Kuliah 9 PERTUMBUHAN & PEMBELAHAN SEL

1. Kuliah 9PERTUMBUHAN & PEMBELAHAN SEL FARMASI – UHAMKA 2013 Priyo Wahyudi

2. PERTUMBUHAN & PEMBELAHAN SEL a. Bentuksel b. Pemanjangan, pembelahan c. Faktor-faktor yang mempengaruhipertumbuhan (oksigen, nutrisi, pH, temperatur, osmolaritas)

3. Figure 27.0 Bacteria on the point of a pin

4. Bacterial Morphology • Macroscopic/ Colonial morphology • Colony’s characteristics: • Colony’s Shape,Size, Edge/ Margin, Chromogenesis/ pigmentation, Opacity, Elevation, Surface, Consistency, Emulsifiability, Odor • Observed on an agar plate • Microscopic morphology • Cellular morphology: • Cell’s Shape, Size, Arrangement, Ultra-structure • Observed under the microscope

5. Colonial Morphology • Shape • Edge • Elevation • Size • Chromogenesis • Opacity • Surface • Consistency • Emulsifiability • Odor

6. Shape Edge Elevation

7. Bacillus subtilis Colony shape and size: irregularMargin (edge): undulate (wavy)Elevation: umbonateColor: white, dullTexture: dry (or rough).

8. Staphylococcusaureus Colony shape and size: circularMargin (edge): entireElevation: corvexColor: yellowTexture: butyrous(buttery)

9. Bentuk Sel Bakteri 1. Bulat /Coccus

10. Bentuk Sel Bakteri 2. Batang / Basil

11. Bentuk Sel Bakteri 3. Spiral

12. Figure 27.3 The most common shapes of prokaryotes * * * rod-like (bacillus or bacilli) spherical (coccus or cocci) helical (spirillum or spirilla)

13. BentukSelBakteri

14. BentukSelBakteri Bacillus: * Rod-shaped Coccus: * Sphere-shaped Spirillum: * Spiral-shaped

15. Bacteria Arrangements Diplo – paired cells  diplococci Strepto – chained cells  streptococci Staphylo – clustered cells  staphylococci

16. Pertumbuhan Bakteri • Binary Fission • Kurva Pertumbuhan Bakteri • Pengukuran Pertumbuhan • Pengukuran Masa Sel • Pengukuran Jumlah Sel • Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan • pH • Suhu • Aw • Oksigen

17. Binary Fission

18. Binary Fission

19. Binary Fission

20. Stasioner Eksponensial (Logaritmik) Kematian Lag KurvaPertumbuhanBakteri Jumlah sel hidup Waktu

21. Kurva Pertumbuhan Bakteri 1. Fase Lag • Merupakanfaseadaptasibagimikroba yang beradapadalingkunganbaru. Terjadisesaatsetelahinokulasiselmikrobakedalam medium yang baru. Jumlahselnyabelumberubah, karenabelumterjadiperbanyakan/pembelahan sel. Namundemikian, selmelakukanpertumbuhan (perbesaran) baikukurandan volume, mensintesisensim, protein danpeningkatanaktivitasmetabolik, dll yang diperlukanuntuktahappembelahan sel. • Lama fase lag tergantung : jumlahinokulum, waktu recover darikerusakanfisikatau shock saat transfer, waktu yang diperlukanuntukmensintesiskoensimesensialataufaktorpembelahansel, waktu yang diperlukanuntukmensintesisenzimbaru (inducible) yang diperlukanuntukmemetabolissubstrat yang adadi medium.

22. Kurva Pertumbuhan Bakteri 2. FaseEksponensial / Logaritmik • Faseeksponensial / logaritmikmerupakanfasedimanaselbakterimembelahdiri (binary fission) denganberlipatgandadalamwaktu yang cepatsehinggamembentukpolaeksponensial (geometric progression). • Selakanmembelahdiridenganlaju yang cepattergantungpadakomposisi medium pertumbuhandankondisiinkubasi. • Geometric progression: 1, 2, 4, 8, dst. Atau 20, 21, 22, 23.........2n ( n = jumlahgenerasi). Hal tersebutdinamakanpertumbuhaneksponensial. 

23. Kurva Pertumbuhan Bakteri 3. FaseStasioner • Pertumbuhaneksponensialtidakdapatberlanjutpadakultur batch (sistemtertutup, spt: padatabung). Pertumbuhanpopulasiseldibatasioleh: • Berkurangnyanutrien • Akumulasiprodukakhirataumetabolit yang bersifat inhibitor • Berkurangnyaruang "biological space" • Selamafasestasionerjumlahpopulasiseltetap (jumlahsel yang matisamadenganjumlahsel yang barumembelah) • Padafasestasionerinibakterimulaimenghasilkanmetabolitsekunderdanmembentukspora

24. Kurva Pertumbuhan Bakteri 4. FaseKematian • Jikainkubasidilanjutkansetelahfasestasioner yang terjadiadalahfasekematian, dimanajumlahsel yang hidupberkurangdengancepat. • Hal inidisebabkanolehketerbatasan 3 faktortadi (makanan, metabolitsekunderdanketerbatasanruan) • Kematianselterjadisecaraeksponensialjugapadafaseini.

