrobia: Adalah ilmu yang mempelajari proses hidup suatu jasad renik. Mempelajari hubungan antara struktur dan fungsi sel mikrobia Suatu contoh, gen mikrobia tak akan berfungsi tanpa adanya ribosom dan struktur yang lain. Mempelajari fungsi mikrobia sebagai mesin untuk menghasilkan sesuatu yang spesifik melalui reaksi kimia. Banyak mikrobia telah dipakai sebagai model untuk memahami berbagai proses hidup dan perubahan ekspresi gen dalam berbagai kondisi. Pemakaian mikrobia sebagai model tersebut didasarkan pada sifat mikrobia yang relatif lebih mudah ditumbuhkan dan dimanipulasi genetiknya atau lingkungannya di laboratorium. Salah satu jenis bakteri yang banyak digunakan sebagai model dalam berbagai percobaan adalah gram negatif, Escherichia coli melalui rekayasa biokimia dan genetik yang lebih canggih. Dalam bentuk kelompok, mikrobia dapat menggambarkan kemungkinan fisiologi pada tingkat selular untuk semua jasad di alam. Tetapi apabila mikrobia ditinjau sebagai sel tunggal, maka mikrobia dapat dipakai sebagai alat atau sistem untuk mempelajari dan memahami fenomena biologi atau fisiologi jasad tingkat tinggi.

2 Cakupan Fisiologi mikrobia Fisiologi mikrobia mencakup pengetahuan yang sangat luas berkaitan dengan proses hidup, yaitu fisika, biokimia, genetika dan nutrisi mikrobia. Fisiologi mikrobia meliputi dua hal, yaitu: sifat fisiologi dan aspek fisiologi mikrobia yang sangat unik. Karakteristik sel mikrobia sbg sistem hidup Sebagian besar mikrobia merupakan jasad uniselular yang terdiri dari satu sel. Sel - unit terkecil utk semua jasad hidup - diselubungi membran atau dind. Sel - mengandung berbagai senyawa kimia dan struktur sub-selular - mempunyai membran sel di antara dinding sel dan sitoplasma yang tersusun dan berbagai struktur dan senyawa kimia yang memungkinkan sel dapat berfungsi Komponen utama sel : polisakarida, protein, asam nukleat, lipida Struktur kunci sel: inti atau nukleoid dimana informasi genetik tersimpan, sitoplasma dimana terdapat berbagai mesin untuk pertumbuhan sd dan fungsi tertentu Apakah arti penting karakteristik hidup? Mikrobia sebagai sel memiliki karakteristik yang dapat diidentifikasi sebagai j asad hidup, karena dapat melakukan 1. Metabolisme: mampu mengambil senyawa kimia dan lingkungan, kemudian ditransformasikan di dalam sd menjadi bentuk lain dan menurunkan limbah yang ada di lingkungan 2. Reproduksi atau pertumbuhan: mampu menghasilkan komponen sel barn dan senyawa kimia hasil metabolisme. 3. Differensiasi: pembentukan struktur barn pada sel, misalnya pembentukan endospora yang merupakan bagian dan daur hidup selular 4. Komunikasi: mampu berkomunikasi dan berinteraksi melalui signal kimia yang dilepaskan atau diserap. 5. Evolusi: yang ditunjukkan dengan kespesifikan yang karakteristik biologi sel tingkat kekerabatan suatu sel.

