POKOK BAHASAN:
1. Pertumbuhan Mikroba
A. Definisi Pertumbuhan Populasi
Pertumbuhan yaitu penambahan secara teratur semua komponen sel suatu jasad. Pada jasad bersel tunggal (uniseluler) yaitu pembelahan atau perbanyakan sel merupakan pertambahan jumlah individu artinya pembelahan sel pada bakteri akan menghasilkan pertambahan jumlah sel bakteri itu sendiri. Pada jasad bersel banyak (multiseluler) yaitu
pembelahan sel tidak menghasilkan pertambahan jumlah individunya, tetapi hanya merupakan pembentukan jaringan atau bertambah besar jasadnya. Dalam membahas pertumbuhan mikrobia harus dibedakan antara : pertumbuhan masing-masing individu sel dan pertumbuhan kelompok sel (pertumbuhan populasi) .
Contoh pada bakteri memperbanyak diri dengan pembelahan biner yaitu dari satu sel membelah menjadi 2 sel baru. pertumbuhan diukur dari bertambahnya jumlah sel. Waktu yang diperlukan untuk membelah diri dari satu sel menjadi dua sel sempurna disebut WAKTU GENERA
Doubling Time atau Waktu penggandaan yaitu Waktu yang diperlukan oleh sejumlah sel atau massa sel menjadi dua kali jumlah/massa sel semula .
§ tidak sama antara berbagai mikrobia
§ dari beberapa menit, sampai beberapa hari
§ tergantung kecepatan pertumbuhannya
Kecepatan Pertumbuhan adalah perubahan jumlah atau massa sel per unit waktu.
B. Penghitungan Waktu Generasi
Dari hasil pembelahan sel secara biner:
1 sel menjadi 2 sel
2 sel menjadi 4 sel 21 menjadi 22 atau 2 x 2
4 sel menjadi 8 sel 22 menjadi 23 atau 2 x 2 x 2
Dari hal tersebut dapat dirumuskan menjadi:
N = N0 2n
N: jumlah sel akhir, N0: jumlah sel awal, n: jumlah generasi
Waktu Generasi = t/n
t: waktu pertumbuhan eksponensial
n: jumlah generasi
Dalam bentuk logaritma, rumus N = N0 2n menjadi:
log N = log N0 + n log 2
log N – log N0 = n log 2
log N – log N0 log N – log N0
N = =
log 2 0,301
Contoh: N = 108, N0 = 5x107, t = 2
Dengan rumus dalam bentuk logaritma:
log 108 – log (5x 107) 8 – 7,6
N = = = 1
0,301 0,301
Jadi
Waktu Generasi =
t/n = 2/1 = 2 jam
Waktu generasi juga dapat dihitung dari slope garis dalam plot semilogaritma kurva pertumbuhan eksponensial, yaitu dengan rumus: slope = 0,301/ waktu generasi
Dari contoh tadi didapat slope = 0,15 sehingga diperoleh :
0,15 = 0,31/waktu generasi
Jadi Waktu Generasi= 0,31/0,15 = 2 jam
C. Pengukuran Pertumbuhan
Pertumbuhan diukur dari perubahan. JUMLAH SEL atau berat kering massa sel.
JUMLAH SEL dihitung dari jumlah sel total (keseluruhan) dengan tidak membedakan sel hidup atau mati (viable count) pengamatan mikroskopis :
§ sampel kering (slide)
§ sampel cairan
cara di atas disebut metode counting chamber .
Alat Untuk Menghitung Mikroba
§ alat Petroff-Hausser Bacteria Counter (PHBC) untuk menghitung bakteri
§ alat Haemocytometer untuk menghitung khamir, spora, atau sel-sel yang ukurannya relatif lebih besar dari bakteri
Cara Menghitung Jumlah Sel Hidup
Metode Plate Count atau Colony Count:
§ Metode taburan permukaan (spread plate method)
§ Metode taburan (pour plate method) cara: ditaburkan pada medium agar , sehingga satu sel hidup akan tumbuh membentuk satu koloni
kesimpulan: jumlah koloni dianggap setara dengan jumlah sel
Filter Membran dan Most Probable Number :
§ Menggunakan medium cair
§ Sampel mikrobia dibuat seri pengenceran
Pertumbuhan Sel diukur dari massa sel secara tidak langsung mengukur TURBIDITAS (tingkat kekeruhan) cairan medium tumbuh.
Cara Perhitungan:
Massa sel dipisahkan dari cairan mediumnya menggunakan alat sentrifus (pemusing) sehingga dapat diukur volume massa selnya atau diukur berat keringnya (dikeringkan dahulu dengan suhu 90-1100C semalam), umumnya berat kering bakteri adalah 10-20 % dari berat basahnya.
Photometer (penerusan cahaya) : semakin pekat atau semakin banyak populasi mikrobia maka cahaya yang diteruskan semakin sedikit .
Spektrofotometer (optical density/OD) : terlebih dahulu dibuat kurva standar berdasarkan pengukuran jumlah sel baik secara total maupun yang hidup saja atau berdasarkan berat kering sel.
D. Pertumbuhan Populasi Mikroba
BAKTERI akan tumbuh memperbanyak diri. Jika jumlah bakteri dihitung dan dibuat grafik hubungan antara jumlah bakteri dengan waktu akan diperoleh: Kurva Pertumbuhan .
Kurva pertumbuhan mikroba
Keterangan:
Lag phase : dimana awal mula terjadinya pertumbuhan mikroba
Exponential growth phase : mikaroba mengalami pertumubuhan yang cepat karena mampu berkembangbiak dengan pembelahan biner
Stationary phase : mngalami kestabilan stelah lama-kelamaan akan mati karena kekurangan nutrisi
Death phase : mati karena kekurangan nutrisi
Untuk mengetahui pertumbuhan mikrobia dilakukan dengan cara membiakan mikrobia dua sistem pembiakan mikrobia, yaitu:
Biakan Sistem Tertutup (Batch Culture)
Biakan Sistem Terbuka (Continous Culture)
Biakan Sistem Tertutup (Batch Culture) : Pengamatan jumlah sel dalam waktu yang cukup lama akan memberikan gambaran berdasarkan Kurva Pertumbuhan terdapat beberapa fase-fase pertumbuhan .
Fase-Fase pada Kurva Pertumbuhan :
1. Fase Permulaan
2. Fase Pertumbuhan yang dipercepat
3. Fase Pertumbuhan logaritma (eksponensial)
4. Fase Pertumbuhan yang mulai dihambat
5. Fase Stasioner maksimum
6. Fase Kematian dipercepat
7. Fase Kematian logaritma
· Fase Permulaan: Bakteri baru menyesuaikan diri dengan lingkungan yang baru, sehingga sel belum membelah diri .
· Fase Pertumbuhan dipercepat: Sel mikrobia mulai membelah diri, tetapi waktu generasinya masih panjang.Fase permulaan sampai fase pertumbuhan dipercepat disebut Lag Phase .
· Fase Pertumbuhan logaritma (Eksponensial): Kecepatan sel membelah diri paling cepat dengan waktu generasi pendek dan konstan; metabolisme sel paling aktif, sintesis bahan sel sangat cepat dengan jumlah konstan sampai nutrien habis; terjadinya penimbunan hasil metabolisme menyebabkan mulai terhambatnya pertumbuhan.
· Fase Pertumbuhan yang mulai dihambat: Kecepatan pembelahan sel berkurang dan jumlah sel yang mati mulai bertambah.
· Fase Stasioner maksimum: Jumlah sel yang mati semakin meningkat sampai terjadi jumlah sel hidup = jumlah sel mati, sehingga jumlah sel hidup konstan, seolah-olah pertumbuhan nol.
· Fase Kematian dipercepat : kecepatan kematian sel terus meningkat sedang kecepatan pembelahan sel nol.
· Fase Kematian logaritma : kecepatan kematian sel maksimal, sehingga jumlah sel hidup menurun dengan cepat seperti deret ukur. Penurunan jumlah sel hidup tidak mencapai nol, sel mikrobia akan tetap bertahan sangat lama dalam medium .
Biakan Sistem Terbuka(Continuous Culture) :
§ Sel dipertahankan terus menerus pada fase pertumbuhan eksponensial atau logaritma
§ Ukuran populasi dan kecepatan pertumbuhan dapat diatur pada nilai konstan menggunakan khemostat
§ Untuk mengatur proses di dalam khemostat, diatur kecepatan aliran medium dan kadar substrat (nutrien pembatas)
§ Sebagai nutrien pembatas dapat menggunakan sumber C (karbon), sumber N, atau faktor tumbuh
§ Ada aliran keluar untuk mempertahankan volume biakan dalam khemostat sehingga tetap konstan (misal V ml), jika aliran masuk ke dalam tabung biakan adalah W ml/jam, maka kecepatan pengenceran kultur (Dilution rate) adalah:
D = W/V per jam
§ Populasi sel dalam tabung biakan dipengaruhi oleh peningkatan populasi sebagai hasil pertumbuhan dan pengenceran kadar sel akibat penambahan medium baru dan pelimpahan aliran keluar tabung biakan
Kecepatan pertumbuhannya dirumuskan sebagai berikut:
dX/dt = µ X – DX = (µ - D) X
Pada keadaan mantap (steady state):
maka µ = D, sehingga dX/dt = 0
