Bakteri

Bakteri (dari kata Latin bacterium; jamak: bacteria) adalah kelompok organisme yang tidak memiliki membran inti sel. Organisme ini termasuk ke dalam domain prokariota dan berukuran sangat kecil (mikroskopik), serta memiliki peran besar dalam kehidupan di bumi. Beberapa kelompok bakteri dikenal sebagai agen penyebab infeksi dan penyakit, sedangkan kelompok lainnya dapat memberikan manfaat dibidang pangan, pengobatan, dan industri. Struktur sel bakteri relatif sederhana: tanpa nukleus/inti sel, kerangka sel, dan organel-organel lain seperti mitokondria dan kloroplas. Hal inilah yang menjadi dasar perbedaan antara sel prokariot dengan sel eukariot yang lebih kompleks. Bakteri merupakan organisme yang paling banyak jumlahnya dan lebih tersebar luas dibandingkan mahluk hidup yang lain .
Bakteri memiliki ratusan ribu spesies yang hidup di darat hingga lautan dan pada tempat-tempat yang sangat ekstrim.

Bakteri dapat ditemukan di hampir semua tempat: di tanah, air, udara, dalam simbiosis dengan organisme lain maupun sebagai agen parasit (patogen), bahkan dalam tubuh manusia. Pada umumnya, bakteri berukuran 0,5-5 μm, tetapi ada bakteri tertentu yang dapat berdiameter hingga 700 μm, yaitu Thiomargarita. Mereka umumnya memiliki dinding sel, seperti sel tumbuhan dan jamur, tetapi dengan bahan pembentuk sangat berbeda (peptidoglikan). Beberapa jenis bakteri bersifat motil (mampu bergerak) dan mobilitasnya ini disebabkan oleh flagel.

Ciri-ciri Bakteri

Bakteri memiliki ciri-ciri yang membedakannnya dengan mahluk hidup lain yaitu :

1. Organisme multiselluler
2. Prokariot (tidak memiliki membran inti sel )
3. Umumnya tidak memiliki klorofil
4. Memiliki ukuran tubuh yang bervariasi antara 0,12 s/d ratusan mikron umumnya memiliki ukuran rata-rata 1 s/d 5 mikron.
5. Memiliki bentuk tubuh yang beraneka ragam
6. Hidup bebas atau parasit
7. Yang hidup di lingkungan ekstrim seperti pada mata air panas,kawah atau gambut dinding selnya tidak mengandung peptidoglikan
8. Yang hidupnya kosmopolit diberbagai lingkungan dinding selnya mengandung peptidoglikan




Sejarah

Bakteri merupakan organisme mikroskopik. Hal ini menyebabkan organisme ini sangat sulit untuk dideteksi, terutama sebelum ditemukannya mikroskop. Barulah setelah abad ke-19 ilmu tentang mikroorganisme, terutama bakteri (bakteriologi), mulai berkembang. Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan, berbagai hal tentang bakteri telah berhasil ditelusuri. Akan tetapi, perkembangan tersebut tidak terlepas dari peranan berbagai tokoh penting seperti Robert Hooke, Antoni van Leeuwenhoek, Ferdinand Cohn, dan Robert Koch. Istilah bacterium diperkenalkan di kemudian hari oleh Ehrenberg pada tahun 1828, diambil dari kata Yunani βακτηριον (bakterion) yang memiliki arti "batang-batang kecil".Pengetahuan tentang bakteri berkembang setelah serangkaian percobaan yang dilakukan oleh Louis Pasteur, yang melahirkan cabang ilmu mikrobiologi. Bakteriologi adalah cabang mikrobiologi yang mempelajari biologi bakteri.

Robert Hooke (1635-1703), seorang ahli matematika dan sejarahwan berkebangsaan Inggris, menulis sebuah buku yang berjudul Micrographia pada tahun 1665 yang berisi hasil pengamatan yang dilakukan dengan menggunakan mikroskop sederhana. Akan tetapi, Robert Hooke masih belum dapat menumukan struktur bakteri. Dalam bukunya tersebut, tergambar hasil penemuannya mengenai tubuh buah kapang. Walau demikian, buku inilah yang menjadi sumber deskripsi awal dari mikroorganisme.

Antoni van Leeuwenhoek (1632—1723) hidup di era yang sama dengan Robert Hooke di mana pengamatan dengan mikroskop masih sangat sederhana. Terinspirasi dari kerja Robert Hooke, ia membuat mikroskop rancangannya sendiri dengan sangat baik untuk mengamati makhluk mikroskopik ini pada berbagai media alami pada tahun 1684. Antoni van Leeuwenhoek berhasil menemukan bakteri untuk pertama kalinya di dunia pada tahun 1676. Hasil temuannya dikirimkan ke Royal Society of London yang kemudian dipublikasikan pada tahun 1684. Penemuan ini segera mendapat banyak konfirmasi dari ilmuwan lainnya. Sejak saat itulah, tidak hanya ilmu tentang bakteri tetapi juga mikroorganisme pada umumnya pun mulai berkembang.

Ferdinand Cohn (1828-1898) merupakan seorang botanis berkebangsaan Breslau (sekarang Polandia). Hasil penemuannya banyak berkisar tentang bakteri yang resisten terhadap panas. Ketertarikannya pada kelompok bakteri ini mengarahkannya pada penemuan kelompok bakteri penghasil endospora yang resisten terhadap suhu tinggi. Ferdinand Cohn juga berhasil menjelaskan siklus hidup bakteri Bacillus yang sekaligus menjelaskan mengapa bakteri ini bersifat tahan panas. Selanjutnya, ia juga membuat dasar klasifikasi bakteri sederhana dan mengembangkan beberapa metode untuk mencegah kontaminasi pada kultur bakteri, seperti penggunaan kapas sebagai penutup pada labu takar, erlenmeyer, dan tabung reaksi. Metode ini kemudian digunakan oleh ilmuwan lain, Robert Koch.