25. Pengukuran Pertumbuhan Bakteri PengukuranMasaSel • PengukuranLangsung • Pengukuranfisik: beratkeringatauberatbasahdari volume selsetelahsentrifugasi. • Pengukurankimiawi: beberapasifatkimiawikomponenselseperti total N, total protein, atau total DNA. • Pengukurankekeruhan (turbiditas) terhadapsuspensi sel. Turbiditasatau OD (optical density) suspensiselberkaitanlangsungdenganmassaselataupunjumlah sel. Makin besarmassasel/jumlahselmakinkeruh (OD nyabesar). • PengukuranTidaklangsung • Pengukuranaktivitaskimiawisepertilajukonsumsiatauproduksi O2 production or consumption, produksi CO2 dll

26. Pengukuran Pertumbuhan Bakteri PenghitunganJumlahSel • Penghitungan mikroskopis langsung menggunakan counting chambers. Sel mati tidak dapat dibedakan dengan yang hidup. • Penghitungan langsung menggunakan Electronic counting chambers. Dengan alat ini penghitungan jumlah dan ukuran distribusi sel dapat dilakukan dengan cepat • Penghitungan tidak langsung melalui teknik viable cell counts (plate counts). Teknik ini dilakukan dengan menuang platingout (spreading) sampel pada permukaan medium agar. Sampel dapat dilarutkan dengan tingkat pengenceran yang memungkinkan terhitungnya koloni bakteri yang tumbuh pada medium agar. Jumlah bakteri yang tumbuh pada medium agar dihitung dan disebut sebagai colony forming unit (cfu).

27. Faktor yang mempengaruhiPertumbuhanBakteri 1. pH • pH ataukonsentrasi ion hidrogen [H+] padalingkunganalamiahberkisarantara 0,5 (pd tanahasam) sampai 10,5 (padatanahkapur). • Kisaran pH dimanamikrobadapattumbuhdikenaldenganistilahtigatitikkardinal pH : • pH minimum, pH dimanadibawahnilaitersebutmikrobatidakdapattumbuh • pHmaximum, pH dimanadiatasnilaitersebutmikrobatidakdapattumbuh • pH optimum, pH dimanamikrobatumbuh paling baik

28. Faktor yang mempengaruhiPertumbuhanBakteri 1. pH • Pertumbuhanbakteriakanmeningkatpadarentang pH minimum ke optimum, namunakanmenurunsetelahmelewatinilai pH optimum menujukemaksimum, yang merefleksikanpengaruh pH terhadapreaksienzimatis.

29. Neutrofil Alkalifil Acidofil Laju pertumbuhan relatif 1 7 12 Nilai pH Faktor yang mempengaruhiPertumbuhanBakteri 1. pH • Sebagianbesar pH optimum bakteriadalahpada pH netral (7,0). Pengelompokanmikrobaberdasarkan pH optimumnya: • Acidofil: mikrobadengan pH optimum dibawah pH 7,0 • Neutrofil: mikrobadengan pH optimum pada pH netral (7,0) • Alkalifil: mikrobadengan pH optimum diatas pH 7,0

30. Mikroorganisme pH Minimum pH Optimum pH Maximum Thiobacillus thiooxidans 0.5 2.0-2.8 4.0-6.0 Sulfolobus acidocaldarius 1.0 2.0-3.0 5.0 Bacillus acidocaldarius 2.0 4.0 6.0 Zymomonas lindneri 3.5 5.5-6.0 7.5 Lactobacillus acidophilus 4.0-4.6 5.8-6.6 6.8 Staphylococcus aureus 4.2 7.0-7.5 9.3 Escherichia coli 4.4 6.0-7.0 9.0 Clostridium sporogenes 5.0-5.8 6.0-7.6 8.5-9.0 Erwinia caratovora 5.6 7.1 9.3 Pseudomonas aeruginosa 5.6 6.6-7.0 8.0 Thiobacillus novellus 5.7 7.0 9.0 Streptococcus pneumoniae 6.5 7.8 8.3 Nitrobacter sp 6.6 7.6-8.6 10.0

31. Faktor yang mempengaruhiPertumbuhanBakteri 2. Suhu • Suhu pada lingkungan alamiah berkisar antara suhu di bawah 0oC (pd daerah kutub) sampai > 100oC (sumber air panas). • Kisaran suhu dimana mikroba dapat tumbuh dikenal dengan istilah tiga titik kardinal suhu : • Suhu minimum, suhu dimana di bawah nilai tersebut mikroba tidak dapat tumbuh • Suhumaximum, suhu dimana di atas nilai tersebut mikroba tidak dapat tumbuh • Suhu optimum, suhu dimana mikroba tumbuh paling baik • Pertumbuhan bakteri akan meningkat pada rentang suhu minimum ke optimum, namun akan menurun setelah melewati nilai suhu optimum menuju ke maksimum, yang merefleksikan pengaruh suhu terhadap reaksi enzimatis.

