STRUKTUR SEL BAKTERI

STRUKTUR SEL BAKTERI

2.1 Struktur dan Fungsi Sel Bakteri

Sel berasal dari kata latincella. berarti ruangan kecil, yang ditemukan oleh Robert Hooke, pengamatan terhadap sayatan gabus (terdapat ruangan ruangan kecil yang menyusun gabus tsb). Secara struktural sel merupakan satuan terkecil makhluk hidup yang dapat melaksanakan kehidupan (tidak dapat dibagi-bagi lagi) atau merupakan unit terkecil penyusunmakhluk hidup.

Secara umum mikroorganisme dibedakan menjadi sel prokariotik dan sel eukariotik.Sel eukariotik terdiri dari protista, sel tumbuhan, fungi dan hewan.Sedangkan sel prokariotik terdiri dari monera, virus, bakteri.

Sebagian besar sel bakteri memiliki lapisan pembungkus sel, berupa membran plasma, dinding sel yang mengandung protein dan polisakarida.Sejumlah bakteri dapat membentuk kapsul dan lendir, juga flagela dan pili. Dinding selnya merupakan struktur yang kaku berfungsi membungkus dan melindungi protoplasma dari kerusakan akibat  faktor fisik dan menjada pengaruh lingkungan luar seperti kondisi tekanan osmotik yang rendah.

Protoplasma terdiri dari membran sitoplasma beserta komponen-komponen seluler yang ada di dalamnya.Beberapa jenis bakteri dapat membentuk endospore sebagai pertahanan dikala lingkungan tidak sesuai untuk pertumbuhannya.Struktur dinding sel dapat menentukan perbedaan tipe sel   bakteri, seperti bakteri Gram positif dan Gram-negatif.

 

Gambaran umum struktur sel bakteri

A.    Flagela dan Filamen Axial

Flagela merupakan filamen protein uliran (helical) dengan panjang dan

diameter yang sama, dimiliki oleh beberapa bakteri patogen untuk bergerak bebasdan cepat (pergerakan berenang). Flagela disusun oleh tiga bagian: filamen, hook(sudut), dan basal body (bagian dasar). Bagian dasar menancap pada membran plasma, disusun oleh suatu tangkai serta satu atau dua rangkaian cincin yangmengelilinginya dan berhubungan dengan membran plasma, peptidoglikan, dan padabakteri Gram-negatif berhubungan dengan membran luar pembungkus sel.

Berdsarkan jumlah dan lokasi pelekatan flagela, tipe flagela pada  sel bakterimenampakkan bentuk yang khas.Beberapa jenis bakteri seperti pada Pseudomonasmemiliki satu flagela pada bagian salah satu ujung sel yang disebut monotrik. Tipeflagela yang tersusun atas banyak flagela yang letaknya  pada satu ujung sel dikenalsebagai tipe lofotrik, sedangkan apabila letak flagella  pada kedua ujung seldinamakan tipe amfitrik. Kelompok  enterobakteri motil seperti Salmonella atauBacillus memiliki flagela yang tersebar pada seluruh permukaan sel, yang disebutperitrik. Jumlah flagela setiap jenis bakteri berbeda mulai dari sejumlah kecil padaEscherichia coli sampai beberapa ratus per sel, seperti pada Proteus.

Gambar beberapa tipe flagel pada sel bakteri

Fungsi utama flagela pada bakteri adalah sebagai alat untuk pergerakan. Flagela bukan  merupakan alat untuk pertahanan hidup. Flagela dapat dipisahkandengan guncangan atau dengan putaran dalam alat pengocok seperti sentrifuga.Seltetap hidup dan memperoleh motilitas dengan pertumbuhan kembali flagela.Selbakteri berflagela dapat menghampiri sumber nutrisi dan menghindari racun denganmenghampiri suatu kemoatraktan atau meninggalkan senyawa yang tidak diinginkan.Pergerakan sel oleh flagela mendorong sel dengan putaran melingkar searahsumbu panjangnya, seperti baling-baling.Putaran flagela dikuatkan oleh arus listrik. Fungsi flagela dibangun oleh  respon kemotaktik, menunjukkan suatu sistem regulasi sensori umpan balik. Flagela ganda memutar berlawanan dengan arah jarumjam untuk membentuk suatu berkas yang terkoordinir dan efek pergerakan selumumnya ke arah nutrisi (kemotaksis positif). Pengaruh adanya senyawa yang tidakdiinginkan,menyebabkan koordinasi menjadi hilang, berkas flagela mengalamikekacauan, dan sel berputar dan cenderung menjauhi senyawa tersebut. Koordinasifungsi flagela melibatkan kemoreseptor, yang disebut “protein pengikatperiplasmik”,  yang berinteraksi dalam transpor membran. Koordinasi pergerakan flagela juga melibatkan proses metilasi suatu protein membran plasma spesifik.Adanya kemoatraktan, proses metilasi protein tersebut meningkat, sebaliknya denganadanya racun/senyawa yang tidak diinginkan, proses metilasi menurun.