3 Sel mikrobia sebagai mesin dan alat pencetak Sel mikrobia dapat ditinjau dan dua sudut pandang: 1. Sebagai mesin senyawa kimia: sel mikrobia mampu melangsungkan transformasi kimia di dalam struktur sel tertentu. Mesin kimia tersebut melibatkan katalis yang disebut ensim, yaitu siatu protein yang dapat meningkatkan kecepatan reaksi kimia spesifik. 2. Sebagai alat pencetak (coding devices) yang dapat dikatakan analog dengan komputer, yaitu sebagai penyimpan dan pemroses informasi genetik, yang berlangsung selama reproduksi. Mikrobia dapat berperan ganda baik sebagai mesin kimia dan alat pencetak yang diekspresikan dalam bentuk pertumbuhan sel. Pada kondisi yang sesuai, sel mikrobia membesar yang kemudian membelah menjadi dua sel anakan yang identik (Gambar 1.1) Gambar 1.1. Sel berfungsi sebagai mesin kimia dan alat pencetak Bagaimana kedudukan mikrobia pada fisiologi dunia? Kedudukan mikrobia pada fisiologi dunia Mikrobia memiliki keanekaragaman sifat fisiologi dan metabolik yang unik serta mampu beradaptasi terhadap lingkungan yang sangat besar. Mikrobia pada umumnya Sangat kecil (µm) yang memerlukan tempat hanya sekitar µ³, Melakukan berbagai aktivitas essensial untuk tumbuh dan mempertahankan hidupnya. Beberapa mikrobia telah banyak digunakan digunakan sebagai model pada berbagai percobaan untuk memahami proses yang diperlukan untuk hidup dan yang kemungkinan tejadi pada bentuk kehidupan yang lebih besar. Mikrobia tersebut merupakan sarana yang tepat untuk dipelajari, karena

4 a. mampu mengambil makanan dan lingkungan dan menghentikan produksi limbah b. aktif melakukan perubahan lingkungan c. memproduksi tenaga kimia untuk mensintesis berbagai molekul kecil yang kemudian digabung membentuk molekul penyusun struktur sel yang lebih besar, d. mensintesis DNA, RNA dan protein e. mengatur semua aktivitas di dalam sel sesuai dengan sifat hidupnya Dengan mempelajari fisiologi rnikrobia, dapat menguak dan memahami lebih rinci tentang prinsip proses hidup yang terjadi pada semua bentuk kehidupan. Perbandingan Fisiologi Mikrobia dengan Jasad Yang Lebih Besar Perbedaan utama antara mikrobia dan jasad tingkat tinggi, yaitu 1. Ukuran tubuh mikrobia: jauh lebih kecil daripada ukuran tubuh hewan ataupun tumbuhan. Dimensi ukuran mikrobia dalam rnikrometer (µ = 10 m) Hampir semua proses hidup yang berlangsung pada sel mikrobia sama seperti yang terjadi pada bentuk kehidupan yang lebih besar. Semakin kecil ukuran tubuh suatu jasad semakin luas permukaannya dan semakin besar volumenya. Sel mikrobia yang berbentuk batang atau silindris, perbandingan permukaan (S) dengan volume (V) adalah sebagai berikut: t : tinggi Luas permukaan area silinder (S) =2 II rt. r : jari-jari Volume (V) = II r t. Perbandingan antara luas permukaan dan volume: (S)/(V) = 2/r apabila r = kecil maka perbandingan luas area dan volume (SV) menjadi besar. Apabila r <<<,maka SN semakin>>> semakin cepat penggunaan nutrien oleh sel mikrobia. Dengan demikian sel mikrobia yang kecil memiliki aktivitas metabolisme tinggi Enzim yang terlibat dalam metabolisme menjadi lebih efisien untuk mengkatalisis reaksi metabolik bila dibandingkan dengan jasad tingkat tinggi. Karena metabolismenya berlangsung cepat, mengakibatkan sel berepreduksi lebih cepat sehingga waktu generasi mikrobia sangat pendek. Pada umumnya waktu generasi mikrobia sekitar 20 menit sampai 3 jam.

