Kuliah 4 STRUKTUR & FUNGSI KOMPONEN SEL Eubakteri & Archaebakteri
FARMASI – FMIPA – UHAMKA 2011
Priyo Wahyudi
a. b. c. d. e. f. g. h.
Eubakteri dan Archaebakteri Dinding sel Kapsul Flagela Pili Sitosol Polisom Fimbria
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
Hidup di lingkungan ekstrem dan tempat-tempat umum Dinding sel tidak mempunyai PEPTIDOGLIKAN Asam amino yang berbeda dengan bakteri
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)
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 results from covalent linkage of glycerol side chains
HALOPHILES
THERMOACIDOPHILES
THERMOACIDOPHILES
METHANOGENS
METHANOGENS
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)
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
Hidup pada lingkungan yang sangat ekstrem Panas yang sangat ekstrem tinggi
hotsprings volcanic vents hydrothermal vents
Umumnya bersifat anaerobik
Bakteri pada umumnya Dikenal dengan istilah kuman (Germs) Berbeda secara genetik dan sifat biokimia dengan Archaea
Dinding Sel Membran Sitoplasma Sitoplasma
• Organella – Flagela & Fimbria – Pili
• Endospora • Kapsul
19
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
Thick – 20-80 nm
Thin – 8-11 nm
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.23
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
25
The Gram stain has four steps: 1. 2. 3. 4.
crystal violet, the primary stain : followed by iodine, which acts as a mordant by forming a crystal violet-iodine complex, then alcohol, which decolorizes , followed by safranin, the counterstain .
The Gram stain has four steps: 1. 2. 3. 4.
crystal violet, the primary stain : followed by iodine, which acts as a mordant by forming a crystal violet-iodine complex, then alcohol, which decolorizes , followed by safranin, the counterstain .
27
•
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 ".
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.
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 colonise surface
help bacteria to
Disebut juga Glycocalyx suatu polisakarida pada permukaan luar sel bakteri (external surface ) Membantu penempelan bakteri pada permukaan
Mencegah Fagocytosis
S. mutans menempel pada enamel gigi 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)
Bentuk seperti cambuk Pseudomonas Berfungsi untuk pergerakan bakteri
Spirillum
Peritrichous Pr
vulgaris
43
• • •
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
•
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
Flagella dapat berputar 60,000 rpm
Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission
Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission
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
All structures and components inside the cytoplasmic membrane
Bacterial Chromosome: DNA Plasmids Ribosome Protein, mostly enzymes Inclusion bodies Gas vesicles
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
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
Composed of
The sedimentation of the molecule using ultracentrifugation refer to its shape & size
Ribosomal RNA/ rRNA (60%) Protein (40%)
which are measured as a “Svedberg Unit (S)”
Bacterial ribosome is 70S (30S+50S subunits) Function: the site of protein synthesis
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
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.
Glycogen
Highly branched polymer of glucose Carbon source
Cyanophycins
A polymer of arginine and aspartic acid Nitrogen source e.g. Cyanobacteria
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
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
Topografi polisom pada membran organel
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 Tidak berperan dalam motilitas Tidak Tidak berperan dalam konjugasi (bacterial ( bacterial mating )
Property
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
central spore endospore terminal spore with swollen sporangium
subterminal spore
terminal spore sporangium
Cortex Exosporium Spore Coat
Core
Figure 3.42
Core Wall
Calcium (complexed with dipicolinic acid) in the core acid-soluble, DNA-binding proteins dehydrated core spore coat (protein layers) DNA repair enzymes (during germination)
Figure 3.44
Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission