lecture mikro nutrisi, kurva tumbuh, faktor lingkungan akbid kul 4
DESCRIPTION
try it :)TRANSCRIPT
-
KULIAH 4
MIKROBIOLOGI DASAR
Dalia Sukmawati
PERTUMBUHAN, PEMBIAKAN,
METABOLISME, DAN FAKTOR
LINGKUNGAN MIKROORGANISME
-
Nutrien
Makronutrien
Mikronutrien
Growth Faktor
Pertumbuhan Mikroorganisme
Metabolisme Mikroorganisme
-
Nutrisi Mikroorganisme Elemen % berat
kering
Sumber Fungsi
Carbon 50 senyawa organik atau
CO2
penyusun utama material sel
Oxygen 20 H2O, senyawa
organik, CO2, dan O2
penyusun material sel dan sitoplasma, O2 sebagai
akseptor elektron terakhir pada respirasi aerobik
Nitrogen 14 NH3, NO3, senyawa
organik, N2
penyusun asam amino, asam nukleat, nucleotida dan
koenzim
Hydrogen 8 H2O, senyawa
organik, H2
penyusun utama senyawa organik dan sitoplasma
Phosphorus 3 posfat anorganik
(PO4)
penyusun asam nukleat, nucleotida, phospholipid, Lipo
poli Sakarida (LPS), asam tekoat
Sulfur 1 SO4, H2S, SO,
senyawa sulfur organik
penyusun cysteine, methionine, glutathione, dan beberapa
koenzim
Potassium 1 garam Potassium kation seluler utama dan kofaktor beberapa enzim tertentu
Magnesium 0.5 garam Magnesium kation anorganik seluler, kofaktor beberapa reaksi
enzimatik
Calcium 0.5 garam Calcium kation anorganik seluler, kofaktor beberapa enzim dan
komponen endospora
Iron 0.2 garam Iron komponen sitokrom dan nonheme iron-protein dan
kofaktor beberapa reaksi enzimatik
1. Makro Elemen
-
Nutrisi Mikroorganisme
Trace elements adalah ion-ion logam yang dibutuhkan oleh sel dalam jumlah sangat kecil namun sangat diperlukan pertumbuhan mikroba.
Sebagai ion logam, trace elemen umunya berfungsi sebagai kofaktor bagi reaksi enzimatik esensial dalam sel.
Trace elemen untuk mikroba sifatnya spesifik untuk tiap-tiap mikroba dan berbeda untuk mikroba lainnya.
Mn, Co, Zn, Cu, and Mo.
2. Mikro Elemen (trace element)
3. Zat Pengatur Tumbuh (growth factor)
Purin dan pyrimidin: diperlukan untuk sintesis asam nukleat (DNA dan RNA)
Asam amino : dibutuhkan untuk sintesis protein
Vitamin: diperlukan sebagai koenzim dan gugus fungsional beberapa enzim tertentu
-
Nutrisi Mikroorganisme
Tipe nutrisi pada bakteri secara umum dikelompokkan menjadi
Tipe Sumber energi Sumber Carbon Contoh
Photoautotrof Cahaya CO2 Cyanobacteria, some Purple and
Green Bacteria
Photoheterotrof Cahaya Senyawa organik Purple bacteria dan green bacteria
Chemoautotrophs or
Lithotrophs
(Lithoautotrophs)
senyawa anorganik
( H2, NH3, NO2,
H2S)
CO2 A few Bacteria and many Archaea
Kemoheterotrof atau
Heterotrof
Senyawa organik Senyawa organik Most Bacteria, some Archaea
-
Pertumbuhan Bakteri
Binary Fission
Kurva Pertumbuhan Bakteri
Pengukuran Pertumbuhan
Pengukuran Masa Sel
Pengukuran Jumlah Sel
Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan
pH
Suhu
Aw
Oksigen
-
Binnary Fission
-
Kurva Pertumbuhan Bakteri
Waktu
Jum
lah s
el h
idup
Lag
Stasioner
-
Kurva Pertumbuhan Bakteri
1. Fase Lag
Fase adaptasi
Sesaat inokulasi, belum ada pembelahan
Sel mengalami pertumbuhan (ukuran, volume),
sintesis protein
Bergantung, jumlah inokulum, waktu recover untuk
adaptasi maupun sintesis enzim untuk metabolisme
-
Kurva Pertumbuhan Bakteri
2. Fase Eksponensial / Logaritmik
Fase eksponensial / logaritmik merupakan fase dimana sel bakteri
membelah diri (binary fission) dengan berlipat ganda dalam waktu
yang cepat sehingga membentuk pola eksponensial (geometric
progression).
