SELF-PROPAGATING ENTREPRENEURIAL EDUCATION DEVELOPMENT BIOINDUSTRI BAKTERI Nimas Mayang Sabrina S, STP, MP, MSc Lab. Bioindustri, Jur Teknologi Industri Pertanian Universitas Brawijaya Email : nimas.sunyoto@ub.ac.id 1. PENDAHULUAN - Pengantar - Tujuan - Definisi 2. UKURAN DAN BENTUK BAKTERI 2.1 Ukuran Bakteri 2.2 Bentuk Bakteri 3. KARAKTERISTIK BAKTERI 3.1 Berdasarkan Metabolismenya 3.2 Berdasarkan Kebutuhan Oksigen 3.3 Struktur Sel Bakteri 4. SITOLOGI BAKTERI 4.1 Lendir, Kapsula 4.2 Dinding Sel 4.3 Membran Sitoplasma 4.4 Isi Sel 4.5 Inti Sel 4.6 Spora 4.7 Flagel 5. Siklus Hidup Bakteri 5.1 Fase Pertumbuhan Bakteri 5.2 Reproduksi 5.3 Konjugasi 6. KLASIFIKASI BAKTERI 6.1 Eubacteria 6.2 Archaebacteria MODUL 3 Minggu 3 1. PENDAHULUAN 1.1 Pengantar Proses bioindustri menggunakan mikroorganisme dan enzim dalam skala besar (industri) yang memperhitungkan kajian ekonomis dan untung rugi suatu proses produksi. Salah satu agen mikroorganisme yang digunakan adalah bakteri. Pada modul ini akan dibaha mengenai definisi dari bakteri, macam-macam dan sifat bakteri. Dengan adanya pengetahuan mengenai bakteri dan karakteristik serta sifatnya, diharapkan akan dapat memberikan pemahaman tentang kondisi dan lingkungan yang menguntungkan bagi bakteri selama proses produksi dalam industri sehingga dapat memberikan hasil yang optimal.
1.2 Tujuan Penguasaan materi dalam modul ini, yang dirancang sebagai landasan dasar bakteri, akan dapat: Mengetahui dan mengenal segala aspek dan peran bakteri dalam bioindustri Mengidentifikasi segala aspek dan peran bakteri dalam bioindustri Mengamati segala aspek dan peran bakteri dalam bioindustri 1.3 Definisi Bakteri merupakan mikrobia uniseluler. Pada umumnya bakteri tidak mempunyai klorofil. Ada beberapa yang fotosintetik dan reproduksi aseksualnya secara pembelahan. Bakteri tersebar luas di alam, di dalam tanah, atmosfer, di dalam endapanendapan lumpur, di dalam lumpur laut, dalam air, pada sumber air panas, di daerah antartika, dalam tubuh hewan, manusia dan tanaman. Jumlah bakteri tergantung keadaan sekitar. Misalnya, jumlah bakteri di dalam tanah tergantung jenis dan tingkat kesuburan tanah. 2. UKURAN DAN BENTUK BAKTERI 2.1 Ukuran Bakteri Ukuran panjang atau lebar bakteri berkisar antara 1 dan 10 nanometers. Ukuran aktual bakteri tergantung dari laju pertumbuhan, media tumbuh dan sebagainya. 2.2 Bentuk Bakteri Bakteri mempunyai tiga bentuk dasar, yaitu bentuk bulat atau coccus, batang atau silindris, dan sprillum. Mikrokokus, bulat satu-satu Diplokokus, bergandengan dua-dua Streptokokus : bergandengan seperti rantai Tetrakokus: 4 sel tersusun seperti bujur sangkar Sarsina, td 8 sel, hasil pembelahan ke 3 arah Stafilokokus : tersusun sbg kelompok buah anggur 3. KARAKTERISTIK BAKTERI 3.1 Berdasarkan Metabolismenya Bakteri Photoautotrophic mensistesis sendiri senyawa organiknya menggunakan sinar matahari sbg sumber energi dan karbon dioksida sbg sumber karbon Bakteri Chemoautotrophic menggunakan karbon dioksida dan menghasilkan senyawa organik menggunakan energi dalam substansi anorganik sederhana Bakteri Photoheterotrophic menggunakan cahaya matahari sebagai sumber energi tetapi karbonnya dari senyawa organik bukan CO2 Bakteri Chemoheterotrophic meliputi tipe parasit yg mengambil nutrisi dari Page 2 of 8