Pada beberapa kelompok bakteri spiroket seperti Treponema, Leptospira, danBorrelia, bergerak dengan suatu gelombang uliran berjalan, suatu tipe gerakan seluntuk menembus medium kental. Bakteri tersebut memiliki filamen axial yangserupa flagela yang melilit mengelilingi sel. Filamen tersebut terdapat dalam daerahperiplasma  di antara membran luar dan membran dalam sel. Treponemamicrodentium membentuk dua filamen dalam setaip selnya, T. reiteri membentukenam sampai delapan,  dan beberapa spesies membentuk lebih banyak filamen. 

Gambar struktur flagela bakteri Escherichia coli

B.     Mikrofibril: Fimbria dan Pili Seks (Adhesin, Lektin, Evasin, dan gressin)

Fimbria, disebut jua pili dapat diamati dengan mikroskop elektron padapermukaan beberapa jenis sel bakteri. Fimbria merupakan mikrofibril   berupa rambut berukuran 0,004 – 0,008 µm,.Fimbria lebih lurus, lebih tipis dan lebih pendekdibandingkan dengan flagela.Struktur fimbria serupa dengan flagela, disusun olehgabungan monomer, membentuk rantai yang berasal dari membran plasma.Salahsatu bakteri yang memiliki banyak fimbria, dapat menginfeksi saluran urin. Selberfimbria melekat kepada ruang antar sel, permukaan hidrofobik, dan reseptor spesifik. Fungsi fimbria dianggap membantu bakteri untuk bertahan hidup danberinteraksi dengan inang. Fungsi fimbria, di antara komponen permukaan selbakteri yang lainnya, dapat dianggap memiliki aktivitas fungsional seperti  adhesin,lektin, evasin, agresin, dan pili seks. Pada bakteri patogen yang menyebabkaninfeksi, fimbria dan komponen permukaan lainnya dapat berperan sebagai faktor pelekat spesifik, yang disebut adhesin.Spesifisitas perlekatan fimbria dapatmenyebabkan bakteri menempel dan berkoloni pada jaringan inang spesifik. Fimbria987P, K88, K99 pada strain E. coli enteropatogen (penyebab diarhe) berfungsi untuk kolonisasi dalam usus babi dan anak sapi.

Pada beberapa jenis bakteri, permukaan sel memiliki protein membran. Protein membran pada Streptococcus pyogenes grup A, diketahui sebagai factor virulensi, berperan sebagai faktor pelekat (adhesin) pada proses kolonisasi padafaring, perlekatan tidak terjadi jika protein membran dinetralisasi oleh antiserumspesifik, dapat mencegah fagositosis ( berperan sebagai suatu evasin) dan akhirnyaberperan sebagai leukosidal (berperan sebagai agresin atau toxin). Fimbria lain yangmasuk kelompok protein disebut lektin, ditemukan pada hewan dan tumbuhan, yangberikatan dengan gula spesifik pada permukaan sel. Sebagai contoh, perlekatanfimbria E. coli dan Shigella flexneri terhadap sel darah merah dan jaringan (epitelusus) secara spesifik dihambat oleh D-manosa dan D-metilmanosida. Pada bebrapajenis bakteri seperti pada Pseudomonas aeruginosa memiliki fmbria spesifik untukmengikat metil-D-galaktosa,  L-fruktosa atau D-mannosa pada Vibrio cholerae dansuatu oligosakarida mengandung D-galaktosa pada  Neisseria gonorrhoeae. Fimbria strain N. gonorrhoeae yang berbeda memperlihatkan variasiantigenik yang sangat besar. Hal ini terjadi karena variasi unit monomer fimbria yangdisusun oleh domain peptida terminal antigenik variabel dan menyimpan suatudomain peptida non-antigenik., domain peptida non-antigenik dapat dapat bersifatantigenik hanya pada saat diisolasi dengan senyawa kimia. Variabilitas antigenik darifimbria gonococcus nampaknya merupakan tipe lain dari fenomena penolakan sistemimun inang melalui variasi antigenik parasit. Berdasarkan hal tersebut, fimbriagonococcus disebut evasin.