§ Dengan sistem ini sel seolah-olah dibuat dalam keadaan setengah kelaparan (nutrien sebagai pembatas)
§ Kadar nutrien yang rendah menyebabkan kecepatan pertumbuhan berbanding lurus dengan kadar nutrien atau substrat tersebut, sehingga kecepatan pertumbuhan adalah sebagai fungsi konsentrasi nutrien, dengan persamaan:
µ = µmax S / (Ks + S)
µmax: kecepatan pertumbuhan pada keadaan nutrien
berlebihan
S : konstante nutrien
Ks : konstante pada konsentrasi nutrien saat µ = ½
µmax
uraian di atas DISEBUT KHEMOSTAT
2. Faktor Lingkungan Mikroba
FAKTOR ABIOTIK
1. Suhu
2. Kandungan Air (pengeringan)
3. Tekanan Osmose
4. Ion-ion dan Listrik
Alasan Mikroba Termofil tahan hidup pada suhu tinggi
§ mempunyai membran sel yang mengandung lipida jenuh, sehingga titik didihnya tinggi
§ dapat memproduksi protein termasuk enzim yang tidak terdenaturasi pada suhu tinggi
§ Di dalam DNA-nya mengandung guanin dan sitosin dalam jumlah yang relatif besar, sehingga molekul DNA tetap stabil pada suhu tinggi
§ Kelompok ini mempunyai suhu minimum 40 0C, optimum pada suhu 55-60 0C dan suhu maksimum untuk pertumbuhannya 75 0C
Bakteri yang hidup di dalam tanah dan air, umumnya bersifat mesofil, tetapi ada juga yang dapat hidup diatas 50 0C (termotoleran)
§ Contoh bakteri mesofil yang termotoleran (dapat
hidup diatas 50 0C ) adalah Methylococcus
capsulatus
§ Contoh bakteri termofil adalah Bacillus, Clostridium,
Sulfolobus, dan bakteri pereduksi sulfat/sulfur
§ Contoh bakteri psikrofil adalah bakteri yang hidup di
laut (fototrof) dan bakteri besi (Gallionella)
Pengaruh Suhu tinggi
Apabila mikroba dihadapkan pada suhu tinggi diatas suhu maksimum, akan memberikan beberapa macam reaksi:
1. Titik Kematian Thermal, adalah suhu yang dapat mematikan spesies mikroba dalam waktu 10 menit pada kondisi tertentu
2. Waktu Kematian Thermal, adalah waktu yang diperlukan untuk membunuh suatu spesies mikroba pada suatu suhu yang tetap.
Pengaruh Suhu Rendah
Apabila mikroba dihadapkan pada suhu rendah dapat menyebabkan gangguan metabolisme, akibat-akibatnya adalah:
1. Cold shock: penurunan suhu yang tiba-tiba menyebabkan kematian bakteri, terutama pada bakteri muda atau pada fase logaritmik
2. Pembekuan (freezing) : rusaknya sel dengan adanya kristal es di dalam air intraseluler
3. Lyofilisasi: proses pendinginan dibawah titik beku dalam keadaan vakum secara bertingkat
TEKANAN OSMOSIS
Tekanan osmosis sangat erat hubungannya dengan kandungan air . Apabila mikroba diletakkan pada larutan hipertonis, maka selnya akan mengalami plasmolisis, yaitu terkelupasnya membran sitoplasma dari dinding sel akibat mengkerutnya sitoplasma. Apabila diletakkan pada larutan hipotonis,maka sel mikroba akan mengalami plasmoptisa, yaitu pecahnya sel karena cairan masuk ke dalam sel, sel membengkak dan akhirnya pecah.
Berdasarkan tekanan osmosis yang diperlukan mikroba dapat dikelompokkan menjadi:
Mikroba Osmofil :tumbuh pada kadar gula tinggi, contoh beberapa jenis khamir, mampu tumbuh pada larutan gula dengan konsentrasi lebih dari 65 % wt/wt (aw = 0,94)
Mikroba Halodurik: tahan (tidak mati) tetapi tidak dapat tumbuh pada kadar garam tinggi (30 %)
Mikroba Halofil :dapat tumbuh pada kadar garam yang tinggi, contoh: bakteri yang termasuk Archaebacterium, misalnya Halobacterium
Ion-ion lain
Logam berat seperti Hg, Ag, Cu, Au, dan Pb pada kadar rendah dapat bersifat meracuni (toksis) karena mempunyai daya oligodinamik, yaitu daya bunuh logam berat pada kadar rendah. Ion-ion lain seperti ion sulfat, tartrat, klorida, nitrat, dan benzoat dapat mengurangi pertumbuhan mikroba tertentu dan sering digunakan dalam pengawetan makanan, senyawa lain misalnya asam benzoat, asam asetat, dan asam sorbat.
