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.