Mikrofibril bakteri Gram-negatif, sering disebut pili umum (fimbria) atausebagai pili seks.  Mikrofibril terdapat secara bebas atau secara simultan   pada sel yang sama. Pada permukaan sel  tersebar sekitar100 – 200 fimbria, hanya 1- 4 piliseks ditemukan pada daerah tertentu. Pili seks  berfungsi untuk mendeteksi adanyaantigen spesifik  atau diduga untuk meng-inaktifkan bakteriofaga tertentu, yangmenempel secara spesifik pada pili seks. Faga RNA spesifik menempel sepanjangfilamen pili seks, sedangkan faga DNA berbentuk filamen menempel pada ujung pili.Struktur mikrofibril juga dapat dilibatkan dalam meluncur dan gerak kedutan lambatpada bakteri yang tidak berflagel (translokasi permukaan).

Gambar (A) Pengamatan mikroskop electron struktur pili yangnampak berbeda dari flagel pada bakteri E. coli  (B) pili seks padabakteri E. coli  ketika konjugasi antar dua sel.

C.    Selubung Sel

Selubung sel bakteri terdiri dari membran plasma, dinding sel serta protein khusus atau polisakarida dan beberapa bahan pelekat luar. Komponen selubung selsebagai lapisan pelindung yang tersusun atas beberapa lapis sel yang umum terdapatpada sel bakteri,  tersusun dari 20% atau lebih dari berat kering sel. Selubung selbakteri mengandung daerah transpor untuk nutrisi dan daerah reseptor untuk virusbakteri dan bakteriosin, mempermudah interaksi inang-parasit, disamping itu sebagaitempat reaksi komplemen dan antibodi, dan sering mengandung komponen toksik untuk inang.

D.    Kapsul

Virulensi patogen  sering berhubungan dengan produksi kapsul. Strain virulen Pneumococcus menghasilkan polimer kapsuler yang melindungi bakteri dari fagositosis. Bakteri tersebut membentuk koloni mukoid atau cair (tipe M)  atau koloni halus (tipe S) pada medium padat dan sebaliknya strain kasar (tipe R ) tidak  membentuk kapsul. Hilangnya kemampuan untuk membentuk kapsul melalui mutasi berhubungan dengan  kehilangan virulensi dan kerusakan oleh fagosit tapi tidak mempengaruhi kelangsungan hidup bakteri.

Bentuk kapsul yang kental yang cenderung melekat kepada sel, sedangkanlendir dan polimer ekstraseluler lebih mudah tercuci.Kapsul lebih mudah dilihat dengan pewarnaan negatif.Di bawah mikroskop, dalam campuran tinta India kapsul kelihatan lebih terang mengelilingi sel. Kapsul juga dapat diwarnai secara khusus.Sel bakteri yang tidak membentuk kapsul dan secara serologi dapat bereaksi dengan serum antikapsul, dikatakan menghasilkan mikrokapsul.

Gambar  Struktur kapsul pada sel bakteri dilihat dengan mikroskop cahaya

E.     Dinding Sel

Dinding sel, ditemukan pada semua bakteri  hidup bebas kecuali pada Mycoplasma. Dinding sel berfungsi melindungi kerusakan sel dari lingkungan bertekanan osmotik rendah dan memelihara  bentuk sel. Hal ini dapat diperlihatkanmelalui plasmolisis, dengan mengisolasi partikel selubung sel setelah sel bakterimengalami kerusakan secara mekanik, atau dengan penghancuran oleh  lisozim. Jikaseluruh sel atau selubung sel diisolasi kemudian diberi lisozim, partikel dinding selbakteri (bukan archeabakteria) dapat lisi dengan perlakuan lisozim tersebut danmembentuk protoplast (Bakteri Gram positif) dan spheroplas (Bakteri Gram negatif).Komponen kaku dinding sel eubakteria patogen adalah suatu makromolekulraksasa berbentuk kantung tunggal atau sakulus, disusun oleh jaringan hubunganlintaspeptidoglikan (murein).Murein dan komponen yang berhubungan terdapat sekitar 2-40% dari berat kering sel. Komponen glikan disusun oleh dua gula amino,glukosamin dan asam muramat.