Tegangan Muka
§ Tegangan muka mempengaruhi cairan sehingga permukaan cairan tersebut menyerupai membran yang elastis
§ Perubahan tegangan muka dinding sel akan mempengaruhi pula permukaan protoplasma, akibatnya mempengaruhi pertumbuhan dan morfologi mikroba
§ Zat-zat seperti sabun, deterjen, dan zat-zat pembasah (surfaktan) dapat mengurangi tegangan muka cairan/larutan
§ Umumnya mikroba cocok pada tegangan muka yang relatif tinggi
Tekanan Hidrostatik
§ Umumnya tekanan 1 - 400 atm tidak mempengaruhi atau hanya sedikit mempengaruhi metabolisme dan pertumbuhan mikroba, tekanan hidrostatik yang lebih tinggi akan menghambat atau menghentikan pertumbuhan, karena dapat menghambat sintesis RNA, DNA, dan protein, serta mengganggu fungsi transport membran sel maupun mengurangi aktivitas berbagai macam enzim
§ Tekanan diatas 100.000 pound/inchi2 menyebabkan denaturasi protein, tetapi ada mikroba yang tahan hidup pada tekanan tinggi (mikroba barotoleran), dan yang tumbuh optimal pada tekanan tinggi sampai 16.000 pound/inchi2 (mikroba barofilik), umumnya mikroba laut adalah barofilik atau barotoleran, contoh: bakteri Spirillum
h. Getaran
§ Getaran mekanik dapat merusak dinding sel dan membran sel mikroba, dipakai untuk memperoleh ekstrak sel mikroba dengan cara menggerus sel-sel dengan menggunakan abrasif atau dengan cara pembekuan kemudian dicairkan berulang kali atau dengan getaran suara 100-10.000 kali/detik juga dapat digunakan untuk memecah sel mikroba
FAKTOR BIOTIK
1. Interaksi dalam satu populasi mikroba
Interaksi Positif :
§ Meningkatkan kecepatan pertumbuhan dan kepadatan populasi
§ Disebut juga kooperasi, contoh: pertumbuhan satu sel mikroba menjadi koloni
Interaksi Negatif :
§ Menurunkan kecepatan pertumbuhan dengan meningkatnya kepadatan populasi, misal: populasi mikroba yang ditumbuhkan dalam substrat terbatas
§ Disebut juga kompetisi, contoh: interkasi jamur Fusarium dan Verticillium menghasilkan asam lemak dan H2S yang bersifat meracun
2. Interaksi antar populasi mikroba
Di alam jarang sekali ditemukan mikroba yang hidup sebagai biakan murni, tetapi selalu berada dalam asosiasi dengan jasad-jasad lain
Antar jasad dalam satu populasi atau antarpopulasi jasad yang satu dengan yang lain saling berinteraksi
a. Netralisme
§ Netralisme adalah hubungan antara dua populasi yang tidak saling mempengaruhi dan terjadi pada kepadatan populasi yang sangat rendah atau secara fisik dipisahkan dalam mikrohabitat
§ Netralisme terjadi pada keadaan mikroba tidak aktif, misal dalam keadaan kering beku, atau fase istirahat (spora, kista). Contoh: interaksi antara mikroba allocthonous (nonindigenous) dengan mikroba autocthonous (indigenous)
b. Komensalisme
§ Hubungan terjadi apabila satu populasi diuntungkan tetapi populasi lain tidak terpengaruh. Contoh: Bakteri Flavobacterium brevis dapat menghasilkan ekskresi sistein. Sistein digunakan oleh Legionella pneumophila. Desulfovibrio mensuplai asetat dan H2 untuk respirasi anaerobik Methanobacterium
c. Sinergisme
§ Menyebabkan terjadinya suatu kemampuan untuk dapat melakukan perubahan kimia tertentu di dalam substrat
§ Apabila asosiasi melibatkan 2 populasi atau lebih dalam keperluan nutrisi bersama, maka disebut sintropisme yang sangat penting dalam peruraian bahan organik tanah, atau proses pembersihan air secara alami
d. Mutualisme (Simbiosis)
§ Asosiasi antara dua populasi mikroba yang keduanya saling tergantung dan sama-sama mendapat keuntungan
§ Simbiosis bersifat sangat spesifik (khusus) dan salah satu populasi tidak dapat digantikan oleh spesies lain yang mirip. Contoh: bakteri Rhizobium sp. yang hidup pada bintil akar tanaman kacang-kacangan
e. Kompetisi
§ Hubungan negatif antara 2 populasi mikroba yang keduanya mengalami kerugian yang ditandai dengan menurunnya sel hidup dan pertumbuhannya
§ Kompetisi terjadi pada 2 populasi mikroba yang menggunakan nutrien/makanan yang sama, atau dalam keadaan nutrien terbatas. Contoh: antara protozoa Paramaecium caudatum dengan Paramaecium aurelia
f. Amensalisme (Antagonisme)
§ Asosiasi antar spesies yang menyebabkan salah satu pihak dirugikan, pihak lain diuntungkan atau tidak terpengaruh apapun
§ Umumnya merupakan cara untuk melindungi diri terhadap populasi mikroba lain, misalnya dengan menghasilkan senyawa asam, toksin, atau antibiotika. Contoh: bakteri Acetobacter yang mengubah etanol menjadi asam asetat. Asam tersebut dapat menghambat pertumbuhan
g. Parasitisme
§ Terjadi antara dua populasi, satu diuntungkan (parasit) dan populasi lain dirugikan (host/inang)
§ Terjadi karena keperluan nutrisi dan bersifat spesifik, ukuran parasit biasanya lebih kecil dari Inangnya dan memerlukan kontak secara fisik maupun metabolik serta waktu kontak yang relatif lama. Contoh: Jamur Trichoderma sp. Memparasit jamur Agaricus sp.
