m.K DASAR REKAYASA BIOPROSES (TIN 221 /2(2-0)

MIKROORGANISME

Dosen : Liesbetini Hartoto

2008

• Mikroorganisme dapat hidup di berbagai habitat di dunia, seperti laut dan sungai dan memberikan sumber makanan bagi organisme yang lebih besar. Di daratan, mikroorganisme menguraikan organisme yang mati, sehingga terjadi daur-ulang nutrien

• Alasan manusia mempelajari mikroorganisme : - Banyak m.o menyebabkan penyakit pada manusia,

contohnya bakteri dan fungi dapat menjadi parasit bagi manusia, menyebabkan mulai dari keracunan sampai malaria

- Virus bersifat patogen, contoh AIDS, flu dan polio. Beberapa virus bahkan berimplikasi pada pengembangan kanker

PENDAHULUAN

Mikroorganisme juga memberikan keuntungan bagi manusia :

• Beberapa bakteri dapat mengikat N atmosfir yang berguna bagi tanaman yang kita makan.

• Beberapa fungi tumbuh secara simbiotik dengan akar tanaman, meningkatkan kemampuannya mendapatkan makanan dan air dari tanah

• Bakteri dan Protista pada usus membantu mencerna makanan

• M.o juga merupakan “alat” pada dunia pengetahuan, karena siklus hidupnya sederhana dan mampu berkembang-biak dg cepat menjadi organisme model yang ideal misalnya pada studi genetika, contohnya terapi gen menggunakan virus untuk membawa gen.

Secara umum , m.o merupakan makhluk hidup yang penting pada ekosistem sebagai producer dan pendaur-ulang

Pemahaman yang lebih besar pada m.o sangat vital untuk mempelajari dan mempertahankan lingkungan alami kita !!

Tipe Mikroorganisme :

1. Bakteri2. Fungi (termasuk khamir & Actinomycetes)3. Virus (termasuk bacteriophage)4. Protozoa (termasuk Algae)

M.O yg potensial dlm industri : bakteri dan fungi (khamir dan kapang)

Karakteristik Mikroorganisme:

1. Karakteristik Kultural - media - suhu - ketersediaan oksigen - pH2. Karakteristik Morfologis - Visual - Bentuk (panjang, lebar, diameter)

Contoh 1. Contoh 1. Karakteristik MorfologisKarakteristik Morfologis (Pengamatan ukuran, bentuk dan susunan sel, adanya flagela, (Pengamatan ukuran, bentuk dan susunan sel, adanya flagela, kapsul atau spora dengan bantuan mikroskop, baik dengankapsul atau spora dengan bantuan mikroskop, baik dengan pewarnaan maupun tidak)pewarnaan maupun tidak)

Aspergillus E. coli

Streptomyces Penicillium

4. Karakteristik Metabolisme - Metabolisme - Produk Metabolisme

5. Karakteristik Antigen - Komposisi antigen - Jenis antigen–antibody

6. Karakteristik Genetik : - Komposisi basa DNA (guanin dan sitosin) - Hibridisasi DNA

Catatan : Morfologi, matabolisme dan karakteristik genetik sangat penting untuk identifikasi m.o

BAKTERI

- Terdiri dari satu sel, berbentuk : bola (coci), batang (bacilli) atau spiral (spirilla)

- Memiliki organella dg fungsi yang berbeda-beda.- Tumbuh dan berkembang-biak secara independen media tumbuh sangat penting dlm industri mikroorganisme

BAKTERI

Struktur Sel dan Fungsi Organella :Sel bakteri terdiri dari berbagai organella dengan fungsi sesuai kebutuhan dan perkembang-biakannya.

Organella sel terdiri dari :

1.Bahan inti (nuclear materials)2.Plasma (cytoplasm)>t4 metabolisme sel3.Dinding sel (cell wall)>4.Membran sel>pengotrol keluar masuknya zat ke dalam sel5.Mesosome>pemisah 2 molekul Dna dan pem. Dinding sel6.Ribosome>untuk sentesis protein7.Pili8.Flagella>alat gerak9.Capsul>melindungi diri dr antitoksin sel inang

(Tugas : cari skema struktur sel bakteri)

Structure of Eubacteria

Komposisi kimia sel ditentukan oleh laju pertumbuhandan komposisi media tumbuh.

Komposisi sel terdiri dari :1. Air (80 %)2. Protein (40-70 % d.b)3. Asam Mukleat (13-34 % d.b)4. Lipida (10-15 % d.b)

Protein pada umumnya terdiri dari enzim. Pada kasus E.coli terdapat 2000 jenis enzim

Fungsi dan Komposisi Kimiawi Organella :Fungsi dan Komposisi Kimiawi Organella :

BagianBagian UkuranUkuran KKomposisiomposisi

1. 1. Lendir (Slime) :Lendir (Slime) :

a. Microcapsulea. Microcapsule 5-10µ5-10µ -Protein, polisakarida, -Protein, polisakarida,

lipid kompleks.lipid kompleks.

-Bertanggungjawab u/-Bertanggungjawab u/

specific antigen.specific antigen.

b. Capsuleb. Capsule 0.5-2µ0.5-2µ -Polisakarida, kadang--Polisakarida, kadang-

kadang lipid.kadang lipid.

-Pelindung sel dari -Pelindung sel dari suhu tinggi. suhu tinggi.

c. Slimec. Slime nidefinitenidefinite -Polisakarida-Polisakarida

-Pelindung Sel dan -Pelindung Sel dan pertahanan. pertahanan.

22. . Cell wallCell wall

a. Gram (+)a. Gram (+) 10-20µ10-20µ-Membentuk sel, -Membentuk sel, pelindung plasma, pelindung plasma, rigiditas sel. rigiditas sel.

-Berat 20% d.b sel.-Berat 20% d.b sel.

-Macromolecule camp.-Macromolecule camp.

N-acetyl muramic-N-acetyl muramic- peptide-teichoic acid peptide-teichoic acid dan polisaccharide. dan polisaccharide.

b. Gram (-)b. Gram (-) 10-20µ10-20µ-Fungsi idem Gram (+)-Fungsi idem Gram (+)

-Kompleks protein--Kompleks protein- polisaccharide-lipid dan polisaccharide-lipid dan sedikit muramic sedikit muramic polimer polimer

3. Cell Membrane3. Cell Membrane 5-10µ 5-10µ-Tempat lewatnya -Tempat lewatnya nutrient nutrient

-Metabolisme -Metabolisme (respirasi) (respirasi)-Semipermeable-Semipermeable-50% protein,-50% protein, 28% lipid,5-20% k.a 28% lipid,5-20% k.a

(d.b) (d.b)4. Flagellum4. Flagellum 4-12µ 4-12µ -Protein dengan -Protein dengan

BM=40,000 BM=40,000-Responsible for motility-Responsible for motility

5.5. PiliPili 0.5-2µ0.5-2µ -Protein-Protein-Responsible for moving-Responsible for moving

6. Nuclear Material6. Nuclear Material ½½selsel -DNA dengan -DNA dengan BM=1000x10 BM=1000x10 -Responsible for -Responsible for reproduction and reproduction and

growthgrowth7. Mesosome7. Mesosome 10-30mµ10-30mµ -63% RNA, 37% prot.-63% RNA, 37% prot. -Responsible for protein -Responsible for protein

synthesis synthesis

Kebutuhan untuk Pertumbuhan m.o dan MediaKebutuhan untuk Pertumbuhan m.o dan Media

a. Kebutuhan untuk Pertumbuhana. Kebutuhan untuk Pertumbuhan - - Kondisi kulturKondisi kultur yang akan menghasilkan massa sel yang akan menghasilkan massa sel

yang maksimal dpt berbeda untuk yang maksimal dpt berbeda untuk menghasilkan menghasilkan produk metabolisme yang optimal. produk metabolisme yang optimal.

contohnya : contohnya : Aspergillas nigerAspergillas niger akan menghasilkan akan menghasilkan asam sitratasam sitrat yang optimal apabila pertumbuhan yang optimal apabila pertumbuhan

pada pada kondisi kekurangan dan konsentrasi fosfor, kondisi kekurangan dan konsentrasi fosfor, metal metal juga terbatas, tetapi konsentrasi gula yang juga terbatas, tetapi konsentrasi gula yang tinggi. tinggi.

