Materi: Matematika (Deferensial)
Alur Kehidupan Bakteri dan Arkea
| Struktur | Fungsi | Lokasi | Keterkaitan | Contoh | Hubungan Evolusi | Peran dalam Kehidupan | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Sel Prokariot |
- Tidak memiliki nukleus & organel membran - DNA untai ganda berbentuk sirkular di nukleoid - Ribosom 70S untuk sintesis protein - Membran plasma tersusun atas lipid & protein |
Unit dasar kehidupan bakteri dan arkea | Seluruh tubuh organisme | Dasar semua aktivitas biologis | E. coli, Methanobacterium | Asal mula semua bentuk kehidupan | Model studi biologi sel & evolusi |
| Materi Genetik | DNA sirkular, tanpa membran inti | Mengatur pewarisan dan fungsi sel | Nukleoid (sitoplasma) | Pusat kontrol aktivitas sel | *E. coli* genom utama | Konservasi genetik tinggi dengan eukariot | Target kloning gen dan bioteknologi |
| Plasmid R |
- DNA sirkular kecil di luar kromosom utama - Tidak membawa gen esensial untuk kelangsungan hidup - Dapat membawa gen tambahan seperti gen resistensi antibiotik - Dapat berpindah antar bakteri melalui konjugasi |
Menyandi sifat tambahan seperti resistensi | Sitoplasma | Digunakan dalam konjugasi dan transfer gen | Plasmid R di *Salmonella* | Berperan dalam evolusi resistensi antibiotik | Alat rekayasa genetika & terapi gen |
| Resistensi Antibiotik |
- Gen pada plasmid atau kromosom yang menyandi enzim pemecah antibiotik - Contoh: gen β-laktamase untuk memecah penisilin - Dapat ditransfer antar bakteri melalui plasmid R - Menyebabkan bakteri tetap hidup meskipun diberi antibiotik |
Memungkinkan bakteri bertahan terhadap obat | Plasmid dan kromosom | Meningkatkan kelangsungan hidup di lingkungan medik | Gen β-laktamase | Diseleksi dalam evolusi mikroba rumah sakit | Tantangan dalam pengobatan & kesehatan masyarakat |
| Dinding Sel |
- Tersusun dari peptidoglikan (bakteri Gram + / Gram -) - Arkea: pseudopeptida(arkea), tidak sensitif terhadap antibiotik - Menjaga tekanan osmotik dan bentuk sel |
Memberi bentuk dan melindungi dari lisis osmotik | Lapisan luar membran sel | Dasar klasifikasi Gram positif/negatif | *Staphylococcus* (Gram +) | Berbeda struktur dari eukariot | Target antibiotik seperti penisilin |
| Kapsul |
- Tersusun dari polisakarida kental atau protein - Melindungi dari fagositosis oleh sel imun - Membantu bakteri menempel pada permukaan (adhesi) |
Perlindungan dan adhesi ke permukaan | Paling luar dari bakteri virulen | Meningkatkan patogenisitas dan kebal imun | *Klebsiella pneumoniae* | Adaptasi terhadap sistem imun inang | Mempersulit fagositosis oleh sel imun |
| Flagela |
- Struktur protein spiral dari flagellin - Digunakan untuk motilitas (bergerak menuju/menjauhi rangsang) - Gerakan seperti baling-baling (rotasi) → tak ada di eukariot |
Alat gerak bakteri/arkea | Menonjol di luar dinding sel | Berperan dalam kolonisasi dan pergerakan | *E. coli*, *Helicobacter pylori* | Berbeda struktur dari eukariot | Memungkinkan bakteri menuju sumber nutrien |
| Reproduksi |
- Pembelahan biner secara aseksual (duplikasi DNA lalu membelah) - Tidak melalui tahapan mitosis (prophase–telophase) - Waktu generasi bisa < 30 menit (misal: E. coli ±20 menit) |
Memperbanyak populasi dengan cepat | Sel prokariot utuh | Dasar pertumbuhan koloni | Waktu generasi *E. coli* ±20 menit | Konservasi mekanisme pada mitosis awal evolusi | Model pertumbuhan eksponensial mikroba |
| Rekombinasi Genetik |
- Transformasi: pengambilan DNA bebas dari lingkungan - Transduksi: transfer DNA melalui bakteriofag - Konjugasi: pemindahan plasmid melalui pilus seks (F+ → F−) |
Variasi genetik tanpa reproduksi seksual | Antar sel bakteri | Sumber keragaman genetik bakteri | Konjugasi plasmid F, fag lambda | Mirip prinsip crossing-over awal | Transfer gen horizontal dalam ekologi mikroba |
| Metabolisme Prokariot |
- Metabolisme sangat beragam tergantung lingkungan - Anaerob: tanpa O₂ - Aerob: dengan O₂ - Fotoautotrof: menggunakan cahaya - Kemoautotrof: menggunakan senyawa anorganik |
Memperoleh energi dan karbon | Di seluruh sitoplasma | Fleksibel pada berbagai lingkungan ekstrem | *Nitrosomonas*, *Cyanobacteria* | Berbeda dari mitokondria eukariot | Penghasil oksigen & daur nitrogen |
| Arkea |
- Dinding sel tanpa peptidoglikan - Membran dengan lipid eter (bukan ester seperti bakteri) - Enzim stabil di suhu, salinitas, atau pH ekstrem |
Hidup di lingkungan ekstrem | Kawah panas, laut garam, rawa anaerob | Mirip bakteri tapi lebih dekat dengan eukariot | *Thermoplasma*, *Halobacterium* | Berkerabat dekat dengan eukariot di RNA Polimerase | Model kehidupan awal & bioteknologi ekstremofil |
| Aplikasi Bakteri |
- Spesies bakteri digunakan untuk fermentasi, produksi antibiotik, enzim, hormon - Beberapa bakteri direkayasa secara genetik (misal: E. coli) - Bakteri probiotik menjaga keseimbangan mikrobiota tubuh |