h. Predasi
§ Hubungan predasi terjadi apabila satu organisme predator memangsa atau memakan dan mencerna organisme lain (prey)
§ Umumnya predator berukuran lebih besar dibandingkan prey, dan peristiwanya berlangsung cepat
§ Contohnya adalah Protozoa (predator) dengan bakteri (prey). Protozoa Didinium nasutum (predator) dengan Paramaecium caudatum (prey)
3. Nutrisi dan Medium Mikroba
Medium adalah tempat untuk menumbuhkan mikroba. Mikroba memerlukan nutrisi untuk memenuhi kebutuhan energi, bahan pembangun sel, dan sintesis protoplasma serta bagian-bagian sel lainnya. Setiap mikroba mempunyai sifat fisiologi tertentu, sehingga memerlukan nutrisi tertentu pula. Susunan kimia sel mikroba relatif tetap, baik unsur kimia maupun senyawa yang terkandung di dalam sel. Penyusun utama sel adalah C, H, O, N, dan P, yang jumlahnya + 95 % dari berat kering sel, sedangkan sisanya tersusun dari unsur-unsur lain. Air 80-90 %, dan bagian lain 10-20 % terdiri dari protoplasma, dinding sel, lipida untuk cadangan makanan, polisakarida, polifosfat, dan senyawa lain.
A. FUNGSI NUTRISI UNTUK MIKROBA
§ Setiap unsur nutrisi mempunyai peran tersendiri dalam fisiologi sel. Unsur tersebut diberikan ke dalam medium sebagai kation garam anorganik yang jumlahnya berbeda-beda tergantung pada keperluannya. Contoh: Natrium dalam kadar yang agak tinggi diperlukan oleh bakteri tertentu yang hidup di laut, algae hijau biru, dan bakteri fotosintetik, Natrium tersebut tidak dapat digantikan oleh kation monovalen yang lain
§ Mikroba dapat menggunakan makanannya dalam bentuk padat (tergolong tipe holozoik ) maupun cair (tergolong tipe holofitik)
§ Mikroba holofitik dapat pula menggunakan makanan dalam bentuk padat, tetapi makanan tersebut harus dicernakan lebih dulu di luar sel dengan pertolongan enzim ekstraseluler (extracorporeal digestion)
Bahan makanan yang digunakan berfungsi sebagai sumber energi, bahan pembangun sel, dan sebagai aseptor atau donor elektron .Dalam garis besarnya bahan makanan dibagi menjadi tujuh golongan yaitu:
air sumber energi
sumber karbon
sumber aseptor elektron
sumber mineral
faktor tumbuh
sumber nitrogen
Air. Komponen utama sel mikroba dan medium dan sebagai sumber oksigen untuk bahan organik sel pada respirasi dan sebagai pelarut dan alat pengangkut dalam metabolisme.
Sumber Energi. Beberapa sumber energi untuk mikroba yaitu senyawa organik atau anorganik yang dapat dioksidasi dan cahaya matahari
Sumber Karbon. Berbentuk senyawa organik meliputi karbohidrat, lemak, protein, asam amino, asam organik, garam asam organik, polialkohol, dan sebagainya. Berbentuk senyawa anorganik misalnya karbonat dan gas CO2 yang merupakan sumber karbon utama.
Sumber Aseptor Elektron. Proses oksidasi biologi merupakan proses pengambilan dan pemindahan elektron dari substrat. Elektron dalam sel tidak berada dalam bentuk bebas, maka harus ada suatu zat yang dapat menangkap elektron tersebut. Penangkap elektron ini disebut aseptor elektron, ialah agensia pengoksidasi . Yang dapat berfungsi sebagai aseptor elektron ialah O2, senyawa organik, NO3, NO2, N2O, SO4, CO2, dan Fe3+
Sumber Mineral
Unsur penyusun utama sel ialah C, O, N, H, dan P dan yang diperlukan sel ialah K, Ca, Mg, Na, S, Cl
Unsur mineral mikro ialah Fe, Mn, Co, Cu, Bo, Zn, Mo, Al, Ni, Va, Sc, Si, Tu, dan sebagainya
Unsur mikro sering terdapat sebagai ikutan (impurities) pada garam unsur makro, dan dapat masuk ke dalam medium melalui kontaminasi tempat medium atau lewat partikel debu.