- - Suhu kultivasiSuhu kultivasi bervariasi sesuai dengan spesies m.o, bervariasi sesuai dengan spesies m.o, tetapi organisme yang terdapat pada tanah, udara,tetapi organisme yang terdapat pada tanah, udara, atau air, umumnya tumbuh pada suhu 25-30°C.atau air, umumnya tumbuh pada suhu 25-30°C. Apabila diisolasi dari hewan, maka suhunya 37°C, padaApabila diisolasi dari hewan, maka suhunya 37°C, pada kasus bakteri thermophilic, suhu tumbuhnya berkisarkasus bakteri thermophilic, suhu tumbuhnya berkisar antara 40-45°C,contohnya : lactobacilli, celluloseantara 40-45°C,contohnya : lactobacilli, cellulose digester dan m.o penghasil methane.digester dan m.o penghasil methane.

- - pH pH umumnya bakteri tumbuh pada pH dekat netral (pH umumnya bakteri tumbuh pada pH dekat netral (pH 7.0), sedangkan thermophilic bakteri tumbuh pada pH 7.0), sedangkan thermophilic bakteri tumbuh pada pH ekstrim. ekstrim.

contohnya : lactobacilli tumbuh pada pH 4.5 dan contohnya : lactobacilli tumbuh pada pH 4.5 dan thiobacilli thiobacilli pada pH 2.0 pada pH 2.0

- - Ketersediaan oksigenKetersediaan oksigen Bakteri dikelompokkan Bakteri dikelompokkan menjadi : menjadi :

a. aerobika. aerobik

b. anaerobikb. anaerobik

c. anaerobik c. anaerobik

d. facultative aerobic d. facultative aerobic

e. obligate anaerobice. obligate anaerobic

bb. Formulasi Media. Formulasi Media- Sumber karbon - Sumber karbon - Kebutuhan nitrogen (sumber nitrogen)- Kebutuhan nitrogen (sumber nitrogen) Pada industri umumnya sumber nitrogenPada industri umumnya sumber nitrogen

berasal ammonia atau garam ammonium.berasal ammonia atau garam ammonium.

- Kebutuhan mineral (sumber mineral) - Kebutuhan mineral (sumber mineral) Berbagai mineral dibutuhkan Berbagai mineral dibutuhkan

mikroorganisme mikroorganisme untuk tumbuh. Umumnya yang utama adalahuntuk tumbuh. Umumnya yang utama adalah trace-metal, seperti : Fe, Cu, Co, Mn, Zn dantrace-metal, seperti : Fe, Cu, Co, Mn, Zn dan molybdenum adalah esensial tetapi tersediamolybdenum adalah esensial tetapi tersedia dalam bentuk yang murni. dalam bentuk yang murni.

- - Kebutuhan energi ( sumber energi)Kebutuhan energi ( sumber energi) Proses pertumbuhan adalah Proses pertumbuhan adalah endergonicendergonic, oleh sebab itu , oleh sebab itu

kebutuhan terhadap energi untuk tumbuh kebutuhan terhadap energi untuk tumbuh haruslah dari proses oksidasi medium atau dari haruslah dari proses oksidasi medium atau dari cahaya cahaya matahari. matahari.