32. Faktor yang mempengaruhiPertumbuhanBakteri 2. Suhu • Pengelompokan mikroba berdasarkan suhu optimumnya: • Psikrofil: mikroba dengan suhu optimum antara 10 – 15oC • Mesofil: mikroba dengan suhu optimum antara 27 – 37oC • Termofil: mikroba dengan suhu optimum antara 45 – 70oC • Hipertermofil: mikroba dengan suhu optimum antara 80 – 115oC

33. Faktor yang mempengaruhiPertumbuhanBakteri 3. Aktivitas air (Aw) • Air adalah komponen utama sel • Keberadaan air menjadi faktor kritis yang mempengaruhi pertumbuhan sel • Keberadaan air untuk kebutuhan sel tergantung pada keberadaannya di atmosfer (dikenal dgn kelembaban relatif) atau keberadaannya dalam substrat (dikenal dgn water activity). • Aktivitas air (Aw) dari H2O murni nilainya 1.0 (100% air). • Aktivitas air dipengaruhi oleh adanya zat terlarut sperti garam atau gula yang terlarut di dalam air. Makin tinggi konsentrasi zat terlarut dalam air, nilai Aktivitas air (Aw) makin rendah. • Mikroorganisme hidup pd kisaran Aw antara 1.0 sampai 0.7. • Aw darah manusia = 0.99; air laut = 0.98; syrup = 0.90.

34. Faktor yang mempengaruhiPertumbuhanBakteri 3. Aktivitas air (Aw) • Zatterlarut yang umumdialaminiadalahgaramNaCl. Mikroorganisme yang membutuhkangaramNaCluntukpertumbuhannyadisebutmikrobahalofilik. Mildhalofilikmembutuhkan 1-6% garam, halofiliksedangmembutuhkan 6-15% garam; ekstremhalofilikmembutuhkan 15-30% NaCl • Bakteri yang dapattumbuh pd konsentrasigaram yang sedang, namuntumbuhlebihbaikbilatidakadaNaCl, disebuthalotoleran. • IstilahOsmofilikdanOsmotolerandiberikanpadamikroorganisme yang dapathidupdilingkungan yang berkadargulatinggi. • IstilahXerofilikdiberikanpadamikroorganisme yang hidupdilingkungankering (gurunpasir, tepung). • Konseppenurunan Aw merupakansalahsatucarauntukmencegahpertumbuhanbakteridiaplikasikanpadaprosespengawetanmakanandengancarapengeringan (sinarmatahariatauevaporasi) ataudenganpenambahangulaataugaramdalamkonsentrasitinggi.

35. Faktor yang mempengaruhiPertumbuhanBakteri 3. Aktivitas air (Aw) • Osmolaritasditentukanolehkonsentrasibahanterlarut (solute) dilingkungan • Osmolaritasberbandingterbalikdenganwater activity (Aw), dimanamakintinggikonsentrasibahanterlarut (solute) berartimakintinggiosmolaritas, makinrendah Aw • Keterangan: (a) bakterinonhalofilsptE. coliatauPseudomonas. (b) bakterihalotoleransptStaphylococcus aureus, (c) ekstrimhalofilsptHalococcus.

36. Faktor yang mempengaruhiPertumbuhanBakteri 4. Oksigen • Obligataerob: membutuhkan O2bebasuntukpertumbuhannya; O2digunakansebagaiaseptorelektronterakhirpadarespirasiaerobik. • Obligate anaerob (aerofob): tidakmembutuhkan O2untuktumbuhnya. O2bersifattoksikdandapatmembunuhataumenghambatpertumbuhan. Prokariot obligate anaerobhidupsecarafermentarif, respirasianaerobik, bacterial photosynthesis, atausecaramethanogenesis. • Fakultatifanaerob(fakultatifaerob): mikroba yang dapatmenggntimetabolismeantaraaerobikdananaerobik. Padakondisianerobik (no O2) merekatumbuhsecarafermentasiataurespirasianaerobik, tetapibilaada O2merekadapatberalihkerespirasiaerobik. • Aerotolerananaerob :bakteri yang ekslusifanaeroik (metabolismefermentatif) namunmerekatidakbegitusensitifdenganadanya O2. MerekaakantetapbertahandengantumbuhsecarafermentatifsaattidakadaatauadaOksigen.

37. Environment Group Aerobic Anaerobic O2 Effect Obligate Aerobe Growth No growth Required (utilized for aerobic respiration) Microaerophile Growth if level not too high No growth Required but at levels below 0.2 atm Obligate Anaerobe No growth Growth Toxic Facultative Anaerobe (Facultative Aerobe) Growth Growth Not required for growth but utilized when available Aerotolerant Anaerobe Growth Growth Not required and not utilized Faktor yang mempengaruhiPertumbuhanBakteri 4. Oksigen