Unsur mineral juga berfungsi untuk mengatur tekanan osmosis, kadar ion H+ (kemasaman, pH), dan potensial oksidasireduksi (redox potential) medium
Faktor Tumbuh
Faktor tumbuh ialah senyawa organik yang sangat diperlukan untuk pertumbuhan (sebagai prekursor, atau penyusun bahan sel) dan senyawa ini tidak dapat disintesis dari sumber karbon yang sederhana. Faktor tumbuh sering juga disebut zat tumbuh dan hanya diperlukan dalam jumlah sangat sedikit. Faktor tumbuh digolongkan menjadi asam amino sebagai penyusun protein; basa purin dan pirimidin sebagai penyusun asam nukleat; dan vitamin sebagai gugus prostetis atau bagian aktif dari enzim.
Sumber Nitrogen. Mikroba dapat menggunakan nitrogen dalam bentuk amonium, nitrat, asam amino, protein, dan sebagainya. Jenis senyawa nitrogen yang digunakan tergantung pada jenis jasadnya Beberapa mikroba dapat menggunakan nitrogen dalam bentuk gas N2 (zat lemas) udara, mikroba ini disebut mikrobia penambat nitrogen.
B. PENGGOLONGAN MIKROBA BERDASARKAN NUTRISI DAN OKSIGEN
Berdasarkan Sumber Karbon
1. Jasad Ototrof ialah jasad yang memerlukan sumber karbon dalam bentuk anorganik, misalnya CO2 dan senyawa karbonat
2. Jasad Heterotrof ialah jasad yang memerlukan sumber karbon dalam bentuk senyawa organik, yang dibedakan menjadi:
a. Jasad Saprofit ialah jasad yang dapat menggunakan bahan organik yang berasal dari sisa jasad hidup atau sisa jasad yang telah mati
b. Jasad Parasit ialah jasad yang hidup di dalam jasad hidup lain dan menggunakan bahan dari jasad inang (hospes)-nya, jasad parasit yang dapat menyebabkan penyakit pada inangnya disebut jasad patogen
Berdasarkan Sumber Energi
1. Jasad Fototrof : jika menggunakan energi cahaya
2. Jasad Khemotrof : jika menggunakan energi dari reaksi kimia
Jika didasarkan atas sumber energi dan karbonnya, maka dikenal jasad Fotoototrof, Fotoheterotrof, Khemoototrof dan Khemoheterotrof
Berdasarkan Kebutuhan Oksigen
1. Jasad Aerob ialah jasad yang menggunakan oksigen bebas (O2) sebagai satu-satunya aseptor hidrogen yang terakhir dalam proses respirasinya
2. Jasad Anaerob, sering disebut anaerob obligat ialah jasad yang tidak dapat menggunakan oksigen bebas sebagai aseptor hidrogen terakhir dalam proses respirasinya
3. Jasad Mikroaerob ialah jasad yang hanya memerlukan oksigen dalam jumlah yang sangat sedikit
4. Jasad Aerob Fakultatif ialah jasad yang dapat hidup dalam keadaan anaerob maupun aerob. Jasad ini juga bersifat anaerob toleran
5. Jasad Kapnofil ialah jasad yang memerlukan kadar oksigen rendah dan kadar CO2 tinggi
C. MEDIUM PERTUMBUHAN MIKROBA
Susunan dan kadar nutrisi suatu medium harus seimbang agar mikroba dapat tumbuh optimal, jika kadarnya terlalu tinggi akan menjadi zat penghambat atau racun bagi mikroba yang menyebabkan aktivitas metabolisme, pertumbuhan mikroba, dan aktivitas fisiologi dapat terganggu hingga dapat mati.
Medium memerlukan kemasaman (pH) tertentu tergantung pada jenis jasad yang ditumbuhkan
Aktivitas metabolisme mikroba dapat mengubah pH, sehingga untuk mempertahankan pH medium ditambahkan bahan buffer. Beberapa komponen penyusun medium dapat juga berfungsi sebagai buffer.
1. Medium Dasar/Basal Mineral
Medium yang mengandung campuran senyawa anorganik yang selanjutnya ditambah zat lain apabila diperlukan
2. Medium Sintetik
Medium yang seluruh susunan kimia dan kadarnya telah diketahui dengan pasti
3. Medium Kompleks
Medium yang susunan kimianya belum diketahui dengan pasti
4. Medium Diperkaya
Medium yang ditambah zat tertentu yang merupakan nutrisi spesifik untuk jenis mikroba tertentu
4. Enzim Mikroba
Enzim adalah katalisator organik (biokatalisator) yang dihasilkan oleh sel yang berfungsi untuk mempercepat reaksi kimia Setelah reaksi berlangsung, enzim tidak mengalami perubahan jumlah, sehingga jumlah enzim sebelum dan setelah reaksi adalah tetap
Enzim mempunyai selektivitas dan spesifitas yang tinggi terhadap reaktan yang direaksikan dan jenis reaksi yang dikatalisasi
A. MEKANISME BEKERJANYA ENZIM
1. Enzim meningkatkan kecepatan reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi
2. Energi aktivasi adalah energi yang diperlukan untuk mengaktifkan suatu reaktan sehingga dapat bereaksi untuk membentuk senyawa lain
3. Saat berlangsungnya reaksi enzimatik terjadi ikatan sementara antara enzim dengan substratnya (reaktan) yang bersifat labil dan hanya untuk waktu yang singkat saja. Selanjutnya ikatan enzim-substrat akan pecah menjadi enzim dan hasil akhir
4. Enzim yang terlepas kembali setelah reaksi dapat berfungsi lagi sebagai biokatalisator untuk reaksi yang sama
B. STRUKTUR ENZIM
§ Pada umumnya enzim tersusun dari protein, dapat berupa protein sederhana atau protein yang terikat pada gugusan non-protein
§ Dialisis enzim dapat memisahkan bagian-bagian protein, yaitu bagian protein yang disebut apoenzim dan bagian nonprotein yang berupa koenzim, gugus prostetis dan kofaktor ion logam. Masing-masing bagian tersebut apabila terpisah menjadi tidak aktif.