F.     Membran Sitoplasma

Merupakan struktur tipis dibawah dinding sel dan membungkus sitoplasma sel, tersusun atas fosfolipid dan protein membentuk struktur fosfolipid bilayeryang terdiri dari bagian “kepala dan ekor”.Bagian kepala tersusun dari fosfat dan gliserol sehingga bersifat hidofil (polar dan larut air), bagian ekor tersusun dari asam lemak sehingga bersifat hidrafob (non polar dan tidak larut air).Gugus polar dalam kedua permukaan dan gugus non polar pada bagian bilayer.Membran sitoplasma tidak mengandung sterol, sehingga kurang “rigid” daripada membrane eukariotik.Membran Sitoplasma berfungsi sebagai membran selektif permiabel (semipermiabel) yaitu barrier selektif terhadap bahan atau materi yang masuk dan keluar sel.

            Pertukaran sel melalui membran sel melalui proses :

1.      Proses pasif (passive process), meliputi :

§  Simple diffusion

§  Facilitated diffusion

§  Osmosis

2.      Proses aktif (active process)

§  Active transport

§  Translokasi gugus

G.    Sitoplasma

Sitoplasma merupakan substansi sel dalam membran plasma, tersusun dari air (80%), protein, kerbohidrat, lipid, ion anorganik, senyawa dengan berat molekul rendah.Sitoplasma bersifat tebal, aqueous, semitransparan dan elastis. Organel ini tersusun dari :

§  Nuclear area atau nucleoid : mengandung benang DNA (kromosom).

§  Ribosom : Organel bermembran sebagai tempat sintesa protein.

§  Inclusion : Organel reverse deposit sebagai tempat akumulasi nutrient dalam jumlah banyak dan digunakan bila defisiensi faktor lingkungan. Contoh granula metakromatik (volutin), granula polisakarida, lipid incusion, sulfur granules, caboxysome (gas vaculole), magnetosome.

Komponen sitoplasma :

1.      Materi   Inti  (Bahan nukleus)

Materi  inti suatu sel bakteri terdisi dari DNA dan RNA.  DNA bakteri dapatditentukan sebagai nukleoid  atau badan kromatin dengan mikroskop cahaya dan pewarnaan Feulgen. Teknik  pewarnaan langsung terhadap materi inti, badan kromatin sulit dilihat karena RNA berkonsentrasi tinggi, yang dapat dihilangkan dengan  pemberian ribonuklease sebelumnya. Badan kromatin dapat dilihat pada semua tahap siklus pertumbuhan. Materi inti bila dilihat dengan mikroskop elektron  menampakkan materi inti sebagai suatu jaring DNA, tidak teratur, seringkali merupakan kumpulan parallel terhadap sumbu sel. Suatu penempelan langsung kepada membran kadang-kadang terlihat nyata. Selama perbanyakan sel, DNA bakteri tetap sebagai jaring kromatin yang tersebar dan tidak pernah berkumpul untuk membentuk suatu   kromosom yang tampak jelas selama pembelahan sel, sifat sebaliknya dari kromosom  eukariot. Pada saat sel bakteri  dihancurkan secara hati-hati, kromosom bakteri dapat dilihat dengan radioautograf sebagai suatu molekul sirkuler. Meskipun DNA bakteri  hanya  2-3% berat sel, tapi menempati 10% atau lebih volume sel.