inang hidup dan saprofit yg mendapat nutrisi dari produk, ekskresi atau organisme lain yang telah mati, pengguna karbon-organik 3.2 Berdasarkan Kebutuhan Oksigen Bakteri Aerobik membutuhkan O 2 untuk reaksi oksidasi biologis dalam sel. Bakteri Mikroaerofilik dapat menggunakan O 2 pada tekanan (p O 2 ) yang sangat rendah. Bakteri Fakultatif anaerobik tidak terpengaruh oleh ada tidaknya O 2 Bakteri Anaerobik tidak memerlukan O 2 untuk reaksi metabolik dalam sel, dapat menggunakan oksigen dalam bentuk senyawa anorganik/organik, pada spesies tertentu adanya O 2 dapat mengganggu fisiologi sel. 3.3 Struktur Sel Bakteri Hampir semua bakteri memiliki dinding sel, biasanya mengandung peptidoglycan, ikatan silang peptida dg polisakharida Dinding sel bakteri Gram-positif menahan cat cristal violet jadi nampak berwarna ungu, misal bakteri Bacillus subtilis. Bakteri Gram negatif tidak dapat menahan cat cristal violet ketika dicuci dengan alkohol dan berwarna merah oleh cat penutup safranin, misal bakteri Escherichia coli. Bagian luar dinding sel adalah glycocalyx, kapsul seperti jelly yg melindungi bakteri dari infeksi oleh virus Ada dua macam struktur getar pada dinding sel Flagella memutar seperti baling-baling untuk menggerakkan sel Pili membantu bakteri menyerang lainnya dalam konjugasi, atau membantu menempel pada suatu permukaan 4. SITOLOGI SEL BAKTERI 4.1 Lendir, Kapsula: Lapisan terluar dinding sel, kalau tebal disebut kapsula t.d. karbohidrat mengandung N dan P bukan bagian integral dari sel tapi hasil pertukaran zat. Memberikan perlindungan thd. Kekeringan. Semakin tebal kapsula semakin ganas (virulent). Dapat digunakan untuk membantu identifikasi mengenal ciri spesiesnya Page 3 of 8
4.2 Dinding Sel Untuk memberi perlindungan pada sel; memberi bentuk tertentu; Mengatur keluar masuknya zat-zat kimia; Memegang peranan dalam. pembelahan sel. Terdiri dari bermacam-macam zat organik: selulosa, hemiselulosa, khitin 4.3 Membaran Sitoplasma Merupakan bungkus protoplasma Ikut menyusut bersama dengan penyusutan protoplasma Terdiri dari protein dan lipida Mudah menghisap zat pewarna alkalis Berperan dalam pembelahan sel Pengatur keluar masuknya zat-zat kimia 4.4 Isi Sel berisi protoplasma = sitoplasma=plasma sel : Protoplasma suatu koloid yang mengandung karbohidrat protein, enzim, zat belerang, CaCO3, dan volutin (zat-zat yang banyak mengandung RNA). 4.5. Inti Sel Inti bakteri tidak mempunyai dinding inti = bersifat prokariotik, makhluk haploid, kromosomnya tidak memanjang, tetapi. Melingkar tak berujung pangkal. Mempunyai nukleolus, retikulum endoplasma, mitokondria, tubuh golgi. 4.6 Spora Bentuk bakteri yang sedang mengamankan diri terhadap pengaruh buruk dari luar. Mempunyai fungsi yang sama dengan kista amuba yang merupakan fase berubah bentuk untuk melindungi diri. Setelah keadaan luar baik pecahan sel dinding spora pecah menjadi individu baru 4.7 Flagel (bulu cambuk) Alat untuk bergerak Diamater < 0,1 μ (hanya dapat dilihat dengan mikrosokop elektron) Merupakan benang-benang yang berpangkal di bawah membran sel (disebut rhizoblazt) Page 4 of 8
Protein flagel disebut flagelin Bentuknya berlekuk-lekuk Macam kedudukan flagel: Atrik : tanpa flagel Monotrik : 1 flagel Lofotrik : banyak disamping Amfitrik : di kedua samping Peritrik : di seluruh permukaan 5. SIKLUS HIDUP BAKTERI 5.1 Fase Pertumbuhan Bakteri a. Fase lag: permulaan pertumbuhan, jumlah bakteri bertambah sedikit demi sedikit b. Fase logaritma: pertumbuhan bakteri berlangsung sangat cepat. Bakteri yang tumbuh pada fase ini baik sebagai inokulum c. Fase konstan - jumlah bakteri yang berkembangbiak sama dengan jumlah bakteri yang mati - kurva menunjukkan garis yang hampir horizontal d. Fase kematian - Jumlah bakteri yang mati semakin banyak dan melebihi jumlah bakteri yang membelah diri - Grafik mulai menurun 5.2 Reproduksi Pertumbuhan alami Bakteri pertumbuhan bakteri: peningkatan jumlah sel dalam populasi Bakteri membutuhkan kondisi lingkungan spesifik untuk tumbuh optimal Page 5 of 8