Energi ini dalam sel berbentuk senyawa kimia yang Energi ini dalam sel berbentuk senyawa kimia yang dikenal dengan dikenal dengan ATP ATP (adenosine tripolyphosphate)(adenosine tripolyphosphate)

Klasifikasi :Klasifikasi : -`Photosyntehetic bacteria memproduksi ATP dan cahaya -`Photosyntehetic bacteria memproduksi ATP dan cahaya

matahari matahari - Autotrophic bacteria memproduksi ATP dari hasil oksidasi - Autotrophic bacteria memproduksi ATP dari hasil oksidasi

senyawa anorganiksenyawa anorganik - Heterotrophic bacteria dari hasil oksidasi senyawa organik.- Heterotrophic bacteria dari hasil oksidasi senyawa organik.

Pada industri fermentasi (bioproses) sumber energi dari Pada industri fermentasi (bioproses) sumber energi dari tetes dan dari pati. Khusus untuk autotrophic bacteria tetes dan dari pati. Khusus untuk autotrophic bacteria energi dalam skala industri dapat diperoleh oksidasi energi dalam skala industri dapat diperoleh oksidasi substrat hidrokarbon yg murah seperti alkana. substrat hidrokarbon yg murah seperti alkana.

Reproduksi BakteriReproduksi Bakteri : membelah diri : membelah diri (pembelahan biner melintang)(pembelahan biner melintang)

aa Sel indukSel induk

bb Pemanjangan selPemanjangan sel

cc Invaginasi dinding sel (septum) dan Invaginasi dinding sel (septum) dan

distribusidistribusi bahan nukleusbahan nukleus

d d Pembentukan dinding sel dan Pembentukan dinding sel dan

penyebaranpenyebaran terorganisasi bahan nukleusterorganisasi bahan nukleus

ke dalam 2 selke dalam 2 sel

Pemisahan menjadi 2 sel baruPemisahan menjadi 2 sel baru

setiap sel mengulangi proses yang sama (mulai a )setiap sel mengulangi proses yang sama (mulai a )

e

FungiFungi ((Kapang & Khamir)Kapang & Khamir)-- SSel eukariotik, tidak berkhlorofil, dinding sel kaku, el eukariotik, tidak berkhlorofil, dinding sel kaku,

uniuni atau multiseluler.atau multiseluler.

- - UUkuran : mikroskopik (kuran : mikroskopik (uniseluler : uniseluler : khamir)khamir) besar besar

(kapang(kapang cendawan / jamur).cendawan / jamur).

- Kapang : sel mempunyai hifa (miselium) - Kapang : sel mempunyai hifa (miselium) spora spora

- Fisiologi : kapang - Fisiologi : kapang hanya dapat hidup dengan hanya dapat hidup dengan adanya oksigen (obligat aerob)adanya oksigen (obligat aerob)

KHAMIRKHAMIR UniselulerUniseluler Bentuk sel : bulat, oval (seperti lemon/pir) atau Bentuk sel : bulat, oval (seperti lemon/pir) atau

silindrissilindris Reproduksi vegetatif dengan “budding”, Reproduksi vegetatif dengan “budding”,

pembelahan atau sporulasipembelahan atau sporulasi

pseudo miselium

Candida krusei Candida albicans

VirusVirus -- aseluler, parasit obligataseluler, parasit obligat

- terdiri dari sebuah inti asam nukleat dikelilingi oleh - terdiri dari sebuah inti asam nukleat dikelilingi oleh selubung protein (kapsid yg mengandung bahan selubung protein (kapsid yg mengandung bahan genetik)genetik)

- ukuran sangat kecil, - ukuran sangat kecil, bentuk kubus atau heliks bentuk kubus atau heliks

- - penyebab penyebab berbagai berbagai penyakitpenyakit

- - BakteriofageBakteriofage : virus yang menginfeksi bakteri (= : virus yang menginfeksi bakteri (= pemakan bakteri)pemakan bakteri)

kesatuan biologis yang paling sederhana & mampu kesatuan biologis yang paling sederhana & mampu mereplikasi, sehingga digunakan untuk penelitian mereplikasi, sehingga digunakan untuk penelitian genetika (patogenesitas virus), imunologi dllgenetika (patogenesitas virus), imunologi dll