5 Perbedaan proses yang nyata terjadi di antara mikrobia dan jasad tingkat tinggi adalah semua aktifitas fisiologi mikrobia dilakukan oleh sel mikrobia yang uniseluler, sedangkan aktivitas jasad tingkat tinggi terjadi pada banyak sel yang telah terdiferensiasi sehingga memungkinkan adanya pembagian tugas untuk berlangsungnya suatu proses. 2. Struktur mikrobia. Struktur mikrobia sangat lebih sederhana, karena hanya terdiri dari agregat makromolekul dengan ukuran yang kecil. Berdasarkan struktur sel, mikrobia dikelompokkan ke dalam Prokariota dan mikrobia eukariotik. Struktur jasad tingkat tinggi sangat komplek tersusun dan sel yang berbedabeda dan jelas dipisahkan dengan membran internal. Oleh karena itu semua jasad tingkat tinggi termasuk keompok eukariota. Pada umumnya komponen sel mikrobia tidak dapat dilihat dengan jelas, tetapi dapat diamati berdasarkan aktivitas individu mikrobia maupun aktivitas dalam populasi. Di dalam dunia mikrobia, aktivitas populasi dianggap konstan, meskipun ada beberapa kemungkinan dapat mengalami mutasi, seleksi secara alami akibat faktor Iingkungan. Pada umumnya pada keadaan tertentu tanpa memandang variasi genetik, sel-sel populasi mikrobia tidak berkelakuan sama. Penelitian genetika relatif lebih mudah menggunakan mikrobia dibandingkan dengan jasad tingkat tinggi. Populasi mikrobia dapat diperbanyak dalam tabung reaksi dan sifatnya seragam. 3. Perubahan metabolik dan kemampuan beradaptasi. Keanekaragaman metabolik dan kemampuan beradaptasi suatu mikrobia tidak terjadi secara paralel, akibatnya mikrobia dapat bertahan hidup bersama-sama dengan jasad tingkat tinggi lainnya. Mikrobia mudah menyesuaikan din dengan lingkungan. Mikrobia mampu melakukan metabolisme dan mensintesis energi dan bermacam senyawa organik dan anorganik, serta dapat menggunakan energi dan cahaya matahari. Oleh karena itu mikrobia tersebar di mana-mana, mampu tumbuh didaerah antartika, air, danau, tanah, kompos, tanaman dan hewan. Meskipun morfologi mikrobia sederhana tapi mempunyai sifat metabolik dan fisiologi kompleks.

6 Sedang jasad tingkat tinggi struktumya kompleks tetapi sifat fisiologinya lebih sederhana. 4. Nutrisi mikrobia. Komposisi nutrien yang diperlukan oleh mikrobia bervariasi. Kebutuhan nutrien untuk mikrobia berbeda dengan jasad tingkat tinggi. Keperluan nutrisional mikrobia pada umumnya erat kaitannya dengan sifat fisiologinya yang komplek. Semakin banyak bahan diproduksi sel semakin kecil bahan yang harus tersedia di luar sel, demikian pula sebaliknya semakin tinggi bahan di luar sel diperlukan semakin rendah bahan dibentuk di dalam sel. Mikrobia pada umumnya memerlukan nutrien lebih kecil dan pada yang diperlukan jasad tingkat tinggi. Meskipun keperluan nutrisional berbeda dan jasad tingkat tinggi, fungsi keperluan nutrien tersebut tetap sama dan identik dengan fungsi nutrien yang diperlukan jasad tingkat tinggi. Maka banyak mikrobia digunakan sebagai model untuk mempelajari fungsi inutrien pada semua jasad tingkat tinggi. RINGKASAN 1. Berdasarkan fisiologinya, mikrobia berbeda dan bentuk kehidupan yang lebih besar dalam berbagai hal. 2. Mikrobia dapat digunakan untuk memahami fenomena biologi umum. Dalam bentuk kelompok, mikrobia dapat menggambarkan kemungkinan fisiologi pada tingkat selular untuk semua jasad di alam. Tetapi apabila mikrobia ditinjau sebagai sel tunggal, maka mikrobia dapat dipakai sebagai alat atau sistem untuk mempelajari dan memahami fenomena biologi atau fisiologi jasad tingkat tinggi. 3. Di dalam dunia mikrobia, untuk mempelajari populasi mikrobia pada waktu yang sama adalah dalam bentuk populasi sel. 4. Mikrobia meliputi sel prokariotik dan eukariotik, sedangkan bentuk kehidupan yang lebih besar hanya terdiri dan sel eukariotik saja. 5. Mikrobia sebagai model untuk memahami proses-proses penting untuk semuajasad hidup, mempelajari nutrisi, metabolisme, biokimia: sintesis protein dan asam nukleat, pembentukan tenaga, pengaturan ensim, transpor membran, diferensiasi dan sifat populasi.