Pembelahan genetik untuk reproduksi Sel bakteri membelah, 2 sel anakan memiliki kromosom tunggal molekul DNA untai ganda yang secara genetic identik 5.3 Konjugasi Palsmid adalah DNA sirkuler yang membawa beberapa gen, dan mereplikasinya tidak tergantung khromosom Beberapa plasmid bakteri proses konjugasinya melalui pili Plasmid memungkinkan untuk membawa gen dari satu bakteri ke bakteri lain Plasmid banyak digunakan untuk rekayasa genetik 6. KLASIFIKASI BAKTERI Secara tradisional, bakteri dikarakterisasikan dengan sifat taksonomi seperti reaksi pengecatan gram, bentuk sel, pergerakan, aktivitas metabolisme/kebutuhan O 2, bentuk nutrisi, dan pembentukan endospora. Klasifikasi sesungguhnya didasarkan pada hubungan evolusioner dg kajian biokimia terutama RNA. Ada dua tipe bakteri yang diakui sekarang yaitu, eubacteria and archaebacteria. 6.1 Eubacteria a. Photoautotrophic Eubacteria Cyanobacteria (Blue Green Algae/BGA) adalah aerobik fotosintetik - Anabaena, dicirikan oleh heterocysts, dapat memfiksasi gas N 2. Nostoc sp. bersimbiosis dengan jamur membentuk lichenes. Green and purple bacteria adalah anaerobik fotosintetik. menggunakan hidrogen sulfida dan hidrogen sbg sumber elektron unt fotosintesis - Green sulphur bacteria: Chlorobium - Purple sulphur bacteria: Thiospirillum sp. Page 6 of 8
b. Chemoautotropic Eubacteria Penting pada proses oksidasi reduksi unsur di alam bakteri nitrifikasi (Nitrosomonas dan Nitrobacter) berperan dalam siklus nitrogen Thiobacillus sp. penting dalam proses oksidasi sulfur menjadi sulfat Corynebacterium, sp. dan Metallogenium, sp. berperan dalam proses oksidasi unsur Mn Leptothrix sp., Gallionella sp. berperan dalam proses oksidasi reduksi unsur Fe / terbentuknya karat pada besi c. Chemoheterotrophic Eubacteria Pseudomonads adalah pendekomposisi bahan organik dlm lingkungan tanah/air. Berperan pada siklus unsur-unsur di alam Actinomycetes menghasilkan antibiotik; Pseudomonas (sifat aerobik) adalah perombak lignoselulosa; E. coli (sifat fakultatif anaerobik) untuk pemantauan pencemaran air; Rhizobium memfiksasi gas N 2 dari udara. Ada yang mampu menghasilkan endospora untuk bertahan pada kondisi yang tidak sesuai; mis. Clostridium botulinum (sifat anaerobik dan beracun) 6.2 Archaebacteria Methanogens ( pembentuk metana ) Pada limbah, tanah sawah, rawa/tergenang Membentuk ATP secara anaerob dengan mengubah karbon dioksida dan hidrogen menjadi metana, misal bakteri Methanobacterium sp. Halophiles ( Hidup pd Garam ) Spesies Halobacterium sp. toleran terhadap kadar garam tinggi seperti di teluk, laut, samudra dsb Kebanyakan adalah aerob heterotrof, tetapi beberapa ada yang fotosintetik, menggunakan bacteriorhodopsin, untuk menghasilkan ATP Mewakili kehidupan pertama di bumi, hidup di lingkungan ekstrim, tidak mempunyai peptidoglikan pada dinding selnya. Ekstrim Thermophiles ( suka suhu tinggi ) Contoh termofil adalah bakteri Sulfolobus sp. Bakteri ini hidup pada tempat dengan suhu tinggi seperti air panas, kawah gunung dasar laut. Bahkan ada yang sampai di atas suhu 250 o C Mengunakan hidrogen sulfida sebagai sumber elektron untuk pembentukan ATP Page 7 of 8
REFERENSI Brok, T.D., Madigan, M.T. Martinko, J.M. 2006. Biology of Microorganisms. 11 th Edition. Pearson Prentice Hall. Upper Saddle River, Nj 07458 Davis, D,B., Dulbecco, R. Eisen, H. N and H.S. Ginsberg. 1990. Microbiology. 4 th. Edition. J.B. Lippincott Company, Philadelphia PROPAGASI A. Latihan dan Diskusi (Propagasi vertical dan Horizontal) 1. Apabila di negara berkembang ( termasuk Indonesia ) bahan baku siap pakai untuk bioindustri arganya mahal, bagaimana akal saudara untuk mengganti bahan baku tersebut supaya kegiatan bioindustri tetap dapat berjalan? B. Pertanyaan (Evaluasi mandiri) 1. Apakah yang dimaksud dengan bakteri? 2. Apakah yang dimaksud dengan kemotropik bakteri? 3. Apakah yang dimaksud dengan halophiles? 4. Apakah yang dimaksud dengan methanogen? 5. Apakah yang dimaksud dengan thermophiles? Page 8 of 8