Struktur dan Fungsi Sel Bakteri dan Archeae Pertemuan ke-23 Mikrobiologi Pertanian (AET 209) Struktur dan Fungsi Sel Bakteri dan Archeae

MIKROSKOP & MORFOLOGI SEL

Penemuan Sel Penemuan lensa Robert Hooke (1665): menyelidiki satu lapis kecil gabus (sel kulit tanaman yang sudah mati) dengan menggunakan mikroskop. Dia menyebutnya sebagai “kotak-kotak kecil (little boxes)”

Penemuan Sel Antonie van Leeuwenhoek (1675): orang pertama yang menyelidiki sel-sel yang hidup.

Mikroskop Pembesaran (magnification): kemampuan mikroskop untuk memperbesar ukuran objek yang sebenarnya Resolusi (resolution): kemampuan mikroskop untuk menunjukkan sesuatu secara terperinci dengan jelas

Mikroskop 1. Mikroskop cahaya (Light microscope) : menggunakan cahaya Ada beberapa jenis, yaitu: - Compound light microscopy - Darkfield microscopy - Phase-contrast microscopy - Differential interference contrast microscopy - Fluorescence microscopy - Confocal microscopy 2. Mikroskop elektron (Electron microscope) - Transmission eletron microscope (TEM) - Scanning electron microscope (SEM)

Compound Light Microscope

Bagian-Bagian dari Mikroskop Parts Functions Lensa okuler Untuk mengamati spesimen. Terdiri dari 2 atau lebih lensa. Magnifikasi paling umum adalah untuk bagi lensa okuler adalah 10X. Ada juga 2xdan 5x. Lensa okuler dapat dipindah-pindahkan, dapat juga diganti dengan pembesaran yg berbeda. Lensa objektif More than one objective lenses. These are the primary lenses of a compound microscope and can have magnification of 4x, 5x, 10x, 20x, 40x, 50x and 100x. Papan letak objek Terletak di bawah lensa objektif tempat meletakkan objek/sampel yang akan diamati. Suatu lubang di papan letak objek ini dapat melmbiarkan cahaya untuk lewat dan menerangi sampel. Penjepit sampel Ada 2 penjepit di masing-masing sisi papan letak objek. Kondensor cahaya Terletak di bawah papan letak objek. Digunakan untuk mengontrol jumlah cahaya yang mencapai sampel melalui lubang pada papan letak objek. Sumber cahaya Mikroskop cahaya yang sederhana memiliki cermin yang dapat dipindahkan untuk mengatur jumlah cahaya yang dapat difokuskan ke sampel. Tetapi ada beberapa jenis mikroskop cahaya yang memiliki sumber cahaya sendiri. Pengatur fokus Ada 2 pengatur fokus: pengatur fokus secara halus dan secara kasar. Pengatur fokus secara kasara membantu untuk meningkatkan fokus pada kekuatan rendah sedangkan pengatur fokus secara halus membantu mengatur lensa fokus dengan pembesaran yang tinggi.

Compound Light Microscope Gambar diperbesar lagi oleh lensa okuler Total pembesaran = lensa objektif x lensa okuler Resolusi - kemampuan lensa untuk membedakan 2 poin e.g. Resolusi Point 0.4 nm dapat membedakan antara 2 point ≥ 0.4 nm Panjang gelombang cahaya yang lebih pendek menyediakan resolusi yang lebih besar Minyak Immersi digunakan untuk meningkatkan resolusi mikroskop.

Pembesaran (Magnification) Mikroskop memilik 3 jenis pembesaran, yaitu : Scanning, rendah and tinggi Setiap lensa objektif diberi label pembesarannya. Lensa oculer (eyepiece) juga memiliki pembesaran. Total pembesaran = pembesaran lensa okuler x pembesaran lensa objektif   Pembesaran Lensa okuler Total pembesaran Scanning 4x 10x 40x Low Power 100x High Power 400x

Perbandingan Penggunaan berbagai jenis Mikroskop Cahaya 30 m 30 m 25 m 25 m 25 m Bright-field. Light passing through the specimen is brought directly into focus. Usually, the low level of contrast within the specimen interferes with viewing all but its largest components. Bright-field (stained). Dyes are used to stain the specimen. Certain components take up the dye more than other components, and therefore contrast is enhanced. Differential interference contrast. Optical methods are used to enhance density differences within the specimen so that certain regions appear brighter than others. This technique is used to view living cells, chromosomes, and organelle masses. Phase contrast. Density differences in the specimen cause light rays to come out of “phase.” The microscope enhances these phase differences so that some regions of the specimen appear brighter or darker than others. The technique is widely used to observe living cells and organelles. Dark-field. Light is passed through the specimen at an oblique angle so that the objective lens receives only light diffracted and scattered by the object. This technique is used to view organelles, which appear quite bright against a dark field.