Digunakan untuk produksi, degradasi, rekayasa genetik | Industri, lab, lingkungan, usus manusia | Dimanfaatkan manusia di banyak bidang | *E. coli*, *Bacillus*, *Lactobacillus* | Diseleksi secara buatan untuk kebutuhan manusia | Produksi insulin, antibiotik, enzim, fermentasi |
Macam-Macam Aplikasi Utama Bakteri
| Jenis Aplikasi | Contoh Organisme | Penjelasan Teknis | Penjelasan Umum | Manfaat |
|---|---|---|---|---|
| Fermentasi makanan | Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus | Fermentasi laktosa menjadi asam laktat → menurunkan pH → mengendapkan protein susu | Mengubah susu menjadi yogurt/keju dengan cara biologis alami | Meningkatkan daya simpan makanan dan menambah nilai gizi |
| Produksi antibiotik | Streptomyces griseus | Menghasilkan senyawa seperti streptomisin yang menghambat pertumbuhan mikroba lain | Bakteri memproduksi antibiotik untuk melawan pesaing di lingkungan | Digunakan dalam pengobatan infeksi bakteri |
| Rekayasa genetika | Escherichia coli | Gen manusia disisipkan ke plasmid bakteri → ditransformasi → ekspresi protein manusia (misal insulin) | Menggunakan bakteri sebagai pabrik biologis untuk membuat protein manusia | Produksi insulin, hormon pertumbuhan, vaksin rekombinan |
| Degradasi limbah (bioremediasi) | Pseudomonas putida, Bacillus subtilis | Bakteri memetabolisme senyawa berbahaya seperti minyak, logam berat, pestisida | Mengurai polutan lingkungan menggunakan mikroorganisme alami | Pembersihan tanah dan air dari limbah berbahaya |
| Fiksasi nitrogen | Rhizobium leguminosarum, Azotobacter | Mengubah nitrogen (N₂) dari udara menjadi amonia (NH₃) melalui enzim nitrogenase | Menjadikan nitrogen atmosfer tersedia untuk tanaman | Meningkatkan kesuburan tanah secara alami |
| Produksi vitamin dan asam amino | Corynebacterium glutamicum | Bakteri direkayasa menghasilkan glutamat, lisin, vitamin B12 dalam fermentor industri | Menghasilkan nutrien penting secara massal melalui bioteknologi | Digunakan dalam industri suplemen dan makanan ternak |
| Probiotik dalam kesehatan usus | Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium | Bakteri hidup menekan patogen dan memproduksi senyawa yang mendukung kesehatan usus | Mikroba baik dalam pencernaan yang menjaga keseimbangan flora usus | Menyehatkan sistem pencernaan dan meningkatkan imunitas |
| Fermentasi industri (bioetanol/bioplastik) | Clostridium acetobutylicum, Zymomonas mobilis | Fermentasi glukosa menghasilkan butanol, bioetanol, atau senyawa prekursor bioplastik | Mengubah bahan organik menjadi energi terbarukan atau plastik ramah lingkungan | Alternatif bahan bakar dan material biodegradable |
| Bioremediasi (pembersih limbah) | Geobacter, Deinococcus radiodurans | Reduksi logam berat, degradasi radioaktif, atau senyawa beracun oleh metabolisme bakteri ekstrem | Membersihkan lingkungan tercemar dengan mikroba spesifik | Memulihkan ekosistem rusak dan mencegah pencemaran |
🔬 Perbedaan Bakteri Gram Positif dan Gram Negatif
| Komponen | Gram Positif | Gram Negatif | Penjelasan Tambahan |
|---|---|---|---|
| Lapisan Peptidoglikan | Tebal (hingga 90% dari dinding sel) | Tipis (sekitar 10% dari dinding sel) | Peptidoglikan adalah polimer utama dinding sel bakteri yang memberi kekuatan struktural |
| Membran Luar | Tidak ada | Ada, mengandung lipopolisakarida (LPS) | Membran luar memberikan perlindungan tambahan, terutama dari antibiotik |
| Kandungan Lipid | Rendah | Tinggi (karena adanya membran luar) | Lipid tinggi membuat Gram negatif lebih tahan terhadap bahan kimia |
| Reaksi Pewarnaan Gram | Menahan kristal violet → Ungu | Tidak menahan kristal violet → Merah muda (safranin) | Pewarnaan Gram digunakan untuk identifikasi dan klasifikasi cepat bakteri |
| Sensitivitas terhadap Antibiotik | Lebih sensitif terhadap antibiotik (misal: penisilin) | Kurang sensitif karena perlindungan membran luar | Antibiotik seperti penisilin bekerja dengan menghambat sintesis peptidoglikan |
| Struktur Basal Flagela | Lebih sederhana | Lebih kompleks (karena harus menembus dua membran) | Flagela Gram negatif memiliki cincin tambahan untuk menembus membran luar |
| Jumlah Flagela | Bervariasi, tidak tergantung Gram | Bervariasi, tidak tergantung Gram | Jumlah dan lokasi flagela bergantung pada spesies, bukan tipe Gram |
| Pilus dan Fimbria | Bisa dimiliki, tetapi tidak khas | Sering ditemukan, terutama pada bakteri patogen | Pilus digunakan untuk konjugasi (pemindahan plasmid), fimbria untuk adhesi |
| Contoh Bakteri | Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis | Escherichia coli, Salmonella enterica | Contoh umum digunakan dalam studi klinis dan industri bioteknologi |