§ Apoenzim apabila bergabung dengan bagian nonprotein disebut holoenzim yang bersifat aktif sebagai biokatalisator
§ Koenzim dan gugus prostetik berfungsi sama. Koenzim adalah bagian yang terikat secara lemah pada apoenzim (protein), sedangkan gugus prostetik adalah bagian yang terikat dengan kuat pada apoenzim
§ Koenzim berfungsi menentukan jenis reaksi kimia yang dikatalisis enzim
C. PENGGOLONGAN ENZIM
Umumnya pemberian nama enzim didasarkan atas nama substrat yang dikatalisis atau daya katalisisnya dengan penambahan kata –ase, misal proteinase adalah enzim yang dapat mengkatalisis pemecahan protein
1. Berdasarkan tempat bekerjanya
a. Endoenzim, disebut juga enzim intraseluler, yaitu enzim yang bekerjanya di dalam sel
b. Eksoenzim, disebut juga enzim ekstraseluler, yaitu enzim yang bekerjanya di luar sel
2. Berdasarkan daya katalisis
a. Oksidoreduktase, mengkatalisis reaksi oksidasi-reduksi, yang merupakan pemindahan elektron, hidrogen, atau oksigen
b. Transferase, mengkatalisis pemindahan gugusan molekul dari suatu molekul ke molekul yang lain
c. Hidrolase, mengkatalisis reaksi-reaksi hidrolisis
d. Liase, mengkatalisis pengambilan atau penambahan gugusan dari suatu molekul tanpa melalui proses hidrolisis
e. Isomerase, mengkatalisis reaksi isomerisasi
f. Ligase, mengkatalisis reaksi penggabungan 2 molekul dengan dibebaskannya molekul pirofosfat dari nukleosida trifosfat
g. Enzim lain dengan tatanama berbeda, enzim yang penamaannya tidak menurut cara di atas, misalnya enzim pepsin
3 . Penggolongan enzim berdasar cara terbentuknya
a. Enzim konstitutif, enzim yang jumlahnya dipengaruhi kadar substratnya, misalnya: enzim amilase
b. Enzim adaptif, enzim yang pembentukannya dirangsang oleh adanya substrat, contoh: enzim beta galaktosidase yang dihasilkan oleh bakteri E.coli yang ditumbuhkan di dalam medium yang mengandung laktosa
D. FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI REAKSI ENZIMATIK
1. Substrat (reaktan) Penambahan kadar substrat sampai jumlah tertentu dengan jumlah enzim yang tetap, akan mempercepat reaksi enzimatik sampai mencapai maksimum. Namun penambahan substrat selanjutnya tidak akan menambah kecepatan reaksi .
2. Suhu Kenaikan suhu sampai optimum akan diikuti pula oleh kenaikan kecepatan reaksi enzimatik
3. Kemasaman (pH)pH dapat mempengaruhi aktivitas enzim, daya katalisis enzim menjadi rendah pada pH rendah maupun tinggi, karena terjadinya denaturasi protein enzim
4. Penghambat Enzim (Inhibitor) . Inhibitor enzim adalah zat atau senyawa yang dapat menghambat enzim dengan beberapa cara penghambatan, yaitu Penghambat Bersaing (Kompetitif), Penghambat Tidak Bersaing (Non-kompetitif), Penghambat Umpan Balik (Feed Back Inhibitor), Penghambat Represor, dan Penghambat Alosterik
5. Aktivator (Penggiat) atau Kofaktor. Aktivator atau kofaktor adalah suatu zat yang dapat mengaktifkan enzim yang semula belum aktif. Enzim yang belum aktif disebut pre-enzim atau zymogen (simogen).
6. Penginduksi (Induktor) Induktor adalah suatu substrat yang dapat merangsang pembentukan enzim.
5. Bioenergetik Mikroba
Bioenergetik mikroba mempelajari penghasilan dan penggunaan energi oleh mikroba. Mikroba melakukan proses metabolisme yang terdiri atas katabolisme dan anabolisme. Katabolisme merupakan proses perombakan bahan disertai pembebasan energi (reaksi eksergonik). Anabolisme merupakan proses biosintesis yang memerlukan energi (reaksi endergonik).