Sel akan membelah diri dengan laju yang cepat tergantung pada
komposisi medium pertumbuhan dan kondisi inkubasi.
Geometric progression: 1, 2, 4, 8, dst. Atau 20, 21, 22, 23.........2n ( n =
jumlah generasi). Hal tersebut dinamakan pertumbuhan eksponensial.
-
Kurva Pertumbuhan Bakteri
3. Fase Stasioner
Pertumbuhan eksponensial tidak dapat berlanjut pada kultur batch
(sistem tertutup, spt: pada tabung). Pertumbuhan populasi sel dibatasi
oleh:
Berkurangnya nutrien
Akumulasi produk akhir atau metabolit yang bersifat inhibitor
Berkurangnya ruang "biological space"
Selama fase stasioner jumlah populasi sel tetap (jumlah sel yang mati
sama dengan jumlah sel yang baru membelah)
Pada fase stasioner ini bakteri mulai menghasilkan metabolit sekunder
Pada fase stasioner ini bakteri juga mulai membentuk spora
-
Kurva Pertumbuhan Bakteri
4. Fase Kematian
Jika inkubasi dilanjutkan setelah fase stasioner yang terjadi adalah fase
kematian, dimana jumlah sel yang hidup berkurang dengan cepat.
Hal ini disebabkan oleh keterbatasan 3 faktor tadi (makanan, metabolit
sekunder dan keterbatasan ruan)
Kematian sel terjadi secara eksponensial juga pada fase ini.
-
Pengukuran Pertumbuhan Bakteri
Pengukuran Masa Sel
1. Pengukuran Langsung
1. Pengukuran fisik: berat kering atau berat basah dari volume sel
setelah sentrifugasi.
2. Pengukuran kimiawi: beberapa sifat kimiawi komponen sel
seperti total N, total protein, atau total DNA.
3. Pengukuran kekeruhan (turbiditas) terhadap suspensi sel.
Turbiditas atau OD (optical density) suspensi sel berkaitan
langsung dengan massa sel ataupun jumlah sel. Makin besar
massa sel/jumlah sel makin keruh (OD nya besar).
2. Pengukuran Tidak langsung
1. Pengukuran aktivitas kimiawi seperti laju konsumsi atau
produksi O2 production or consumption, produksi CO2 dll
-
Pengukuran Pertumbuhan Bakteri
Pengitungan Jumlah Sel
1. Penghitungan mikroskopis langsung menggunakan counting
chambers. Sel mati tidak dapat dibedakan dengan yang hidup.
2. Penghitungan langsung menggunakan Electronic counting
chambers. Dengan alat ini penghitungan jumlah dan ukuran
distribusi sel dapat dilakukan dengan cepat
3. Penghitungan tidak langsung melalui teknik viable cell counts (plate
counts).
plating out (spreading) , koloni dihitung disebut sebagai colony forming unit (cfu).
-
Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan
Bakteri
1. pH
pH atau konsentrasi ion hidrogen [H+] pada lingkungan alamiah
berkisar antara 0,5 (pd tanah asam) sampai 10,5 (pada tanah kapur).
Kisaran pH dimana mikroba dapat tumbuh dikenal dengan istilah tiga
titik kardinal pH :
pH minimum, pH dimana di bawah nilai tersebut mikroba tidak dapat
tumbuh
pH maximum, pH dimana di atas nilai tersebut mikroba tidak dapat
tumbuh
pH optimum, pH dimana mikroba tumbuh paling baik
Pertumbuhan bakteri akan meningkat pada rentang pH minimum ke
optimum, namun akan menurun setelah melewati nilai pH optimum
menuju ke maksimum, yang merefleksikan pengaruh pH terhadap
reaksi enzimatis.
