Mikrobiologi

Pertumbuhan Mikroba

A. Definisi pertumbuhan populasi
Pertumbuhan adalah penambahan secara teratur semua komponen sel suatu jasad dan meningkatnya jumlah sel atau massa sel (berat kering sel). Pada jasad bersel tunggal pembelahan atau perbanyakan sel merupakan pertambahan jumlah indivdu, bakteri memperbanyak diri dengan pembelahan biner.

B. Penghitungan Waktu Generasi
Dari hasil pembelahan sel secara biner dapat dirumuskan menjadi:
N = N0 2n

Keterangan : N= jumlah sel akhir, N0= jumlah sel awal, n= jumlah generasi.

C. Pengukuran Pertumbuhan
Diukur dari perubahan jumlah sel atau massa sel (berat kering sel). Jumlah sel dihitung dari jumlah sel total keseluruhan dengan tidak membedakan sel hidup atau mati. 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
pertumbuhan sel diukur dari massa sel, secara tidak langsung mengukur TURBIDITAS (tingkat kekeruhan) cairan medium tumbuh. Pengukuran Turbiditas yaitu : Photometer (penerusan cahaya) dan Spektrofotometer (optical density/OD).

D. Pertumbuhan Populasi Mikroba
Untuk mengetahui pertumbuhan mikrobia dilakukan dengan cara membiakan mikrobia. Dua system pembiakan mikroba, yaitu : biakan system tertutup dan biakan system terbuka.
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

Biakan system terbuka
 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

Faktor Lingkungan Mikroba

Aktivitas mikroba mengakibatkan perubahan sifat morfologi dan fisiologi mikroba, aktivitas mikroba juga dipengaruhi faktor-faktor ligkungan (biotik dan abiotik).
Faktor abiotik :
1. Suhu
a. Suhu pertumbuhan mikroba memerlukan kisaran tertentu : suhu minimum, suhu optimum dan suhu maksimum.
Jenis mikroba : psikrofil (kriofil), mesofil, dan termofil.
b. Pengaruh suhu tinggi pada mikroba jika dihadapkan pada suhu tinggi diatas suhu maksimum, akan memberikan beberapa macam reaksi : titik keatian thermal dan waktu kematian thermal.
c. pengaruh suhu rendah pada mikroba dihadapkan pada suhu rendah yang dapat menyebabkan gangguan metabolism : cold shock, pembekuan dan lyofilisasi.
2. Kandungan Air (pengeringan)
Mikroba memerlukan kandungan air bebas tertentu untuk hidupnya. Mikroba yang tahan kekeringan adalah yang dapat membentuk spora, konidia, atau dapat membentuk kista.
3. Tekanan Osmose
Tekanan osmosis sangat erat hubungannya dengan kandungan air. Apabila mikroba diletakkan pada larutan hipertonis maka selnya akan mengalami plasmolisis tetapi apabila diletakkan pada larutan hipotonis sel mikroba akan mengalami plasmoptisa. Berdasarkan tekanan osmosis yang diperlukan mikroba dapat dikelompokkan menjadi:
Mikroba Osmofil, Mikroba Halodurik dan Mikroba Halofil.
4. Ion-ion dan Listrik
a. kadar ion hydrogen (pH)
Mikroba umumnya menyukai pH netral (pH 7), kecuali jamur umumnya dapat hidup pada kisaran pH rendah. Apabila mikroba ditanam pada media dengan pH 5 maka pertumbuhan didominasi oleh jamur, tetapi apabila pH media 8 maka pertumbuhan didominasi oleh bakteri. Berdasarkan pH-nya mikroba dapat dikelompokkan menjadi 3, yaitu:
1. Mikroba Asidofil, kelompok mikroba yang dapat hidup pada pH 2,0 – 5,0
2. Mikroba Mesofil (neutrofil), kelompok mikroba yang dapat hidup pada pH 5,5-8,0
3. Mikroba Alkalifil, kelompok mikroba yang dapat hidup pada pH 8,4 – 9,5
b. Buffer merupakan campuran garam monobasik dan dibasik, contoh adalah buffer fosfat anorganik dapat mempertahankan pH diatas 7,2. Cara kerja buffer adalah garam dibasik akan mengabsorbsi ion H+ dan garam monobasik akan bereaksi dengan ion OH-.