7 6. Dengan memanfaatkan mikrobia tersebut memungkinkan nantinya untuk memahami semuajasad hidup baik di tingkat sel maupun molekul. Test formatif 1 Soal pilihan ganda Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat untuk menjawab atau melengkapi pertanyaan atau pernyataan! 1. Fisiologi mikrobia meliputi beberapa aspek yang perlu dikaji, kecuali a. Pengendalian mikrobia untuk mengantisipasi timbulnya penyakit b. Hubungan mikrobia denganjasad lain dan mudah menyebabkan mutasi c. Hidup mikrobia diberbagai tempat dan aktivitasnya sangat karakteristik d. Keberadaan mikrobia yang beraneka ragam mampu hidup bebas dan melakukan aktivitas tanpa tergantung pada sel lain 2. Fisiologi mikrobia mempelajari tentang fungsi normal dan fenomena hidup suatu mikrobia seperti pada pernyataan di bawah ini, kecuali a. mempelajari mekanisme timbulnya penyakit karena bakteri dan teknik atau cara mengendalikan bakteri b. penggunaan bakteri dalam industri untuk menghasilkan antibiotika dan bakteri di dalam ekologi dunia, khususnya untuk daur unsur di alam c. hubungan fungsi ribosom dengan gen mikrobia d. perkembangbiakan bakteri dan genetika bakteri untuk peningkatan galur bakteri, 3. Pernyataan berikut ini adalah suatu asumsi bahwa mikrobia memiliki peran penting dan manfaat di alam, kecuali a. Mikrobia sebagai agensia biologi adalah pabrik kimia karena kemampuannya untuk melakukan perubahan-perubahan kimia di alam b. Mikrobia mempunyai semua aktivitas dan peran dalam berbagai bidang, c. Mentransformasikan sebagian besar bahan di alam d. Pengadaan substrat untuk industri yang berkaitan dengan pembentukan produk tertentu. 4. Mikrobia telah banyak digunakan sebagai model pada berbagai percobaan untuk memahami suatu proses yang kemungkinan tejadi pada bentuk kehidupan yang lebih besar, karena a. Tidak mampu hidup mandiri di lingkungan dan menghentikan produksi limbah b. Memproduksi tenaga kimia untuk mensintesis DNA, RNA dan proteiii

8 c. Mengatur semua aktivitas yang terjadi di alam d. Mempunyai jumlah yang besar Daftar Pustaka 1. Brock, TD., and Madigan, MT., Biology of Microorganisms. Prentice Hall., New Jersey. 2. Caidwell DR, Microbial Phyisiology. Wm. C. Brown Publishers. 3. Madigan MT, Martinko JM, and Parker J, Brock Biology of Microorganisms. Prentice Hall., New Jersey. 4. Moat, AG, and Foster, JW., Microbial Physiology. John Wiley & Sons.New York 5. Sutherland D, Microbial Physiology. Blackwell Scientific Publications

9 PENGANTAR : PENGERTIAN DASAR FISIOLOGI MIKROBIA Apakah arti fisiologi mikrobia? (fungsi normal dan fenomena mikrobia hidup, atau dengan kata lain ilmu yang mempelajari tentang proses-proses hidup mikrobia): hubungan antara struktur dan fungsi sel mikrobia metabolisme, biokimia, genetika dan nutrisi mikrobia Mikrobia digunakan sebagai model Dimana dan Bagaimana kedudukan mikrobia di antara dunia fisiologi yang lain? a. mampu mengambil mkn dan lingk dan mered produksi limbah b. aktif melakukan perubahan lingkungan c. memproduksi tenaga kimia untuk sintesis molekul kecil molekul besar penyusun struktur sel, d. mensintesis DNA, RNA dan protein e. mengatur semua aktivitasnya sesuai dengan sifat hidupnya Apa yang dikerjakan mikrobia dan kontribusinya terhadap jasad hidup lain? Perbedaan Fisiologi Mikrobia Dan Jasad Hidup Yang Lebih Besar?