Upload
abdul-rakan
View
217
Download
11
Embed Size (px)
Citation preview
Kuliah 4 STRUKTUR & FUNGSI
KOMPONEN SEL Eubakteri & Archaebakteri
FARMASI – FMIPA – UHAMKA
2011
Priyo Wahyudi
STRUKTUR & FUNGSI KOMPONEN SEL
a. Eubakteri dan Archaebakterib. Dinding sel c. Kapsul d. Flagelae. Pilif. Sitosol g. Polisomh. Fimbria
Bacteria dan Archaea
Filogeni Prokariot
Bacteria
Jumlah sangat banyak Bentuk mahluk hidup yang tertua (3,5 milyar tahun lalu) Termasuk Prokariot, yang bersel tunggal Seluruh organisme lain di muka bumi ini berevolusi dari
bakteri (Fossil evidence) Hidup di seluruh bagian Bioma bumi
Bacteria• Eubacteria• Eu = Sebenarnya• Kuman
Archaea• Archaebacteria• Archae = kuno
Domain Archaea
Hidup di lingkungan ekstrem dan tempat-tempat umum
Dinding sel tidak mempunyai PEPTIDOGLIKAN Asam amino yang berbeda dengan bakteri
Dinding Sel Archaea
Pseudopeptidoglycan : terdiri atas N-acetyl talosaminuronic acid (NAT)
Ikatan Glikosidik antar Gula penyusun adalah b-1,3 glikosidik, bukan b-1,4 glikosidik dari peptidoglikan (sehingga Lysozyme insensitive)
Membran Bacteria vs Archaea
Archaea mengandung lipid yang terikat dengan ether Pada Archaea tidak ada asam lemak namun merupakan
suatu isoprene (5 carbon hydrocarbon) Beberapa Archaea mempunyai lipid monolayer
Monolayer Membrane of Archaea Monolayer results from covalent linkage of
glycerol side chains
HALOPHILES
METHANOGENS
METHANOGENS
THERMOACIDOPHILES
THERMOACIDOPHILES
Archaea : Methanogen
Mendapatkan energi dengan mengkonversi hidrogen dan CO2 menjadi gas metan
Oksigen bersifat racun padanya
Hidup pada kondisi anaerobik Dasar danau, rawa Limbah Saluran usus (humans and
cows)
Archaea: Halofilik
Archaebacteria yang menyukai garam Kadar garam tinggi (Great Salt Lake – Utah, Laut Mati -
Baltik) Menggunakan garam untuk mendapatkan energi (ATP) Halofil tertentu dapat mengubah air laut menjadi
berwarna Pink (dark pink) Warna pink tsb adalah suatu pigmen yang menyerupai
Rhodopsin pada retina mata manusia Pigmen pink tsb digunakan untuk melakukan semacam
fotosintesis (namun tidak menghasilkan oksigen) Halofil bersifat aerobik
Archaea: Thermoacidofilik
Hidup pada lingkungan yang sangat ekstrem
Panas yang sangat ekstrem tinggi hotsprings volcanic vents hydrothermal vents
Umumnya bersifat anaerobik
Domain Bacteria
Bakteri pada umumnya Dikenal dengan istilah kuman (Germs) Berbeda secara genetik dan sifat biokimia
dengan Archaea
SEL BAKTERI
Struktur Sel Bakteri
Struktur Sel Bakteri
Dinding Sel Membran Sitoplasma Sitoplasma
• Organella– Flagela & Fimbria– Pili
• Endospora• Kapsul
19
DINDING SEL
Dinding Sel
DS merupakan struktur yang esensial yang melindungi protoplasma dari kerusakan mekanik atau lisis.
Tdpt 2 tipe struktur DS bakteri: Gram positif (G+) & Gram negatif (G-)
DS mengandung PEPTIDOGLIKAN DS mempunyai peranan:
Struktur esensial untuk viabilitas Mengandung komponen unik yang tidak ditemui dimana pun di
alam Menjadi tempat penting bagi “Modus aksi”antibiotik Terdapat ligand sebagai adherence & receptor untuk obat atau
virus Menjadi penyebab symptoms of disease pada hewan Menjadi penciri dari sifat immunologis and variasi immunologis
dari berbagai jenis bakteri
Bakteri Gram (+) & Gram (-)
23
Fig. 4.16
Teichoic acids are found only in Gram-positive cell walls. They are negatively charged and their function is unknown.