Robert Koch (1843-1910), seorang ahli fisika berkebangsaan Jerman, banyak melakukan penelitian mengenai penyakit yang disebabkan oleh infeksi bakteri. Ilmuwan pada awalnya mempelajari penyakit antraks yang banyak menyerang hewan ternak. Penyakit ini disebabkan oleh Bacillus anthracis, salah satu bakteri penghasil endospora. Robert Koch juga merupakan orang pertama yang berhasil mendapatkan isolat murni Mycobacterium tuberculosis, bakteri penyebab penyakit tuberkulosis. Berdasarkan dua penelitian mengenai penyakit ini, Robert Koch berhasil membuat Postulat Koch, sebuah teori mengenai mikroorganisme spesifik untuk penyakit yang spesfik. Beliau juga berhasil menemukan metode untuk mendapatkan isolat murni dari bakteri. Penemuan lainnya adalah penggunaan media kultur padat untuk menumbuhkan bakteri di luat habitat aslinya. Pada awalnya ia menggunakan potongan kentang dan kemudian dikembangkan dengan menggunakan nutrien gelatin. Penggunaan nutrien gelatin masih memiliki banyak kekurangan yang pada akhirnya penggunaanya digantikan dengan agar (sejenis polisakarida) yang digagas oleh istri Walter Hesse yang juga bekerja bersama Robert Koch.

Struktur sel



Struktur sel bakteri

Struktur dasar bakteri :

1. Dinding sel tersusun dari peptidoglikan yaitu gabungan protein dan polisakarida (ketebalan peptidoglikan membagi bakteri menjadi bakteri gram positif bila peptidoglikannya tebal dan bakteri gram negatif bila peptidoglikannya tipis).

2. Membran plasma adalah membran yang menyelubungi sitoplasma tersusun atas lapisan fosfolipid dan protein.

3. Sitoplasma adalah cairan sel.

4. Ribosom adalah organel yang tersebar dalam sitoplasma, tersusun atas protein dan RNA.

5. Granula penyimpanan, karena bakteri menyimpan cadangan makanan yang dibutuhkan.

Struktur tambahan bakteri :

1. Kapsul atau lapisan lendir adalah lapisan di luar dinding sel pada jenis bakteri tertentu, bila
lapisannya tebal disebut kapsul dan bila lapisannya tipis disebut lapisan lendir. Kapsul dan lapisan lendir tersusun atas polisakarida dan air.

2. Flagelum atau bulu cambuk adalah struktur berbentuk batang atau spiral yang menonjol dari dinding sel.

3. Pilus dan fimbria adalah struktur berbentuk seperti rambut halus yang menonjol dari dinding sel, pilus mirip dengan flagelum tetapi lebih pendek, kaku dan berdiameter lebih kecil dan tersusun dari protein dan hanya terdapat pada bakteri gram negatif. Fimbria adalah struktur sejenis pilus tetapi lebih pendek daripada pilus.

4. Klorosom adalah struktur yang berada tepat dibawah membran plasma dan mengandung pigmen klorofil dan pigmen lainnya untuk proses fotosintesis. Klorosom hanya terdapat pada bakteri yang melakukan fotosintesis.

5. Vakuola gas terdapat pada bakteri yang hidup di air dan berfotosintesis.

6. Endospora adalah bentuk istirahat (laten) dari beberapa jenis bakteri gram positif dan terbentuk didalam sel bakteri jika kondisi tidak menguntungkan bagi kehidupan bakteri. Endospora mengandung sedikit sitoplasma, materi genetik, dan ribosom. Dinding endospora yang tebal tersusun atas protein dan menyebabkan endospora tahan terhadap kekeringan, radiasi cahaya, suhu tinggi dan zat kimia. Jika kondisi lingkungan menguntungkan endospora akan tumbuh menjadi sel bakteri baru.

Seperti prokariot (organisme yang tidak memiliki membran inti) pada umumnya, semua bakteri memiliki struktur sel yang relatif sederhana. Sehubungan dengan ketiadaan membran inti, meteri genetik (DNA dan RNA) bakteri melayang-layang di daerah sitoplasma yang bernama nukleoid. Salah satu struktur bakteri yang penting adalah dinding sel. Bakteri dapat diklasifikasikan dalam dua kelompok besar berdasarkan struktur dinding selnya, yaitu bakteri gram negatif dan bakteri gram positif. Bakteri gram positif memiliki dinding sel yang tersusun dari lapisan peptidoglikan (sejenis molekul polisakarida) yang tebal dan asam teikoat, sedangkan bakteri gram negatif memiliki lapisan peptidoglikan yang lebih tipis dan mempunyai struktur lipopolisakarida yang tebal. Metode yang digunakan untuk membedakan kedua jenis kelompok bakteri ini dikembangkan oleh ilmuwan Denmark, Hans Christian Gram pada tahun 1884.

Banyak bakteri memiliki struktur di luar sel lainnya seperti flagel dan fimbria yang digunakan untuk bergerak, melekat dan konjugasi. Beberapa bakteri juga memiliki kapsul yang beperan dalam melindungi sel bakteri dari kekeringan dan fagositosis. Struktur kapsul inilah yang sering kali menjadi faktor virulensi penyebab penyakit, seperti yang ditemukan pada Escherichia coli dan Streptococcus pneumoniae. Bakteri juga memiliki kromosom, ribosom, dan beberapa spesies lainnya memiliki granula makanan, vakuola gas, dan magnetosom. Beberapa bakteri mampu membentuk diri menjadi endospora yang membuat mereka mampu bertahan hidup pada lingkungan ekstrim. Clostridium botulinum merupakan salah satu contoh bakteri penghasil endospora yang sangat tahan suhu dan tekanan tinggi, dimana bakteri ini juga termasuk golongan bakteri pengebab keracunan pada makanan kaleng.