-
Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan
Bakteri
1. pH
Sebagian besar pH optimum bakteri adalah pada pH netral (7,0).
Pengelompokan mikroba berdasarkan pH optimumnya:
Acidofil: mikroba dengan pH optimum di bawah pH 7,0
Neutrofil: mikroba dengan pH optimum pada pH netral (7,0)
Alkalifil: mikroba dengan pH optimum di atas pH 7,0
Acidofil Neutrofil Alkalifil
Laj
u p
ertu
mbuhan
rel
atif
Nilai pH 7 1 12
-
Mikroorganisme
pH Minimum
pH Optimum
pH Maximum
Thiobacillus thiooxidans
0.5
2.0-2.8
4.0-6.0
Sulfolobus acidocaldarius
1.0
2.0-3.0
5.0
Bacillus acidocaldarius
2.0
4.0
6.0
Zymomonas lindneri
3.5
5.5-6.0
7.5
Lactobacillus acidophilus
4.0-4.6
5.8-6.6
6.8
Staphylococcus aureus
4.2
7.0-7.5
9.3
Escherichia coli
4.4
6.0-7.0
9.0
Clostridium sporogenes
5.0-5.8
6.0-7.6
8.5-9.0
Erwinia caratovora
5.6
7.1
9.3
Pseudomonas aeruginosa
5.6
6.6-7.0
8.0
Thiobacillus novellus
5.7
7.0
9.0
Streptococcus pneumoniae
6.5
7.8
8.3
Nitrobacter sp
6.6
7.6-8.6
10.0
Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan
Bakteri
1. pH
-
Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan
Bakteri
2. Suhu
Suhu pada lingkungan alamiah berkisar antara suhu di bawah 0oC (pd
daerah kutub) sampai > 100oC (sumber air panas).
Kisaran suhu dimana mikroba dapat tumbuh dikenal dengan istilah tiga
titik kardinal suhu :
Suhu minimum, suhu dimana di bawah nilai tersebut mikroba tidak
dapat tumbuh
Suhu maximum, suhu dimana di atas nilai tersebut mikroba tidak dapat
tumbuh
Suhu optimum, suhu dimana mikroba tumbuh paling baik
Pertumbuhan bakteri akan meningkat pada rentang suhu minimum ke
optimum, namun akan menurun setelah melewati nilai suhu optimum
menuju ke maksimum, yang merefleksikan pengaruh suhu terhadap
reaksi enzimatis.
-
Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan
Bakteri
2. Suhu
Pengelompokan mikroba berdasarkan suhu optimumnya:
Psikrofil: mikroba dengan suhu optimum antara 10 15oC
Mesofil: mikroba dengan suhu optimum antara 27 37oC
Termofil: mikroba dengan suhu optimum antara 45 70oC
Hipertermofil: mikroba dengan suhu optimum antara 80 115oC
-
Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan
Bakteri
3. Aktivitas air (Aw)
Air adalah komponen utama sel
Keberadaan air menjadi faktor kritis yang mempengaruhi pertumbuhan
sel
Keberadaan air untuk kebutuhan sel tergantung pada keberadaannya di
atmosfer (dikenal dgn kelembaban relatif) atau keberadaannya dalam
substrat (dikenal dgn water activity).
Aktivitas air (Aw) dari H2O murni nilainya 1.0 (100% air).
Aktivitas air dipengaruhi oleh adanya zat terlarut sperti garam atau
gula yang terlarut di dalam air. Makin tinggi konsentrasi zat terlarut
dalam air, nilai Aktivitas air (Aw) makin rendah.
Mikroorganisme hidup pd kisaran Aw antara 1.0 sampai 0.7.
Aw darah manusia = 0.99; air laut = 0.98; syrup = 0.90.
-
Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan
Bakteri
3. Aktivitas air (Aw)
Zat terlarut yang umum di alam ini adalah garam NaCl. Mikroorganisme
yang membutuhkan garam NaCl untuk pertumbuhannya disebut mikroba
halofilik. Mild halofilik membutuhkan 1-6% garam, halofilik sedang
membutuhkan 6-15% garam; ekstrem halofilik membutuhkan 15-30%
NaCl .