Lipopolysaccharide and outer membrane are only found in Gram-negative cell walls.
Thick – 20-80 nm Thin – 8-11 nm
Gram (+) vs Gram (–)
Gram (+) vs Gram (–)
Property Gram-positive Gram-negative
Thickness of wall thick (20-80 nm)
thin (10 nm)
Number of layers 1 2
Peptidoglycan (murein) content >50% 10-20%
Teichoic acids in wall present absent
Lipid and lipoprotein content 0-3% 58%
Protein content 0 9%
Lipopolysaccharide content 0 13%
Sensitivity to Penicillin G yes no (1)
Sensitivity to lysozyme yes no (2)
24
Gram (+) dan Gram (–)
25
The Gram stain has four steps:
1. crystal violet, the primary stain: followed by2. iodine, which acts as a mordant by forming a crystal violet-iodine
complex, then3. alcohol, which decolorizes, followed by4. safranin, the counterstain.
Pewarnaan Gram
27
The Gram stain has four steps:
1. crystal violet, the primary stain: followed by2. iodine, which acts as a mordant by forming a crystal violet-iodine
complex, then3. alcohol, which decolorizes, followed by4. safranin, the counterstain.
Gram (+) dan Gram (–)
Is this gram stain positive or negative? Identify the bacteria.
Is this gram stain positive or negative? Identify the bacteria.
Figure 27.5x Gram-positive and gram-negative bacteria
Dinding Sel
• Bakteri yang tidak mempunyai Dinding Sel
• Mycoplasma adalah kelompok bakteri yang tidak mempunyai DS. Sebagai gantinya Mycoplasma mempunyai suatu bentuk sterol-like molecules yang tersusun pada membran sel mereka
• Mycoplasma pneumoniae adalah penyebab primer penyakit pneumonia bakterial atipikal yang lebih dikenal sebagai "walking pneumonia".
KAPSUL
Attach to outer surface of cell wall “Glycocalyx” (gly-koh-kay’licks) is the general
term of the polysaccharide capsule/ slime layer Produced when proper growth conditions
Excess of nutrients
Made from a variety of polysaccharides Poly D-glutamate in Bacillus sp.
Kapsul / Slime layer
Capsule: the polysaccharide that has a uniform thickness & can be thicker than cell
Streptococcus pneumoniae infectious to human, capsule help protect the cell against phagocytosis
Can be observed by performing Negative staining with India Ink
Slime layer: the polysaccharide adhered to the cell wall in a diffuse arrangement
Bacteria that cause dental carries help bacteria to colonise surface
Kapsul / Slime layer
Kapsul Disebut juga Glycocalyx suatu
polisakarida pada permukaan luar sel bakteri (external surface)
Membantu penempelan bakteri pada permukaan S. mutans menempel pada enamel
gigi Mencegah Fagocytosis
Complement tidak dapat menembus gula
Lapisan Polisakarida ekstraseluler yang menyelimuti sel bakteri, sehingga menyerupai kapsul
Berguna untuk melindungi bakteri dari kondisi lingkungan yang ekstrim (cont: bahan beracun)
Kapsul
FLAGELA
Flagella
43Proteus vulgaris
Peritrichous
Spirillum
Pseudomonas
Bentuk seperti cambuk Berfungsi untuk pergerakan bakteri
• Melibatkan ekspresi 40 gen yang mengkodekan protein struktural, transporter dan regulator
• Flagellum tumbuh dari ujung (bukan dari pangkal spt rambut hewan)
• Cap diperlukan untuk mengarahkan sintesis subunit flagelin untuk menjadi filamen
SINTESIS FLAGELLA
• Energy untuk rotasi flagela berasal dari Proton-motive force
• Bakteri dapat bergerak sejauh 60x panjang tubuhnya/detik (Bandingkan dengan kecepatan tertinggi dari seekor cheetah
saat berburu adalah hanya 25 x panjang tubuh/detik)
• Berbagai model gerakan tergantung pada susunan flagela
Pergerakan Bakteri
Prokaryotic flagella (Bacillus)
Prokaryotic flagella (A. serpens)
Prokaryotic flagella
Struktur Flagel
Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.
51
Flagella dapat berputar 60,000 rpm
Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.