2.      Ribosom.

Ribosom merupakan suatu partikel sitoplasma, bila diamati di bawahmikroskop elektron, terlihat suatu partikel sitoplasma kecil.Ribosom terdapat dalampadatan sesudah protoplas setelah sel bakteri dirusak dengan sentrifugasi 100.000 g.Ribosom bakteri berukuran 70S (800 KDa), dan dapat dipisahkan menjadi subunit 30S dan 50S.  Subunit 30S mengandung RNA 16S,  sedangkan subunit 50S mengandung RNA 23S dan 5S. Kumpulan poliribosom-membran mengandung semua komponen sistem pensintesis-protein; poliribosom merupakan rantai ribosom 70S (monomer) menempel kepada mRNA. Jumlah ribosom bervariasi sesuai dengan kondisi pertumbuhan:  sel tumbuh-cepat dalam medium yang sesuai, mengandung lebih banyak ribosom dibandingkan dengan sel tumbuh-lambat dalam medium yang kurang memadai. Protein  mirip-histon saat ini sudah ditemukan dalam jumlah yang kecil berhubungan dengan DNA E. coli. Pada bakteri, juga telah diketahui adanya poliamin, seperti putreskin dan spermidin.

3.      Granula Sitoplasma

Granula, diidentifikasi dengan prosedur pewarnaan yang sesuai, menandakanadanya pengumpulan cadangan makanan termasuk polisakarida, lemak, atau polifosfat.Granula bervariasi menurut tipe medium dan tempat fungsional sel. Glikogen merupakan bahan cadangan utama dari bakteri enterik (40% dari berat sel pada beberapa spesies). Dengan cara yang sama, pada beberapa spesies Bacillus dan Pseudomonas granula ini terdiri dari 30% atau lebih dari berat bakteri, tersimpan sebagai poli-(ß-hidroksibutirat. Dengan pewarnaan metakromatik, polifosfat, juga dikenal sebagai Babes-Ernst atau granula volutin, terdapat pada Corynebacteriumdiphtheriae,Yersiniapestis,  Mycobacterium  tuberculosis, dan yang lainnya. Pewarnaan granula volutin dalam berbagai warna, nampak berbeda mulai dari merah sampai biru (contoh, secara metakromatik), dengan toluidin dan metilen biru.

F.     Vakuola gas

Dengan mengatur jumlah gas dalam vakuola gasnya, bakteri dapat meningkatkan atau mengurangi kepadatan sel bakteri itu sendiri secara keseluruhan dan bergerak ke atas atau bawah dalam air.

G.    Endospora

Endospora tahan terhadap berbagai jenis larutan kimia, dan keadaan lingkungan yang tidak baik.Endospora adalah spora yang terbentuk pada saat bakteri berada dalam kondisi yang tidak menguntungkan. Endospora ini akan melindungi bakteri dari cuaca ekstrimperbedaannya dengan spora biasa adalah spora biasa biasanya digunakan sebagai alat perkembangbiakan vegetatif.

H.    Mesosoma

Membran sel pada sel prokariot mengalami pelekukan ke arah dalam membentuk struktur yang disebut mesosome (mesosom). Mesosom berfungsi sebagai tempat terjadinyarespirasisel sehingga dihasilkan energi yang akan digunakan untuk aktifitas di dalam sel.

I.       Ribosom

Ribosom merupakan suatu partikel sitoplasma, bila diamati di bawahmikroskop elektron, terlihat suatu partikel sitoplasma kecil.Ribosom terdapat dalampadatan sesudah protoplas setelah sel bakteri dirusak dengan sentrifugasi 100.000 g.Ribosom bakteri berukuran 70S (800 KDa), dan dapat dipisahkan menjadi subunit 30S dan 50S.  Subunit 30S mengandung RNA 16S,  sedangkan subunit 50S mengandung RNA 23S dan 5S. Kumpulan poliribosom-membran mengandung semua komponen sistem pensintesis-protein; poliribosom merupakan rantai ribosom 70S (monomer) menempel kepada mRNA. Jumlah ribosom bervariasi sesuai dengan kondisi pertumbuhan:  sel tumbuh-cepat dalam medium yang sesuai, mengandung lebih banyak ribosom dibandingkan dengan sel tumbuh-lambat dalam medium yang kurang memadai. Protein  mirip-histon saat ini sudah ditemukan dalam jumlah yang kecil berhubungan dengan DNA E. coli. Pada bakteri, juga telah diketahui adanya poliamin, seperti putreskin dan spermidin.