Pertemuan ke23 Mikrobiologi Pertanian AET 209 Struktur dan
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 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) • Ada beberapa jenis, yaitu: - 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 10 X. Ada juga 2 xdan 5 x. Lensa okuler dapat dipindahkan, 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 4 x, 5 x, 10 x, 20 x, 40 x, 50 x and 100 x. 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 4 x 10 x 40 x Low Power 10 x 100 x High Power 40 x 10 x 400 x
Perbandingan Penggunaan berbagai jenis Mikroskop Cahaya 30 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. 12
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 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 100 nm protein amino acid 1 m chloroplast 10 m 100 plant and animal cells m 1 mm 1 cm human egg atom ant 1 m 100 m 1 km rose mouse frog egg virus most bacteria 0. 1 m ostrich egg blue whale human electron microscope light microscope human eye 20
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 Fimbriae Menunjukkan flagella & fimbriae
Paracrystalline Surface layers (S-Layers) Ø Banyak prokaryote yang mengandung lapisan permukaan sel yang terdiri dari protein dua dimensi; yg disebut : S-Layers (Lapisan-S) Ø Pada Archeae, lapisan-S juga sebagai dinding sel Ø Lapisan-S meyerupai kristal dan beberpa jenis simetris, seperti heksagonal, tetragonal, atau trimetrik Ø Fungsi utama Lapisan-S tidak diketahui, kemungkinan berperan sebagai penghalang anti tembus bagian luar Gambar TEM dari sel bakteri dengan la 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) v Pada organisme prokaryote, badan inklusi yg paling umum adalah poly-β-hydroxybutyric acid (PHB). v PHB terusun dari bahan seperti lemak. v. Produk tempat penyimpanan yang lain pada prokaryote adalah: glycogen. v Glycogen adalah polimer glukosa; yang merupakan tempat penyimpanan untuk sumber karbon dan energi dan diproduksi bila karbon berlebihan di lingkungan.
Terima Kasih
- Slides: 49