52
PILUS / PILI
Pili
Protein filamen Struktur filamen halus,
panjang dan jumlah tidak sebanyak filamen halus lainnya (Fimbriae)
Struktur menyerupai flagela namun tidak berfungsi untuk pergerakan
Pili berfungsi untuk: Penempelan pada suatu
permukaan sel atau substrat Konjugasi
Pili
SITOPLASMA / SITOSOL
Sitoplasma
All structures and components inside the cytoplasmic membrane Bacterial Chromosome: DNA Plasmids Ribosome Protein, mostly enzymes Inclusion bodies Gas vesicles
Sitoplasma
80% DNA (deoxyribonucleic acid) + 10% RNA (ribonucleic acid) + 10% Protein
Packed in a part of cytoplasm termed “Nuclear region” or “Nucleoid”
The DNA is supercoiled and contains several loops
Function: Storage & transfer of genetic information
Kromosom Bakteri
An extrachromosomal DNA Free/ integrated in Chromosome Circular, small and Self-replicated Nonessential to viability of a cell But, often carry important genetic information Impact, for example:
The spread of infectious disease The spread of antibiotic resistance Genetic engineering
Plasmid
Composed of Ribosomal RNA/ rRNA (60%) Protein (40%)
The sedimentation of the molecule using ultracentrifugation refer to its shape & size which are measured as a “Svedberg Unit (S)”
Bacterial ribosome is 70S (30S+50S subunits)
Function: the site of protein synthesis
Ribosom
Ribosom
30S
50S
Soluble Proteins Mostly are enzymes Each Escherichia coli cell contains
approximately 1,000 different enzymes These proteins are vary in size:
Molecular weight (MW): 8,000 to >1,000,000 The average MW 40,000
Protein
Or “Cytoplasmic granules” Some enclosed by a membrane-like protein
layer Functions: Storage products of bacterial
metabolisms Energy Specific proteins Gas vesicles
Buoyancy for cells living in aquatic environments e.g. the cyanobacterium, Nostoc sp.
Inclusion bodies
Glycogen Highly branched polymer of glucose Carbon source
Cyanophycins A polymer of arginine and aspartic acid Nitrogen source e.g. Cyanobacteria
Inclusion bodies
Metachromatic granules accumulation of phosphate or polyphosphate *Metachromatic, as they change toluidine blue to a
radish violet color e.g. Corynebacterium sp., Mycobacterium sp.
Polyhydroxybutyrate (PHB) A polymer of hydroxybutyrate a reserve material that help the cell to survive under
low-nutrients environments e.g. Bacillus cereus under certain growth conditions
Inclusion bodies
POLISOM
Butir-butir ribosom yang tersusun berderet-deret dihubungkan oleh benang-benang halus substansi sel
Jumlah ribosom dalam poliribosom dapat memberikan informasi tentang ukuran molekul protein yang disintesis di tempat tersebut
Dalam eritroblas berkaitan dengan pembentukan hemoglobin
Polisom (Poliribosom)
Topografi polisom pada membran organel
FIMBRIA
Fimbria Protein filamen, bentuk halus jumlah banyak dan pendek (lebih pendek
daripada pili) Struktur seperti rambut-rambut halus yang berfungsi untuk penempelan
sel bakteri pada substrat atau sel lainnya (BIOFILM) Tidak berperan dalam motilitas Tidak berperan dalam konjugasi (bacterial mating)
Fimbriae Versus Flagella
Pilus Versus Fimbriae
Figure 3.10
ENDOSPORA
EndosporaProperty Vegetative cells Endospores
Surface coats Typical Gram-positive murein cell wall polymer
Thick spore coat, cortex, and peptidoglycan core wall
Microscopic appearance Nonrefractile Refractile
Calcium dipicolinic acid
Absent Present in core
Cytoplasmic water activity
High Very low
Enzymatic activity Present Absent
Macromolecular synthesis
Present Absent
Heat resistance Low High
Resistance to chemicals and acids
Low High
Radiation resistance Low High
Sensitivity to lysozyme Sensitive Resistant
Sensitivity to dyes and staining
Sensitive Resistant
76
endospore
sporangium
central spore
subterminalspore
terminalspore
terminal sporewith swollensporangium
Figure 3.42
Core Wall
Spore Coat
Exosporium
Cortex
Core
Apakah yang membuat endospora resisten?
Calcium (complexed with dipicolinic acid) in the core
acid-soluble, DNA-binding proteins dehydrated core spore coat (protein layers) DNA repair enzymes (during germination)
Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.
80
Figure 3.44
Transformation of endospore into vegetative cell
complex, multistage process