Morfologi bakteri


Berbagai bentuk tubuh bakteri

Berdasarkan bentuknya, bakteri dibagi menjadi tiga golongan besar, yaitu:

    • Kokus (Coccus) dalah bakteri yang berbentuk bulat seperti bola dan mempunyai beberapa variasi sebagai berikut:
      • Mikrococcus, jika kecil dan tunggal
      • Monokokus, yaitu berupa sel bakteri kokus tunggal
      • Diplococcus, jka berganda dua-dua yaitu dua sel bakteri kokus berdempetan
      • Tetracoccus, jika bergandengan empat yaitu empat sel bakteri kokus dan membentuk bujur sangkar
      • Sarcina, jika bergerombol yaitu delapan sel bakteri kokus berdempetan membentuk kubus

§ Staphylococcus, jika bergerombol yaitu lebih dari empat sel bakteri kokus berdempetan seperti buah anggur


    • Basil (Bacillus) adalah kelompok bakteri yang berbentuk batang atau silinder, dan mempunyai variasi sebagai berikut:
      • Monobacillus, yaitu berupa sel bakteri basil tunggal
      • Diplobacillus, yaitu berupa dua sel bakteri basil berdempetan jika bergandengan dua-dua,
      • Streptobacillus, yaitu berupa beberapa sel bakteri basil jika bergandengan membentuk rantai


    • Spiral (Spirilum) adalah bakteri yang berbentuk lengkung dan mempunyai variasi sebagai berikut:
      • Vibrio, (bentuk koma), jika lengkung kurang dari setengah lingkaran (bentuk koma)
      • Spiral, jika lengkung lebih dari setengah lingkaran
      • Spirochete, jika lengkung membentuk struktur yang fleksibel.

Bentuk tubuh/morfologi bakteri dipengaruhi oleh keadaan lingkungan, medium, dan usia. Walaupun secara morfologi berbeda-beda, bakteri tetap merupakan sel tunggal yang dapat hidup mandiri bahkan saat terpisah dari koloninya.

Alat gerak

Gambar alat gerak bakteri: A-Monotrik; B-Lofotrik; C-Amfitrik; D-Peritrik;

Alat gerak pada bakteri berupa flagellum atau bulu cambuk adalah struktur berbentuk batang atau spiral yang menonjol dari dinding sel. Flagellum memungkinkan bakteri bergerak menuju kondisi lingkungan yang menguntungkan dan menghindar dari lingkungan yang merugikan bagi kehidupannya. Banyak spesies bakteri yang bergerak menggunakan flagel. Bakteri yang tidak memiliki alat gerak biasanya hanya mengikuti pergerakan media pertumbuhannya atau lingkungan tempat bakteri tersebut berada. Sama seperti struktur kapsul, flagel juga dapat menjadi agen penyebab penyakit pada beberapa spesies bakteri. Berdasarkan tempat dan jumlah flagel yang dimiliki, bakteri dibagi menjadi lima golongan, yaitu:

· Atrik, tidak mempunyai flagel

· Monotrik, mempunyai satu flagel pada salah satu ujungnya.

· Lofotrik, mempunyai sejumlah flagel pada salah satu ujungnya.

· Amfitrik, mempunyai satu flagel pada kedua ujungnya.

· Peritrik, mempunyai flagel pada seluruh permukaan tubuhnya.

Reproduksi Bakteri :

Bakteri umumnya melakukan reproduksi atau berkembang biak secara aseksual (vegetatif = tak kawin) dengan membelah diri.

  • Pembelahan sel pada bakteri adalah pembelahan biner yaitu setiap sel membelah menjadi dua.
  • Pembelahan ini juga sering disebut pembelahan Amitosis .
  • Apa maksudnya ? Pembelahan yang tidak melalui fase fase seperti mitosis ( A) jadi sel membelah langsung menjadi dua , Tidak ada Profase , Metafase , Anafase maupun Telofase


Reproduksi bakteri secara seksual yaitu dengan pertukaran materi genetik dengan bakteri lainnya.

Pertukaran materi genetik disebut rekombinasi genetik atau rekombinasi DNA.
Rekombinasi genetik dapat dilakukan dengan tiga cara yaitu:

  1. Transformasi adalah pemindahan sedikit materi genetik, bahkan satu gen saja dari satu sel bakteri ke sel bakteri yang lainnya.
  2. Transduksi adalah pemindahan materi genetik satu sel bakteri ke sel bakteri lainnnya dengan perantaraan organisme yang lain yaitu bakteriofage (virus bakteri)
  3. Konjugasi adalah pemindahan materi genetik berupa plasmid secara langsung melalui kontak sel dengan membentuk struktur seperti jembatan diantara dua sel bakteri yang berdekatan. Umumnya terjadi pada bakteri gram negatif.

Dalam pemahaman ini, Bakteri membelah secara sexual menjadi dua yaitu

  1. Kawin jarak dekat ( berarti ke dua bakteri berdekatan bertukar materi genetik/Konjugasi)
  2. Kawin jarak jauh ( berarti perlu perantara : Transduksi dan Transformasi


DETAIL

  • Bakteri memiliki kekurangan unsur-unsur yang mengacu pada stuktur komplek yang terlibat dalam pemisahan kromsom-kromosom eukariota menjadi nukleid anak yang berbeda.
  • Replikasi dari DNA bakteri dimulai pada satu titik dan bergerak ke semua arah.
  • Dalam prosesnya, dua pita lama DNA terpisah dan digunakan sebagai model untuk mensistensiskan pita-pita baru (replikasi semikonservatif).
  • Strukur dimana dua pita terpisah dan sintesis baru terjadi disebut sebagai percabangan replikasi.
  • Replikasi kromosom bakteri sangat terkontrol, dan kromosom tiap sel yang tumbuh berkisar antara satu dan empat.
  • Beberapa plasmida bakteri bias memiliki sampai 30 tiruan dalam satu sel bakteri
  • Dan mutasi yang menyebabkan control bebas dari relikasi plasmida bahkan bias menghasilkan tirun yang lebih banyak.
  • Replikasi pita DNA ganda sirkular dimuli pada locus ori dan membuuhkan interaksi dengan beberapa protein.
  • Dalam E coli, replikasi kromosom berakhir pada suatu tempat yang disebut “ter“.
  • Dua kromosom anak terpisah, atau terpecah sebelum pembagian sel, sehingga tiap-tiap keturunan memiliki satu DNA anak.
  • Hal ini dapat disempurnakan dengan bantuan topoisomerase atau melakukan pengkombinasian.
  • Proses serupa yang mengacu pada replikasi DNA plasmida, kecuali pada beberpa kasus, replikasinya adalah tidak terarah.

Rekombinasi Gen pada Bakteri

  • Rekombinasi gen ialah pembentukan suatu genotip baru melalui pemilihan kembali gen-gen setelah terjadinya pertukaran bahan genetis antara dua kromosom yang berbeda mempunyai gen-gen serupa pada situssitus yang bersangkutan
  • Rekombinasi bisa dibentuk dengan secara generatif yang dikenal dengan istilah ( Parasexual) meliputi 3 cara yaitu
  1. Konjugasi


  • Konjugasi ialah pemindahan gen antara sel-sel yang kontak satu dengan yang lain secara fisik.
  • Konjugasi bakteri pertama kali dipertunjukkan o!eh Lederbeng dan Tatuni pada tahun 1946.
  • Mereka menggabungkan dua galur mutan Eschericihia Coli yang berbeda yang tidak mampu mensintesis satuatau lebih faktor tumbuh esensiil dan memberinya kesempatan untuk kawin.
  • Kemudian mereka mencawankan biakan campuran tersebut pada medium minimal yang hanya menunjang pertumbuhan galur-galur tipe liar.
  • Ketika mereka menemukan koloni-kotoni tipe liar, mereka tahu bahwa mestinya koloni-koloni tersebut merupakan hasil rekombinasi genetik melalui kunjugasi antara galur-galur mutan.
  • Konjugasi pada bakteri dapat dipahami dengan lebih jelas ketika ditemukan bahwa ada diferensiasi seksual pada E.coli, dengan perkataan lain, ada tipe-tipe perkawinan yang berbeda-beda pada bakteri tersebut

2. Transformasi


  • Transformasi ialah proses pemindahan DNA bebas sel atau “bugil” yang mengandung sejumlah terbatas informasi DNA dari satu sel ke sel yang lain.
  • DNA tersebut diperoleh dari sel donor melalui lisis sel alamiah atau dengan cara ekstraksi kimiawi. Begitu DNA diambil oleh sel resipien, maka terjadilah rekombinasi.
  • Bakteri yang telah mewarisi penanda dan sel donor tersebut telah tetransformasi, bakteri-bakteri tertentu,
  • Bila ditumbuhkan dengan diberi sel- sel mati, filtrat biakan, atau ekstrak sesuatu galur yang berkerabat dekat, maka akan memperoleh dan lalu memindah sebarkan ciri-ciri dari galur yang sekerabat tersebut.


3. Transduksi

  • Di samping melalui konjugasi dan transformasi, mikroorganisme juga dapat melakukan rekombinasi gen dengan cara transduksi.
  • Transduksi ialah proses pemindahan gen dari satu bakteri ke bakteri lain oleh bakteriofaga.
  • Beberapa bakteriofaga tenang (yang mempunyai siklustemperate), yang biasanya tidak melisis sel inang, membawa DNA yang dapat berperilaku sebagai episom di dalam bakteri.

PENGAYAAN

  • Untuk mempertahankan hidupnya organisme berkembang-biak dengan cara kawin ataupun dengan cara tidak kawin.
  • Kawin merupakan cara pembiakan utama pada organisme tingkat tinggi.
  • Pada organisme tingkat rendah, cara tidak kawin merupakan strategi utamanya.
  • Baik cara kawin atau tidak kawin, prinsipnya adalah menghasilkan turunan berikutnya yang sama atau sedikit sama.
  • Jadi, setiap organisme yang berbiak harus memiliki sifat dan kemampuan meng-kopy dirinya sendiri menjadi copy lainnya yang serupa.
  • Sel adalah unit dasar hidup.
  • Semua organisme hidup tersusun dari unit sel tunggal atau sel banyak.
  • Untuk mempertahankan hidupnya, sel memperbanyak dirinya dari satu generasi ke generasi lain dengan cara meng-copy dirinya dari satu menjadi dua, dari dua menjadi empat, dan seterusnya.
  • Bukan saja soal jumlah sel yang berlipat-ganda, volume sel pun meningkat linier searah dengan peningkatan jumlah sel.
  • Karena komposisi dan jumlah zat-zat penyusun sel tunggal dari satu generasi ke generasi selanjutnya relatif tetap, maka terjadi peningkatan biomasa secara linier sesuai dengan jumlah sel.
  • Artinya bahwa seiring dengan peningkatan jumlah sel, berlangsung biosintesis senyawa-senyawa penyusun tubuh sel terutama

a) karbohidrat

b) protein

c) asam-asam nukleat dan

d) lemak.

  • Mereka adalah bahan baku penyusun tubuh sel seperti dinding sel, membrane, cairan sel, dan organela; atau menjadi mesin-mesin fungsional bekerjanya aspek-aspek fisiologis sel seperti enzim, penghantaran dan alih-ragam signal (signal transduction), sistem kekebalan tubuh, atau cadangan energi kimia.
  • Keempat golongan senyawa penyusun utama tubuh sel diatas itu disintesis dari senyawa-senyawa antara seperti

1) asam amino

2) nukleotida

3) gula

4) asam lemak maupun gliserol

  • Senyawa-senyawa antara ini disintesis dari unsur-unsur yang jauh lebih sederhana lagi seperti glukosa, amonia, dan garam-garam anorganik.
  • Dalam hal ini, glukosa disintesis langsung oleh organisme berklorofil, melalui proses fotokimia dan biokimia fiksasi CO2 dan konversi energi radiasi matahari ke dalam ikatan-ikatan kimia karbon glukosa.
  • Organisme yang tidak berklorofil bergantung penyediaan energi dan senyawa karbon dari organisme berklorofil.
  • Pertanyaannya ialah, “apa kiranya yang menyebabkan sel dan organisme mampu memperbanyak dirinya sendiri dan mewariskan semua informasi genetis yang terkandung kepada sel turunannya?”
  • Teori kromosom tentang pewarisan informasi menerangkan bahwa selama proses mitosis satu sel membela menjadi dua sel. Namun sebelum pembelahan sel berlangsung, jumlah kromosomnya berlipat-ganda.
  • Pada sel manusia dari 46 menjadi 92 sebelum kemudian dipilah menjadi masing-masing 46 untuk sel-sel turunannya.
  • Dalam pembelahan meiosis, satu sel diploid menggandakan bahan genetiknya sekali namun diikuti oleh pembelahan sel dua kali.
  • Sehingga, satu sel diploid menghasilkan empat sel haploid. Setiap sel memiliki jumlah kromosom separuh dari jumlah kromosom sel induknya.
  • Dengan membandingkan jumlah DNA pada sel-sel diploid dan sel-sel haploid diperoleh data bahwa jumlah DNA pada sel-sel diploid memiliki jumlah DNA dua kali-lipat.
  • Seandainya satu sel diploid memiliki 9 pg (pico gram; 10-12 g) DNA maka sel haploid memiliki 4.5 pg DNA.
  • Dalam hal ini, jumlah kelipatan DNA selaras dengan jumlah kelipatan kromosom.
  • Dengan demikian, setiap sekali pembelahan sel mitosis jumlah DNA-nya pun bertambah dua dua kali.

I. Visualisasi replikasi DNA berselaras dengan replikasi kromosom selama proses pembelahan sel mitosis didemonstrasikan oleh Herber Taylor (1958).

II. Ia memberi makan tanaman keluarga lili dengan thimin radioaktif, setelah sel-selnya membelah.

III. Tanaman-tanaman tersebut kemudian dipindahkan ke dalam media tanpa radioisotop.

IV. Preparat kromosom yang berasal baik sebelum, selama dan setelah perlakuan isotop disiapkan dipermukaan slide kaca, dan disingkap kepermukaan film fotograf.

  • Hasilnya bahwa sebelum kromosom itu diperlakukan dengan isotop thimin, kromosomnya tidak menghasilkan "pengenal" dalam kromosom berupa warna "hitam hangus" di permukaan film.
  • Kromosom yang langsung dipersiapkan dari perlakuan thimin menghasilkan "pengenal" pada kedua pasang kromosom dipermukaan film.
  • Menariknya, kromosom yang dipersiapkan dari tanaman yang telah dipindahkan ke media tanpa thimin isotop yang sebelumnya diperlakukan dengan radioisotop, terdapat kromosom yang satu dari pasangannya tidak ditemui pengenal (kecuali di daerah pindah-silang).
  • Eksperimen ini membuktikan bahwa Sintesis DNA berselaras dengan replikasi DNA dan bersifat linear terhadap struktur kromosom, dan terjadi sekali untuk setiap kali pembelahan sel.
  • Sifat memperbanyak diri secara vegetatif demikian tidak hanya dimiliki oleh bahan genetik dalam kromosom. DNA sirkuler yang disebut plasmid atau DNA batangan pada virus berkemampuan memperbanyak diri dengan cara mengkopi molekul DNA tunggal menjadi sepasang ikatan DNA ganda.
  • Proses mengkopi diri sendiri dari polimer DNA menjadi jiplakan-jiplakan DNA identik disebut replikasi DNA.

REPLIKASI DNA

  • Selang beberapa saat setelah publikasi Crick dan Watson mengenai struktur rantai ganda DNA, mereka kemudian mengemukakan implikasi struktur rantai ganda ini kepada mekanisme cetak-kopi informasi.
  • Baik penelitian E. Chargaff dan Herbert Taylor membuktikan bahwa DNA bereplikasi semikoservatif.
  • Artinya bahwa dalam sintesis DNA, dengan bahan awal DNA yang mampu memperbanyak diri, replicon, seperti plasmids dan kromosom, setiap rantai tunggal DNA berfungsi sebagai cetakan bagi sintesis rantai DNA baru pasangannya.
  • Pertanyaannya ialah, “bagaimana mekanisme biosintesis DNA sesungguhnya terjadi di dalam sel?” Arthur Kornberg menjawab pertanyaan ini dengan mendekatinya melalui pendekatan ensimatik.
  • Ia berpendapat: "replikasi rantai nukleotida pasti dikatalisis oleh suatu enzim".
  • Atas dasar pandangan tersebut, ia berusaha mengisolasi enzim yang bertanggungjawab pada biosintesis DNA dan mempelajari mekanisme aksi ensimnya.
  • Ia membuat ekstrak protein dari bakteri E. coli dan menambahkannya ke dalam suatu campuran reaksi dengan sejumlah komponen berikut: deoksinukleosida trifosfat dimana atom P dan C-nya menggunakan 32P atau 14C dan deoksinukleosidanya mengandung keempat basa nitrogen A, T, G, C; Mg++, serta DNA sebagai cetakan.
  • Dengan campuran ini dalam tabung reaksi, diharapkan akan terbentuk polinukleotida dengan berat molekul yang lebih tinggi.
  • Usahanya berhasil, dan bukti-bukti menunjukkan bahwa bahwa polimerisasi dimaksud menunjuk kepada biosintesis DNA. Ia mendemonstrasikan bahwa polimerisasi DNA hanya dapat berhasil jika keempat deoksinukleosida trifosfat dan cetakan ada dalam komponen reaksi.
  • Selanjutnya, dengan adanya alat uji (bioassay) aktifitas enzim yang mensintesis DNA, memungkinkan diisolasinya enzim yang bertanggung-jawab pada reaksi tersebut.
  • Kornberg menamai enzim tersebut DNA polimerase.
  • Reaksi kimia yang dipercepat oleh DNA polimerase adalah mensintesis polinukleotida sambil melepaskan satu molekul pirofosfat (P-P) untuk setiap penambahan satu nukleosida trifosfat ke dalam rantai baru.
  • Bukti yang paling kuat mendukung bahwa reaksi in vitro dipercepat oleh DNA polimerase bukan sekedar polimerisasi acak nukleotida, tetapi terlibat dalam replikasi DNA, adalah bahwa DNA cetakan yang ditambahkan ke dalam campuran reaksi tidak hanya diperlukan agar polimerisasi berlangsung, tetapi juga sebenarnya menentukan ciri dari polinukleotida yang di bentuk.
  • Melalui analisis komposisi basa nukleotida yang terbentuk setelah reaksi enzimatis dari berbagai macam DNA cetakan, Arthur Kornberg berhasil menunjukan bahwa DNA yang disintesis mengikuti ciri komposisi basa cetakan DNA-nya.
  • Penelitian lanjut membuktikan bahwa DNA cetakan mengarahkan tidak hanya komposisi keseluruhan basa yang terbentuk, tetapi frekuensi relatif dari basa-basa yang terbentuk.
  • Berdasarkan studi sintesis DNA secara in vitro, dapat dikatakan bahwa DNA bertindak langsung sebagai cetakan dalam proses kopolimerisasi teratur replika-replika yang terbentuk tanpa membutuhkan sintesis senyawa antara bukan DNA.
  • Dalam perkembangan studi biokimia, kemudian dapat dirancang bangunan yang lebih detil replikasi DNA, serta berbagai enzim yang terlibat.

Mekanisme pembelahan sel

  • Pertanyaan lanjut ialah, bagaimana sesungguhnya sel menggandakan DNA nya sendiri dan kemudian mendistribusikannya secara meraka kepada sel turunannya secara sama?
  • Untuk menjawab pertanyaan tersebut, sel berhadapan dengan persoalan koordinasi antar bagian dan proses, yaitu bahwa karena replikasi DNA hanya berlangsung sekali untuk setiap sekali pembelahan sel, replikasi DNA harus terpadu dengan pembelahan sel.
  • Replikasi DNA harus mendahului pembelahan sel agar sebelum pembelahan sel berlangsung, telah tersedia bahan genetik untuk diagihkan kepada masing-masing sel turunan.
  • Untuk menjawab pertanyaan tersebut, maka replikasi DNA merupakan bagian keseluruhan dari pembelahan sel, dan merupakan proses awal bagi sel berkomitmen meneruskan proses pembelahan sel.
  • Sekali pembelahan sel diawali ia tidak bisa kembali lagi ketahap semula, dan harus menyelesaikan proses sintesis DNA sebelum pembelahan sel berlangsung.
  • Pembelahan sel tidak boleh terjadi jika replikasi DNA belum selesai.
  • Di dalam kenyataannya, selesainya proses replikasi merupakan pemicu bagi terjadinya pembelahan sel.
  • Jika aturan ini dilanggar, maka transmisi informasi akan mengalami kegalauan.
  • Pada prokarion, replikasi DNA berawal di suatu tempat yang amung yang disebut daerah “pengawalan” (origin).
  • Sebaliknya pada eukarion, replikasi DNA dimulai di awal fase S, yaitu fase yang memiliki periode yang panjang dalam pembelahan sel, yang dalam periode tersebut sintesis DNA berlangsung, bahkan berlangsung di banyak titik-titik pengawalan di dalam

NUTRISI BAKTERI

  1. Dengan dasar cara memperoleh makanan, bakteri dapat dibedakan menjadi dua:
    Bakteri heterotrof: bakteri yang tidak dapat mensintesis makanannya sendiri. Kebutuhan makanan tergantung dari mahluk lain. Bakteri saprofit dan bakteri parasit tergolong bakteri heterotrof.
  2. Bakteri autotrofl bakteri yagn dapat mensistesis makannya sendiri. Dibedakan menjadi dua yaitu (1) bakteri foto autotrof dan (2) bakteri kemoautotrof.

KEBUTUHAN AKAN OKSIGEN BEBAS


Dengan dasar kebutuhan akan oksigen bebas untuk kegiatan respirasi, bakteri dibagi menjadi dua, yaitu :
- Bakteri aerob: memerlukan O2 bebas untuk kegiatan respirasinya
- Bakteri anaerob : tidak memerlukan O2 bebas untu kegiatan
respirasinya.

Habitat

Bakteri merupakan mikroorganisme ubikuotus, yang berarti melimpah dan banyak ditemukan di hampir semua tempat. Habitatnya sangat beragam; lingkungan perairan, tanah, udara, permukaan daun, dan bahkan dapat ditemukan di dalam organisme hidup. Diperkirakan total jumlah sel mikroorganisme yang mendiami muka bumi ini adalah 5x1030. Bakteri dapat ditemukan di dalam tubuh manusia, terutama di dalam saluran pencernaan yang jumlah selnya 10 kali lipat lebih banyak dari jumlah total sel tubuh manusia. Oleh karena itu, kolonisasi bakteri sangatlah mempengaruhi kondisi tubuh manusia.


http://bits.wikimedia.org/skins-1.18/common/images/magnify-clip.png


Terdapat beragam jenis bakteri yang mampu menghabitasi daerah saluran pencernaan manusia, terutama pada usus besar, diantaranya adalah bakteri asam laktat dan kelompok enterobacter . Contoh bakteri yang biasa ditemukan adalah Lactobacillus acidophilus. Di samping itu, terdapat pula kelompok bakteri lain, yaitu probiotik, yang bersifat menguntungkan karena dapat menunjang kesehatan dan bahkan mampu mencegah terbentuknya kanker usus besar. Selain di dalam saluran pencernaan, bakteri juga dapat ditemukan di permukaan kulit, mata, mulut, dan kaki manusia. Di dalam mulut dan kaki manusia terdapat kelompok bakteri yang dikenal dengan nama metilotrof, yaitu kelompok bakteri yang mampu menggunakan senyawa karbon tunggal untuk menyokong pertumbuhannya. Di dalam rongga mulut, bakteri ini menggunakan senyawa dimetil sulfida yang berperan dalam menyebabkan bau pada mulut manusia.

Beberapa kelompok mikroorganisme ini mampu hidup di lingkungan yang tidak memungkinkan organisme lain untuk hidup. Kondisi lingkungan yang ekstrim ini menuntut adanya toleransi, mekanisme metabolisme, dan daya tahan sel yang unik.

Sebagai contoh, Thermus aquatiqus merupakan salah satu jenis bakteri yang hidup pada sumber air panas dengan kisaran suhu 60-80 oC. Tidak hanya di lingkungan bersuhu tinggi, bakteri juga dapat ditemukan pada lingkungan dengan suhu yang sangat dingin. Pseudomonas extremaustralis ditemukan pada Antartika dengan suhu di bawah 0 oC. Di samping pengaruh ekstrim temperatur, bakteri juga dapat hidup pada berbagai lingkungan lain yang hampir tidak memungkinkan adanya kehidupan (lingkungan steril). Halobacterium salinarum dan Halococcus sp. adalah contoh dari bakteri yang dapat hidup pada kondisi garam (NaCl) yang sangat tinggi (15-30%). Tedapat pula beberapa jenis bakteri yang mampu hidup pada kadar gula tinggi (kelompok osmofil), kadar air rendah (kelompok xerofil), derajat keasaman pH sangat tinggi, dan rendah.

Pengaruh lingkungan terhadap bakteri

Kondisi lingkungan yang mendukung dapat memacu pertumbuhan dan reproduksi bakteri. Faktor-faktor lingkungan yang berpengaruh terhadap pertumbuhan dan reproduksi bakteri adalah suhu, kelembapan, dan cahaya. Secara umum, terdapat beberapa alat yang dapat digunakan untuk melakukan pengamatan sel bakteri terhadap berbagai parameter tersebut, seperti mikroskop optikal, mikroskop elektron, dan atomic force microscope (AFM).

Suhu

Suhu berperan penting dalam mengatur jalannya reaksi metabolisme bagi semua makhluk hidup. Khususnya bagi bakteri, suhu lingkungan yang berada lebih tinggi dari suhu yang dapat ditoleransi akan menyebabkan denaturasi protein dan komponen sel esensial lainnya sehingga sel akan mati. Demikian pula bila suhu lingkungannya berada di bawah batas toleransi, membran sitoplasma tidak akan berwujud cair sehingga transportasi nutrisi akan terhambat dan proses kehidupan sel akan terhenti. Berdasarkan kisaran suhu aktivitasnya, bakteri dibagi menjadi 4 golongan:

  • Bakteri psikrofil, yaitu bakteri yang hidup pada daerah suhu antara 0°– 30 °C, dengan suhu optimum 15 °C.
  • Bakteri mesofil, yaitu bakteri yang hidup di daerah suhu antara 15° – 55 °C, dengan suhu optimum 25° – 40 °C.
  • Bakteri termofil, yaitu bakteri yang dapat hidup di daerah suhu tinggi antara 40° – 75 °C, dengan suhu optimum 50 - 65 °C
  • Bakteri hipertermofil, yaitu bakteri yang hidup pada kisaran suhu 65 - 114 °C, dengan suhu optimum 88 °C.

Kelembaban relatif

Pada umumnya bakteri memerlukan kelembaban relatif (relative humidity, RH) yang cukup tinggi, kira-kira 85%. Kelembaban relatif dapat didefinisikan sebagai kandungan air yang terdapat di udara. Pengurangan kadar air dari protoplasma menyebabkan kegiatan metabolisme terhenti, misalnya pada proses pembekuan dan pengeringan. Sebagai contoh, bakteri Escherichia coli akan mengalami penurunan daya tahan dan elastisitas dinding selnya saat RH lingkungan kurang dari 84%. Bakteri gram positif cenderung hidup pada kelembaban udara yang lebih tinggi dibandingkan dengan bakteri gram negatif terkait dengan perubahan struktur membran selnya yang mengandung lipid bilayer.



Cahaya

Cahaya merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi pertumbuhan bakteri. Secara umum, bakteri dan mikroorganisme lainnya dapat hidup dengan baik pada paparan cahaya normal. Akan tetapi, paparan cahaya dengan intensitas sinar ultraviolet (UV) tinggi dapat berakibat fatal bagi pertumbuhan bakteri. Teknik penggunaan sinar UV, sinar x, dan sinar gamma untuk mensterilkan suatu lingkungan dari bakteri dan mikroorganisme lainnya dikenal dengan teknik iradiasi yang mulai berkembang sejak awal abad ke-20.. Metode ini telah diaplikasikan secara luas untuk berbagai keperluan, terutama pada sterilisasi makanan untuk meningkatkan masa simpan dan daya tahan. Beberapa contoh bakteri patogen yang mampu dihambat ataupun dihilangkan antara lain Escherichia coli 0157:H7 and Salmonella.

Radiasi

Radiasi pada kekuatan tertentu dapat menyebabkan kelainan dan bahkan dapat bersifat letal bagi makhluk hidup, terutama bakteri. Sebagai contoh pada manusia, radiasi dapat menyebabkan penyakit hati akut, katarak, hipertensi, dan bahkan kanker. Akan tetapi, terdapat kelompok bakteri tertentu yang mampu bertahan dari paparan radiasi yang sangat tinggi, bahkan ratusan kali lebih besar dari daya tahan manusia tehadap radiasi, yaitu kelompok Deinococcaceae. Sebagai perbandingan, manusia pada umumnya tidak dapat bertahan pada paparan radiasi lebih dari 10 Gray (Gy, 1 Gy = 100 rad), sedangkan bakteri yang termasuk dalam kelompok ini dapat bertahan hingga 5.000 Gy.

Pada umumnya, paparan energi radiasi dapat menyebabkan mutasi gen dan putusnya rantai DNA. Apabila terjadi pada intensitas yang tinggi, bakteri dapat mengalami kematian. Deinococcus radiodurans memiliki kemampuan untuk bertahan terhadap mekanisme perusakan materi genetik tersebut melalui sistem adaptasi dan adanya proses perbaikan rantai DNA yang sangat efisien.

Peranan

Bidang lingkungan

Keanekaragaman bakteri dan jalur metabolismenya menyebabkan bakteri memiliki peranan yang besar bagi lingkungan. Sebagai contoh, bakteri saprofit menguraikan tumbuhan atau hewan yang telah mati dan sisa-sisa atau kotoran organisme. Bakteri tersebut menguraikan protein, karbohidrat dan senyawa organik lain menjadi CO2, gas amoniak, dan senyawa-senyawa lain yang lebih sederhana. Contoh bakteri saprofit antara lain Proteus dan Clostridium. Tidak hanya berperan sebagai pengurai senyawa organik, beberapa kelompok bakteri saprofit juga merupakan patogen oportunis.