Transmission Electron Microscope (TEM)

Transmission Electron Microscope (TEM) Elektron melewati sampel Difokuskan oleh lensa magnetik Gambar terbentuk pada layar fluorescens - Sama dengan layar TV - Gambar kemudian difoto Maksimum pembesaran hingga 1.000.000 x lebih

Scanning Electron Microscope (SEM)

Scanning Electron Microscope (SEM) Sampel disemprot dengan metal yang tipis - Sorotan cahaya di-scanning melewati permukaan sampel - Metal mengeluarkan elektron ke-dua Elektron yang dipancarkan difokuskan oleh lensa magnetik Gambar dibentuk pada layar fluorescens - Sama seperti layar TV - Gambar kemudian difoto

STRUKTUR SEL / FUNGSI

Teori Sel Siapa yang mengembang teori sel? Matthias Schleiden (1838): menyimpulkan bahwa seluruh tanaman tersusun dari sel-sel. Theodor Schwann (1839): menyimpulkan bahwa seluruh binatang tersusun dari sel-sel. Rudolph Virchow (1855): menentukan bahwa sel-sel berasal dari sel-sel lainnya.

Prinsip dari Teori Sel 1. Seluruh makhluk hidup tersusun dari satu atau lebih sel. 2. Sel berasal dari sel-sel yang sudah ada. 3. Sel adalah stuktur dan fungsi dari unit dasar terkecil dari suatu mikroorganisme.

Ukuran Sel Makhluk Hidup 0.1 nm 1 nm 10 nm 100 nm 1 m 10 m 100 m 1 mm 1 cm 0.1 m 1 m 10 m 100 m 1 km protein chloroplast plant and animal cells mouse rose frog egg amino acid virus ostrich egg most bacteria human egg ant atom blue whale human electron microscope light microscope human eye

Keragaman Sel- Ukuran

Keragaman Sel-Bentuk Sel berbeda-beda bentuknya Kebanyakan sel berbentuk kubus (cuboidal) atau bulat (spherical)

Bentuk Sel (morfologi)

Bagian-Bagian Sel

Membran Sitoplasma Struktur: Lapisan phospholipid dgn protein yang berfungsi sebagai penghubung, penanda (marker), and penerima - juga mengandung kolesterol ( hydrophilic/gliserol & hydrophobic/asam lemak yang membuat kekakuan Fungsi: menjadi penghalang yang tidak dapat ditembus antara sel dgn lingkungan di luar sel

Perpindahan melewati Plasma Membran Beberapa molekul dapat bergerak bebas, seperti: Air, Karbondioksida, Ammonia, Oksigen Protein pengangkut membawa beberapa molekul Protein melekat pada lapisan lemak (lipid bilayer)

Dinding Sel Struktur: dinding yg keras/kaku terbuat dari sellulose, protein, dan karbohidrat Fungsi: garis pembatas di sekeliling sel diluar membran sel yang melindungi sel.

Dinding Sel Gram Negatif & Gram Positif

Sitoplasma Struktur: Cairan menyerupai gelatin yang terhampar di dalam membran sel Fungsi: - mengandung garam, mineral, dan molekul organik - Mengelilingi organel

Sitoplasma Nucleoid : adalah daerah yang mengandung molekul DNA yang bulat Plasmids: Cincin perhiasan DNA yang kecil (extrachromosomal) Appendages (anggota tambahan): Flagella – berfungsi sebagai pergerakan Fimbriae – kecil, benang seperti bulu yang tumbuh dari permukaan sel Sex pili – struktur keras seperti tabung yang digunakan untuk melewati DNA dari sel ke sel.