Bakteri yang dapat tumbuh pd konsentrasi garam yang sedang, namun
tumbuh lebih baik bila tidak ada NaCl, disebut halotoleran.
Istilah Osmofilik dan Osmotoleran di lingkungan yang berkadar
gula tinggi.
Istilah Xerofilik di lingkungan kering (gurun pasir, tepung).
Konsep penurunan Aw mencegah pertumbuhan bakteri pengawetan
makanan dengan cara pengeringan (sinar matahari atau evaporasi) atau
dengan penambahan gula atau garam dalam konsentrasi tinggi.
-
Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan
Bakteri
3. Aktivitas air (Aw)
Osmolaritas ditentukan oleh
konsentrasi bahan terlarut (solute) di
lingkungan
Osmolaritas berbanding terbalik
dengan water activity (Aw), dimana
makin tinggi konsentrasi bahan
terlarut (solute) berarti makin tinggi
osmolaritas, makin rendah Aw
Keterangan: (a) bakteri nonhalofil
spt E. coli atau Pseudomonas. (b)
bakteri halotoleran spt
Staphylococcus aureus, (c) ekstrim
halofil spt Halococcus.
-
Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan
Bakteri
4. Oksigen
Pengelompokan mikroba berdasarkan kebutuhan oksigen:
Obligat aerob: membutuhkan O2 bebas untuk pertumbuhannya; O2 digunakan
sebagai aseptor elektron terakhir pada respirasi aerobik.
Obligate anaerob (aerofob): tidak membutuhkan O2 untuk tumbuhnya. O2
bersifat toksik dan dapat membunuh atau menghambat pertumbuhan. Prokariot
obligate anaerob hidup secara fermentarif, respirasi anaerobik, bacterial
photosynthesis, atau secara methanogenesis.
Fakultatif anaerob (fakultatif aerob): mikroba yang dapat menggnti
metabolisme antara aerobik dan anaerobik. Pada kondisi anerobik (no O2)
mereka tumbuh secara fermentasi atau respirasi anaerobik, tetapi bila ada O2
mereka dapat beralih ke respirasi aerobik.
Aerotoleran anaerob : bakteri yang ekslusif anaeroik (metabolisme
fermentatif) namun mereka tidak begitu sensitif dengan adanya O2. Mereka
akan tetap bertahan dengan tumbuh secara fermentatif saat tidak ada atau ada
Oksigen.
-
Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan
Bakteri
4. Oksigen
Environment
Group
Aerobic
Anaerobic
O2 Effect
Obligate Aerobe
Growth
No growth
Required (utilized for
aerobic respiration)
Microaerophile
Growth if level not too
high
No growth
Required but at levels
below 0.2 atm
Obligate Anaerobe
No growth
Growth
Toxic
Facultative Anaerobe (Facultative Aerobe)
Growth
Growth
Not required for
growth but utilized
when available
Aerotolerant Anaerobe
Growth
Growth
Not required and not
utilized
-
Metabolisme
Salah satu ciri mahluk hidup adalah metabolisme. Artinya proses metabolisme yang terjadi di dalam sel menjadi ciri adanya kegiatan hidup atau kehidupan dari sel tersebut.
Definisi Metabolisme:
Seluruh aktifitas kimiawi yang terorganisir yang terjadi di dalam sel, dimana mencakup 2 tipe proses yaitu produksi energi dan penggunaan energi (Pelczar et al., 1986)
Untuk menggambarkan terjadinya proses kimiawi di dalam sel yang mencakup dua tipe proses yaitu anabolisme dan katabolisme. Anabolisme adalah proses penyusunan molekul kompleks dari molekul sederhana yang diperoleh dari lingkungan. Proses anabolisme juga sering disebut sebagai proses biosintesis. Proses katabolisme yaitu proses perombakan molekul kompleks menjadi molekul sederhana, untuk memperoleh energi (Madigan et al., 1997).
-
Metabolisme
Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja. Dalam konteks biologi
pekerjaan yang dilakukan sel macamnya sangat banyak dan beragam,
memerlukan energi dalam jumlah yang banyak pula.