c. ion-ion lain
Logam berat seperti Hg, Ag, Cu, Au, dan Pb pada kadar rendah dapat bersifat meracuni (toksis) karena mempunyai daya oligodinamik, yaitu daya bunuh logam berat pada kadar rendah. Ion-ion lain seperti ion sulfat, tartrat, klorida, nitrat, dan benzoat dapat mengurangi pertumbuhan mikroba tertentu dan sering digunakan dalam pengawetan makanan, senyawa lain misalnya asam benzoat, asam asetat, dan asam sorbat.
d. listrik
 Berakibat terjadinya elektrolisis pada medium pertumbuhan
 Menghasilkan panas yang dapat mempengaruhi pertumbuhan mikroba, sel mikroba dalam suspensi akan mengalami elektroforesis
 Menyebabkan terjadinya shock karena tekanan hidrolik listrik, kematian mikroba akibat shock terutama disebabkan oleh oksidasi
 Adanya radikal ion dari ionisasi radiasi dan terbentuknya ion logam dari elektroda juga menyebabkan kematian mikroba
e. radiasi
 Menyebabkan ionisasi molekul-molekul di dalam protoplasma
 Cahaya mempunyai pengaruh germisida
 Sinar X (0,005-1,0 Ao), sinar ultra violet (4000-2950 Ao), dan sinar radiasi lainnya dapat membunuh mikroba
 Merusak mikroba yang tidak mempunyai pigmen fotosintesis
 Apabila tingkat iradiasi yang diterima sel mikroba rendah, maka dapat menyebabkan terjadinya mutasi pada mikroba
f. tegangan muka
 Tegangan muka mempengaruhi cairan sehingga permukaan cairan tersebut menyerupai membran yang elastis
 Perubahan tegangan muka dinding sel akan mempengaruhi pula permukaan protoplasma, akibatnya mempengaruhi pertumbuhan dan morfologi mikroba
 Zat-zat seperti sabun, deterjen, dan zat-zat pembasah (surfaktan) dapat mengurangi tegangan muka cairan/larutan
 Umumnya mikroba cocok pada tegangan muka yang relatif tinggi
g. tekanan hidrostatik
 Umumnya tekanan 1 – 400 atm tidak mempengaruhi atau hanya sedikit mempengaruhi metabolisme dan pertumbuhan mikroba, tekanan hidrostatik yang lebih tinggi akan menghambat atau menghentikan pertumbuhan, karena dapat menghambat sintesis RNA, DNA, dan protein, serta mengganggu fungsi transport membran sel maupun mengurangi aktivitas berbagai macam enzim
 Tekanan diatas 100.000 pound/inchi2 menyebabkan denaturasi protein, tetapi ada mikroba yang tahan hidup pada tekanan tinggi (mikroba barotoleran), dan yang tumbuh optimal pada tekanan tinggi sampai 16.000 pound/inchi2 (mikroba barofilik), umumnya mikroba laut adalah barofilik atau barotoleran, contoh: bakteri Spirillum

h. getaran
Getaran mekanik dapat merusak dinding sel dan membran sel mikroba, dipakai untuk memperoleh ekstrak sel mikroba dengan cara menggerus sel-sel dengan menggunakan abrasif atau dengan cara pembekuan kemudian dicairkan berulang kali atau dengan getaran suara 100-10.000 kali/detik juga dapat digunakan untuk memecah sel mikroba.
Faktor biotik :
1. Interaksi dalam satu populasi mikroba
a. Interaksi positif
b. Interaksi negatif
2. Interaksi antar populasi mikroba
a. Apabila dua populasi berbeda berasosiasi maka akan timbul berbagai macam interaksi.
b. Interaksi tersebut menimbulkan pengaruh positif, negative ataupun tidak ada pengaruh antar populasi mikroba yang satu dengan yang lain.
Nama-nama interaksinya dan pengaruhnya :
• Netralisme
• Komensalisme
• Sinergisme
• Mutualisme
• Kompetisi
• Amensalime
• Parasitisme
• 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
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:
a. air
b. sumber energi
c. sumber karbon
d. sumber aseptor elektron
e. sumber mineral
f. faktor tumbuh
g. sumber nitrogen

penggolongan mikroba berdasarkan nutrisi dan oksigen
Berdasarkan Sumber Karbon
1. Jasad Ototrof
2. Jasad Heterotrof ( Jasad saprofit dan Jasad parasit).
Berdasarkan sumber energy
1. Jasad fototrop
2. Jasad khemotrop
Berdasarkan sumber donor electron
1. Jasad litotrop
2. Jasad organotrop

Medium pertumbuhan mikroba
Susunan dan kadar nutrisi suatu medium harus seimbang agar mikroba dapat tumbuh optimal, jika kadarnya terlalu tinggi akan menjadi zat penghambat atau racun bagi mikroba yang menyebabkan aktivitas metabolisme, pertumbuhan mikroba, dan aktivitas fisiologi dapat terganggu hingga dapat mati. Medium memerlukan kemasaman (pH) tertentu tergantung pada jenis jasad yang ditumbuhkan.
Aktivitas metabolisme mikroba dapat mengubah pH, sehingga untuk mempertahankan pH medium ditambahkan bahan buffer. Beberapa komponen penyusun medium dapat juga berfungsi sebagai buffer.
Macam medium pertumbuhan :
1. Medium Dasar/Basal Mineral
Medium yang mengandung campuran senyawa anorganik yang selanjutnya ditambah zat lain apabila diperlukan
2. Medium Sintetik
Medium yang seluruh susunan kimia dan kadarnya telah diketahui dengan pasti
3. Medium Kompleks
Medium yang susunan kimianya belum diketahui dengan pasti
4. Medium Diperkaya
Medium yang ditambah zat tertentu yang merupakan nutrisi spesifik untuk jenis mikroba tertentu

Enzim Mikroba

Enzim adalah katalisator organik (biokatalisator) yang dihasilkan oleh sel yang berfungsi untuk mempercepat reaksi kimia.
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
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

Penggolongan enzim
Umumnya pemberian nama enzim didasarkan atas nama substrat yang dikatalisis atau daya katalisisnya dengan penambahan kata –ase, misal proteinase adalah enzim yang dapat mengkatalisis pemecahan protein.
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

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. 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)
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. Fotosinteis
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 energy 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

%d blogger menyukai ini: