Kuliah 9PERTUMBUHAN & PEMBELAHAN SEL

FARMASI – UHAMKA2013

Priyo Wahyudi

PERTUMBUHAN & PEMBELAHAN SEL

a. Bentuk selb.Pemanjangan, pembelahanc. Faktor-faktor yang mempengaruhi

pertumbuhan (oksigen, nutrisi, pH, temperatur, osmolaritas)

Figure 27.0 Bacteria on the point of a pin

Bacterial Morphology

• Macroscopic/ Colonial morphology– Colony’s characteristics:

• Colony’s Shape, Size, Edge/ Margin, Chromogenesis/ pigmentation, Opacity, Elevation, Surface, Consistency, Emulsifiability, Odor

– Observed on an agar plate

• Microscopic morphology– Cellular morphology:

• Cell’s Shape, Size, Arrangement, Ultra-structure– Observed under the microscope

Colonial Morphology• Shape• Edge• Elevation • Size• Chromogenesis• Opacity• Surface• Consistency• Emulsifiability• Odor

Shape Edge Elevation

Bacillus subtilisColony shape and size: irregularMargin (edge): undulate (wavy)Elevation: umbonateColor: white, dullTexture: dry (or rough).

Staphylococcus aureusColony shape and size: circularMargin (edge): entireElevation: corvexColor: yellowTexture: butyrous (buttery)

Bentuk Sel Bakteri1. Bulat /Coccus

Bentuk Sel Bakteri2. Batang / Basil

Bentuk Sel Bakteri3. Spiral

Figure 27.3 The most common shapes of prokaryotes

* * *

spherical (coccus or cocci)

rod-like (bacillus or bacilli)

helical (spirillum or spirilla)

Bentuk Sel Bakteri

Bentuk Sel Bakteri

Bacillus:

* Rod-shaped

Coccus:

* Sphere-shaped

Spirillum:

* Spiral-shaped

Bacteria Arrangements

Diplo – paired cells

diplococci

Strepto – chained cells

streptococci

Staphylo – clustered cells

staphylococci

Pertumbuhan Bakteri• Binary Fission• Kurva Pertumbuhan Bakteri• Pengukuran Pertumbuhan

– Pengukuran Masa Sel– Pengukuran Jumlah Sel

• Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan– pH– Suhu– Aw– Oksigen

16

Binary Fission

17

Binary Fission

Binary Fission

Kurva Pertumbuhan Bakteri

20

Waktu

Jum

lah

sel h

idup

Lag

Eksp

onen

sial

(Log

aritm

ik)

StasionerKem

atian

Kurva Pertumbuhan Bakteri

21

1. Fase Lag• Merupakan fase adaptasi bagi mikroba yang berada pada

lingkungan baru. Terjadi sesaat setelah inokulasi sel mikroba ke dalam medium yang baru. Jumlah selnya belum berubah, karena belum terjadi perbanyakan/pembelahan sel. Namun demikian, sel melakukan pertumbuhan (perbesaran) baik ukuran dan volume, mensintesis ensim, protein dan peningkatan aktivitas metabolik, dll yang diperlukan untuk tahap pembelahan sel.

• Lama fase lag tergantung : jumlah inokulum, waktu recover dari kerusakan fisik atau shock saat transfer, waktu yang diperlukan untuk mensintesis koensim esensial atau faktor pembelahan sel, waktu yang diperlukan untuk mensintesis enzim baru (inducible) yang diperlukan untuk memetabolis substrat yang ada di medium.

Kurva Pertumbuhan Bakteri

22

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

23

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 dan membentuk spora

Kurva Pertumbuhan Bakteri

24

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

25

Pengukuran Masa Sel

1. Pengukuran Langsung1. 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 langsung1. Pengukuran aktivitas kimiawi seperti laju konsumsi atau

produksi O2 production or consumption, produksi CO2 dll

Pengukuran Pertumbuhan Bakteri

26

Penghitungan 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). Teknik ini dilakukan dengan menuang plating out (spreading) sampel pada permukaan medium agar. Sampel dapat dilarutkan dengan tingkat pengenceran yang memungkinkan terhitungnya koloni bakteri yang tumbuh pada medium agar. Jumlah bakteri yang tumbuh pada medium agar dihitung dan disebut sebagai colony forming unit (cfu).

Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan Bakteri

27

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

1. pH

• 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

Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan Bakteri

29

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

Laju

per

tum

buha

n re

latif

Nilai pH71 12

Mikroorganisme pH Minimum pH Optimum pH MaximumThiobacillus thiooxidans 0.5 2.0-2.8 4.0-6.0Sulfolobus acidocaldarius 1.0 2.0-3.0 5.0Bacillus acidocaldarius 2.0 4.0 6.0Zymomonas lindneri 3.5 5.5-6.0 7.5Lactobacillus acidophilus 4.0-4.6 5.8-6.6 6.8Staphylococcus aureus 4.2 7.0-7.5 9.3Escherichia coli 4.4 6.0-7.0 9.0Clostridium sporogenes 5.0-5.8 6.0-7.6 8.5-9.0Erwinia caratovora 5.6 7.1 9.3Pseudomonas aeruginosa 5.6 6.6-7.0 8.0Thiobacillus novellus 5.7 7.0 9.0Streptococcus pneumoniae 6.5 7.8 8.3Nitrobacter sp 6.6 7.6-8.6 10.0

30

Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan Bakteri

31

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

32

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

33

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

34

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 diberikan pada mikroorganisme yang dapat hidup di lingkungan yang berkadar gula tinggi.

• Istilah Xerofilik diberikan pada mikroorganisme yang hidup di lingkungan kering (gurun pasir, tepung).

• Konsep penurunan Aw merupakan salah satu cara untuk mencegah pertumbuhan bakteri diaplikasikan pada proses pengawetan makanan dengan cara pengeringan (sinar matahari atau evaporasi) atau dengan penambahan gula atau garam dalam konsentrasi tinggi.

Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan Bakteri

35

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

36

4. 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

37

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