Energi diperlukan untuk : membangun komponen fisik sel seperti dinding
dan membran sel ; sintesa enzim, protein, lemak, asam nukleat,
polisakarida dan komponen kimia sel lainnya ; memperbaiki kerusakan
sel ; pertumbuhan dan berkembang biak ; melakukan pengambilan
nutrien dari lingkungan atau membuang senyawa dari dalam sel ke luar ;
dan motilitas (Pelczar et al. 1986).
Metabolism : Keseluruhan reaksi yang terjadi di dalam sel hidup.
Metabolisme terdiri atas 2 tipe proses yaitu:
Katabolisme : proses perombakan senyawa kompleks menjadi senyawa yang
lebih sederhana dan akan menghasilkan energi (elektron)
Anabolisme : proses penyusunan senyawa kompleks dari senyawa sederhana
untuk membangun struktur sel. Proses ini memerlukan energi.
-
Kategori Katabolisme
Fermentasi : suatu proses perombakan senyawa organik kompleks menjadi yang
lebih sederhana (namun umumnya belum monomer akhir) dengan akseptor
elektron terakhir adalah senyawa organik. Energi yang dihasilkan tidak maksimal
karena masih banyak energi yang terkandung dalam produk akhir yang belum
final.Contoh: Katabolisme glukosa menjadi etanol oleh yeast.
Respirasi aerobik : suatu proses perombakan senyawa organik kompleks menjadi
yang lebih sederhana dengan akseptor elektron terakhirnya adalah oksigen
bebas. Umumnya senyawa organik tersebut terurai sempurna menjadi H2O dand
CO2, sehingga energi yang dihasilkan maksimal.
Respirasi anaerobik : suatu proses perombakan senyawa organik kompleks
(kadang senyawa anorganik) menjadi yang lebih sederhana dengan akseptor
elektron terakhir adalah senyawa anorganik selain oksigen (contoh: nitrat, sulfat
dan carbonat). Energi yang dihasilkan lebih besar daripada fermentasi namun
lebih kecil daripada respirasi aerobik.
-
Metabolisme
-
Metabolisme Primer & Sekunder
Metabolisme primer didefinisikan sebagai bagian dari proses kimiawi yang umum terjadi pada setiap organisme dan manfaatnya (produknya) sangat dibutuhkan untuk kelangsungan hidup dan pertumbuhannya. Hasil intermediet ataupun hasil akhir dari jalur metabolisme primer disebut metabolit primer (Bentley & Bennet 1988).
Metabolisme sekunder, adalah sebagai suatu jalur metabolisme yang terjadi pada organisme spesifik dengan melibatkan metabolit primer (sebagai precursor), menghasilkan produk akhir atau intermediet (metabolit) yang sifatnya spesifik spesies baik dari sifat kimiawi maupun fungsinya dan biasanya tidak digunakan untuk pertumbuhan sel (Bentley & Bennet 1988). Sampai saat ini kita masih sukar untuk secara absolut mendefinisikannya, disebabkan keterkaitannya yang sangat erat dengan metabolisme primer. Sebagai dasar pemikirannya adalah bahwa proses metabolisme
sekunder tidak dapat berdiri sendiri (terlepas sama sekali dari metabolisme primer).
-
Metabolit Primer vs Sekunder
Met. Primer Met. Sekunder
Dihasilkan oleh semua jenis sel Dihasilkan oleh sel khusus
(spesifik)
Proses nya terjadi mandiri dan tidak
memerlukan met. sekunder
Proses nya melibatkan metabolit
primer sebagai prekursor
Produk masih diperlukan untuk
pertumbuhan &
perkembangbiakannya
Produk sudah tidak diperlukan lagi
untuk pertumbuhan dan
perkembangbiakannya
Produk bersifat umum Produk bersifat spesies spesifik dari
kimiawi & fungsinya
Disintesis selama hidup Disintesis pd kondisi pertumbuhan
terbatas atau kondisi kritis
Contoh: Glikolisis, Siklus Krebs, dll Contoh: Antibiotik