Ribosom Struktur: terdiri dari 2 subunit yang terbuat dari protein dan RNA Fungsi: lokasi pembuatan sintesa protein (“pabrik sel”)

PERGERAKAN MIKROBA

Flagella and Pergerakan Kebanyakan prokarytote bergerak, dengan flagella Mekanisme dasar pergerakan adalah berenang

Cilia & Flagella Struktur: Organel yg menyerupai rambut; perpanjangan dari permukaan sel Fungsi : pergerakan sel tersusun dari 9 pasang mikrotubule yang tersusun di sekeliling pasangan utama. Cilia : Pendek Hadir dalam jumlah yg banyak pada sebuah sel Flagella Menyerupai bulu cambuk Jumlahnya lebih sedikit dan panjang

Cilia & Flagella

Flagella

Mekanisme Pergerakan flagella Pergerakan Rotasi - Berlawanan arah jarum jam: bergerak maju - Searah jarum jam: berguling

Pergerakan Meluncur (gliding) Prokaryote yg tidak memiliki flagella (tidak berenang) bergerak melalui permukaan yg kasar; disebut meluncur (gliding) Sel berbentuk batang atau benang Pergerakannya lebih perlahan dibanding flagella; 10 µm/detik Contoh: Myxococcus xanthus,Cytophaga sp., Flavobacterium sp.

Perilaku Bakteri: Chemotaxis, Phototaxis, dan Taxes yg lain TAXES : pergerakan sel secara langsung baik mendekati atau menjauhi sinyal molekul Chemotaxis: pergerakan suatu organisme mendekati suatu feromon(an attractant) atau menjauhi repelen (a repellent) suatu zat kimia. Phototaxis: pergerakan suatu organisme mendekati cahaya.

Proses Chemotaxis (a) Ketidakhadiran suatu feromon zat kimia (a chemical attractant), sel berenang secara acak, mengganti arah selama berguling. (b) Dengan kehadiran suatu feromon (an attractant) berlari secara diagonal, dan sel bergerak curam ke arah feromon (attractant).

Phototaxis Akumulasi bakteri phototrophic pada panjang gelombang cahaya di mana pigmennya menyerap (Gambar kiri). Phototaxis dari seluruh koloni mendekati sumber cahaya (Gambar kanan).

Struktur Permukaan Sel dan Isi Sel Prokaryotes Fimbriae & Pili Fimbriae Strukturnya sama dengan flagella, tapi tidak berhubungan dengan pergerakan. Fimbriae lebih pendek dari flagella dan lebih banyak Fimbriae mengandung protein Fungsi fimbriae tidak diketahuio secara pasti, tapi ada bukti bahwa fimbriae membuat organisme menempel pada permukaan, atau membentuk biofilm (lapisan tipis)

Pili Strukturnya sama dengan fimbriae, tetapi lebih panjang Hanya ada satu atau beberapa pili yang ada di permukaan sel Pili dapat dilihat dgn mikroskop elektron karena merupakan receptor bagi beberapa jenis partikel virus. Ada bukti yang kuat bahwa pili berhubungan dengan proses konjugasi. Pili juga berhubungan dengan pelekatan pada jaringan sel manusia (pada bakteri patogen)

Flagella Mikroskop elektron dari Salmonela typhi, yg Menunjukkan flagella & fimbriae Fimbriae

Paracrystalline Surface layers (S-Layers) Banyak prokaryote yang mengandung lapisan permukaan sel yang terdiri dari protein dua dimensi; yg disebut : S-Layers (Lapisan-S) Pada Archeae, lapisan-S juga sebagai dinding sel Lapisan-S meyerupai kristal dan beberpa jenis simetris, seperti heksagonal, tetragonal, atau trimetrik Fungsi utama Lapisan-S tidak diketahui, kemungkinan berperan sebagai penghalang anti tembus bagian luar Gambar TEM dari sel bakteri dengan lapisan-S, Berbentuk simetri heksagonal

Kapsul dan Lapisan Lumpur (Slime Layer) Banyak organisme prokaryote mensekresikan bahan-bahan seperti lumpur (slimy) atau permen karet (gummy). Struktur ini mengandung polisakarida, dan beberapa mengandung protein. Kapsul merekat erat pada bsel bakteri dan memiliki pembatas sedangkan lapisan lumpur mudah tercuci. Istilah Kapsul dan Lapisan Lumpur biasa juga disebut dengan Glycocalyx

Kapsul

Polimer Penyimpan Karbon (Carbon Storage Polymer) Pada organisme prokaryote, badan inklusi yg paling umum adalah poly-β-hydroxybutyric acid (PHB). PHB terusun dari bahan seperti lemak. Produk tempat penyimpanan yang lain pada prokaryote adalah: glycogen. Glycogen adalah polimer glukosa; yang merupakan tempat penyimpanan untuk sumber karbon dan energi dan diproduksi bila karbon berlebihan di lingkungan.

Terima Kasih