- BIOOKSIDASI DAN PEMINDAHAN ENERGI
- Energi yang berasal dari cahaya harus diubah menjadi energi kimia sebelum digunakan dalam reaksi endergonik
- Dalam sel, energi kimia terdapat dalam bentuk gugus organik berenergi tinggi. yang mengandung S atau P, Adenosin trifosfat (ATP) salah satu gugus berenergi tinggi yang terpenting
- Energi yang dibebaskan ATP tergantung pada keadaan hidrolisisnya, terutama pH dan kadar reaktan. Meskipun ATP mengandung 2 fosfat berenergi tinggi, dalam reaksi umumnya hanya satu fosfat berenergi tinggi digunakan untuk aktivasi
- Oksidasi dalam sel dikatalisis oleh enzim yang mempunyai kofaktor atau gugus prostetis
B. FERMENTASI
Suatu reaksi oksidasi-reduksi disebut fermentasi (respirasi anaerob) apabila sebagai aseptor elektron yang terakhir bukan oksigen, dan fermentasi merupakan bagian perombakan gula secara anaerob
Banyak jasad yang dapat melakukan fermentasi lewat (jalur) rangkaian reaksi kimia tertentu, antara lain melalui jalur:
1. Jalur Emden-Meyerhof-Parnas (EMP) .Reaksi ini disebut glikolisis, pemecahan gula secara anaerob sampai asam piruvat yang dilakukan oleh kebanyakan jasad dari tingkat tinggi hingga tingkat rendah
2. Jalur Entner-Doudoroff (ED). Reaksi ini dilakukan oleh beberapa jasad antara lain Pseudomonas sp. yang dapat membentuk alkohol dari gula lewat jalur ini
3. 3. Jalur Heksosa Mono Fosfat (HMP).Reaksi ini berguna untuk membentuk gula pentosa dan lain-lain untuk keperluan biosintesis terutama membentuk NADPH2
4. 4. Jalur Heterofermentatif bakteri asam laktat. Pada fermentasi secara heterofermentatif selain asam laktat dihasilkan pula asam asetat, etanol, dan CO2
5. 5. Jalur Metabolisme asam piruvat secara anaerob. Banyak jasad anaerob yang mempunyai enzim berbeda-beda yang digunakan dalam perombakan asam piruvat
C. RESPIRASI
Respirasi adalah proses oksidasi biologis dengan O2 sebagai aseptor elektronnya yang terakhir.
Pada jasad eukariotik proses ini terjadi di dalam mitokondria, sedang pada jasad prokariotik terjadi di bawah membran plasma atau pada mesosome . Proses ini adalah fase kedua yang aerob dari perombakan gula fase pertama yang anaerob (glikolisis). Pada respirasi dihasilkan banyak energi yang dapat digunakan untuk proses biosintesis . Reaksi ini lewat bagan terutama siklus Krebs, meskipun ada yang lewat terobosan asam glioksilat.
Fotosintesis menggunakan cahaya sebagai sumber energi. Proses ini menggunakan pigmen klorofil untuk mengabsorpsi energi cahaya dan mengubahnya menjadi energi kimia. Jika klorofil terkena cahaya, akan mengabsorpsi sebesar h sehingga terangsang dan membebaskan elektron; klorofil menjadi bermuatan positif, elektron yang lepas akan bergerak lewat sistem transpor elektron dan kembali ke pusat reaksi klorofil
E. PENGGUNAAN ENERGI OLEH JASAD
Energi digunakan dalam setiap reaksi endergonik dan reaksi eksergonik. Untuk memulai reaksi diperlukan energi aktivasi. Dalam setiap reaksi enzim mempunyai peranan penting. Proses yang memerlukan energi antara lain proses biosintesis molekul kecil dan molekul makro, yang akhirnya menuju ke pertumbuhan dan pembiakan; penyerapan unsur makanan, gerak, dan sebagainya.
F. KATABOLISME MAKROMOLEKUL
Terjadi proses peruraian, antara lain:
1. Peruraian Karbohidrat
2. Peruraian Lemak
3. Peruraian Protein
4. Peruraian Asam Nukleat
Dibantu oleh enzim, dan selanjutnya dimetabolisme lewat siklus Krebs. Contoh Autochthonous dan Allochthonous adalah Diatom. Dari sumbernya diatom dapat di kelompokan kedalam Diatom asli perairan (Autochthonous) dan Diatom yang berasal dari luar perairan (Allochthonous). Pada daerah-daerah pantai atau estuari yang banyak terdapat vegetasi seperti lamun (seagrass) dan Macroalga, perairan tersebut kebanyakan di jumpai kelompok Diatom asli yang berasal dari perairan (autochthonous) yang umumnya berasal dari epifit yang melekat pada macrofit. Kelompok diatom ini juga dikenal dengan “epiphytic diatome”