Kelompok bakteri lainnya berperan dalam siklus nitrogen, seperti bakteri nitrifikasi. Bakteri nitrifikasi adalah kelompok bakteri yang mampu menyusun senyawa nitrat dari senyawa amonia yang pada umumnya berlangsung secara aerob di dalam tanah. Kelompok bakteri ini bersifat kemolitotrof. Nitrifikasi terdiri atas dua tahap yaitu nitritasi (oksidasi amonia (NH4) menjadi nitrit (NO2-)) dan nitratasi (oksidasi senyawa nitrit menjadi nitrat (NO3)). Dalam bidang pertanian, nitrifikasi sangat menguntungkan karena menghasilkan senyawa yang diperlukan oleh tanaman yaitu nitrat. Setelah reaksi nitrifikasi selesai, akan terjadi proses dinitrifikasi yang dilakukan oleh bakteri denitrifikasi. Denitrifikasi sendiri merupakan reduksi anaerobik senyawa nitrat menjadi nitrogen bebas (N2) yang lebih mudah diserap dan dimetabolisme oleh berbagai makhluk hidup. Contoh bakteri yang mampu melakukan metabolisme ini adalah Pseudomonas stutzeri, Pseudomonas aeruginosa, and Paracoccus denitrificans. Di samping itu, reaksi ini juga menghasilkan nitrogen dalam bentuk lain, seperti dinitrogen oksida (N2O). Senyawa tersebut tidak hanya dapat berperan penting bagi hidup berbagai organisme, tetapi juga dapat berperan dalam fenomena hujan asam dan rusaknya ozon. Senyawa N2O akan dioksidasi menjadi senyawa NO dan selanjutnya bereaksi dengan ozon (O3) membentuk NO2- yang akan kembali ke bumi dalam bentuk hujan asam (HNO2).

Di bidang pertanian dikenal adanya suatu kelompok bakteri yang mampu bersimbiosis dengan akar tanaman atau hidup bebas di tanah untuk membantu penyuburan tanah. Kelompok bakteri ini dikenal dengan istilah bakteri pengikat nitrogen atau singkatnya bakteri nitrogen. Bakteri nitrogen adalah kelompok bakteri yang mampu mengikat nitrogen (terutaman N2) bebas di udara dan mereduksinya menjadi senyawa amonia (NH4) dan ion nitrat (NO3-) oleh bantuan enzim nitrogenase. Kelompok bakteri ini biasanya bersimbiosis dengan tanaman kacang-kacangan dan polong untuk membentuk suatu simbiosis mutualisme berupa nodul atau bintil akar untuk mengikat nitrogen bebas di udara yang pada umumnya tidak dapat digunakan secara langsung oleh kebanyakan organisme. Secara umum, kelompok bakteri ini dikenal dengan istilah rhizobia, termasuk di dalamnya genus bakteri Rhizobium, Bradyrhizobium, Mesorhizobium, Photorhizobium, dan Sinorhizobium. Contoh bakteri nitrogen yang hidup bersimbiosis dengan tanaman polong-polongan yaitu Rhizobium leguminosarum, yang hidup di akar membentuk nodul atau bintil-bintil akar.

Bidang pangan

Terdapat beberapa kelompok bakteri yang mampu melakukan proses fermentasi dan hal ini telah banyak diterapkan pada pengolahan berbagi jenis makanan. Bahan pangan yang telah difermentasi pada umumnya akan memiliki masa simpan yang lebih lama, juga dapat meningkatkan atau bahkan memberikan cita rasa baru dan unik pada makanan tersebut. Beberapa makanan hasil fermentasi dan mikroorganisme yang berperan:

No.

Nama produk atau makanan

Bahan baku

Bakteri yang berperan

1.

Yoghurt

susu

Lactobacillus bulgaricus dan Streptococcus thermophilus

2.

Mentega

susu

Streptococcus lactis

3.

Terasi

ikan

Lactobacillus sp.

4.

Asinan buah-buahan

buah-buahan

Lactobacillus sp.

5.

Sosis

daging

Pediococcus cerevisiae

6.

Kefir

susu

Lactobacillus bulgaricus dan Streptococcus lactis

Beberapa spesies bakteri pengurai dan patogen dapat tumbuh di dalam makanan. Kelompok bakteri ini mampu memetabolisme berbagai komponen di dalam makanan dan kemudian menghasilkan metabolit sampingan yang bersifat racun. Clostridium botulinum, menghasilkan racun botulinin, seringkali terdapat pada makanan kalengan dan kini senyawa tersebut dipakai sebagai bahan dasar botox. Beberapa contoh bakteri perusak makanan:

Bidang kesehatan

Tidak hanya di bidang lingkungan dan pangan, bakteri juga dapat memberikan manfaat dibidang kesehatan. Antibiotik merupakan zat yang dihasilkan oleh mikroorganisme dan mempunyai daya hambat terhadap kegiatan mikroorganisme lain dan senyawa ini banyak digunakan dalam menyembuhkan suatu penyakit. Beberapa bakteri yang menghasilkan antibiotik adalah:

Terlepas dari peranannya dalam menghasilkan antibiotik, banyak jenis bakteri yang justru bersifat patogen. Pada manusia, beberapa jenis bakteri yang sering kali menjadi agen penyebab penyakit adalah Salmonella enterica subspesies I serovar Typhi yang menyebabkan penyakit tifus, Mycobacterium tuberculosis yang menyebabkan penyakit TBC, dan Clostridium tetani yang menyebabkan penyakit tetanus. Bakteri patogen juga dapat menyerang hewan ternak, seperti Brucella abortus yang menyebabkan brucellosis pada sapi dan Bacillus anthracis yang menyebabkan antraks. Untuk infeksi pada tanaman yang umum dikenal adalah Xanthomonas oryzae yang menyerang pucuk batang padi dan Erwinia amylovora yang menyebabkan busuk pada buah-buahan.

Dekomposisi


Proses degradasi jasad makhluk hidup dilakukan oleh banyak organisme, salah satunya adalah bakteri. Beberapa jenis bakteri, terutama bakteri heterotrof, mampu mendegradasi senyawa organik dan menggunakannya untuk menunjang pertumbuhannya. Proses dekomposisi ini dibantu oleh beberapa jenis enzim untuk memecah makromolekul, seperti karbohidrat, protein, dan lemak, untuk dipecah menjadi senyawa yang lebih sederhana. Sebagai contoh, enzim protease digunakan untuk memecah protein menjadi senyawa lebih sederhana, seperti