BAB I. PENDAHULUAN

Seperti organisme hidup lainnya, mikroorganisme membutuhkan kondisi

tertentu untuk tumbuh dan bereproduksi. Pertumbuhan mikroorganisme

menunjukkan peetambahan protoplasma dan komponen seluler lainnya meliputi

proses kimia termasuk asimilasi (anabolisme) dan desimilasi (katabolisme). Hasil

dari proses ini disebut metabolisme. Mikroorganisme ini terdiri dari bakteri,

mikoplasma, fungi, khamir, protozoa, riketsia, klamidia dan virus.

Pembelajaran mengenai bagaimana mikroorganisme, dalam hal ini

khususnya bakteri, bagaimana cara mereka tumbuh, bereproduksi, dan mengolah

proses metabolisme dalam kehidupannya dipelajari dalam ilmu fisiologi bakteri.

Dengan mempelajari fisiologi bakteri, kita dapat mengetahui berbagai fungsi

yang berjalan dalam tubuh bakteri sehingga dapat dimanfaatkan untuk membantu

manusia membiakkan bakteri yang menguntungkan dan memberantas bakteri

patogen dengan cara sedemikian rupa, baik itu pembiakkan bakteri, sampai

rekayasa genetika sekalipun.

Dengan demikian, dalam makalah fisiologi bakteri ini akan dibahas hal-hal

sebagai berikut :

1) Pertumbuhan bakteri,

2) dinamika populasi bakteri,

3) faktor yang memperngaruhi pertumbuhan bakteri,

4) pembiakan bakteri, dan

5) metabolisme bakteri.

BAB II. PEMBAHASAN

FISIOLOGI BAKTERI

2.1 PERTUMBUHAN BAKTERI

2.1.1 Definisi Pertumbuhan Bakteri

Pertumbuhan adalah peningkatan secara teratur jumlah semua

komponen suatu organisme. Jadi, peningkatan ukuran yang terjadi ketika

sebuah sel mengambil air atau menyimpan lipida atau polisakarida bukanlah

pertumbuhan yang sebenarnya. Multiplikasi sel merupakan akibat dari

pertumbuhan; pada organisme uniseluler, pertumbuhan mengarah pada suatu

peningkatan dalam jumlah individu-individu yang menghasilkan suatu

populasi atau kultur.

Dengan kata lain, pertumbuhan bakteri tidak seperti pertumbuhan

yang diapahami secara umum sebagai proses pertambahan ukuran sel, karena

pada dasarnya hal ini tidak dapat mengukur pertumbuhan bakteri. Lebih jauh

lagi, dalam pertumbuhan di laboratorium terukur sebagai pertambahan total

sejumlah sel atau pertambahan populasi sel.

2.1.2 Pengukuran Konsentrasi Mikroba

Konsentrasi mikroba dapat diukur dalam istilah konsentrasi sel

(jumlah sel yang dapat hidup per volume unit kultur) atau konsentrasi

biomasa (berat kering sel-sel per volume unit kultur). Dua parameter ini tidak

selalu ekuivalen, karena rata-rata berat kering sel bervariasi pada derajat yang

berbeda-beda dalam sejarah suatu kultur. Keduanya memiliki arti yang

berbeda; dalam studi-studi genetik mikrobia atau inaktivasi sel-sel,

konsentrasi sel merupakan kuantitas yang berarti, dalam studi-studi biokimia

atau nutrisi mikrobia, konsentrasi biomassa merupakan kuantitas yang berarti.

a. Konsentrasi sel : jumlah sel yang dapat hidup biasanya diperkirakan

sebagai ukuran konsentrasi sel. Namun untuk beberapa maksud kekeruhan

kultur diukur oleh rata-rata fotoelektrik, mungkin berhubungan dengan

perhitungan sel yang dapat hidup dalam membentuk kurva standar.

b. Densitas Biomasa : pada prinsipnya, biomasa dapat diukur secara langsung

dengan menentukan berat kering kultur mikrobia setelah kultur mikrobia

dicuci dengan air suling. Prosedur ini tidak praktis dan peneliti perlu

mengetahui pola kurva standar yang menghubungkan berat kering dengan

kekeruhan. Alternatifnya, konsentrasi biomasa dapat diperkirakan secara

langsung dengan pengukuran sebuah komponen seluler yang penting

seperti protein atau dengan menentukan volume yang ditempati sel-sel

setelah suspensi dikocok.

2.1.3 Kurva Pertumbuhan Bakteri

Jika suatu media cair diinokulasi dengan sel-sel mikrobia yang

diambil dari kultur yang sebelumnya telah tumbuh sampai jenuh dan

jumlah sel yang dapat hidup per mililiter ditentukan secara periodik dan

diplot, biasanya akan didapatkan kurva. Kurva akan dibahas dalam

beberapa fase berikut.

a. Fase Lag

Fase lag mewakili periode waktu dimana sel kehilangan

metabolisme dan enzim sebagai akibat kondisi tidak menguntungkan yang

dipertahankan pada akhir sejarah kultur mereka sebelumnya, beradaptasi

terhadap lingkungan baru mereka, intermediate dibentuk dan berakumulasi

hingga mereka sekarang berada pada kondisi yang membolehkan

pertumbuhan dilanjutkan kembali.

Sel-sel yang diambil dari media yang berbeda, akan sering

mengalami ketidakmampuan tumbuh secara genetika dalam media baru.

Pada beberapa kasus, lag yang panjang mungkin terjadi, menunjukkan

periode yang penting bagi sebagian kecil mutan pada inokulum untuk

berkembang biak secukupnya guna peningkatan jumlah sel dalam

jaringan.

b. Fase Eksponensial

Selama fase eksponensial, sel berada dalam keadaan yang tetap.

Material sel baru disintesis dengan kecepatan konstan, tetapi material baru

mengkatalitik dirinya sendiri dan peningkatan massa terjadi secara

eksponensial. Hal ini berlanjut sampai satu dari dua hal terjadi; satu atau

lebih nutrien dalam medium habis atau akumulasi hasil metabolik toksik

dan menghambat pertumbuhan.

c. Fase Stasioner

Kekurangan nutrien atau akumulasi produk toksik menyebabkan

pertumbuhan sama sekali berhenti. Pada sebagian besar kasus pergantian

sel menempati fase stasioner: dimana terdapat kehilangan sel perlahan-

lahan melalui kematian yang diimbangi oleh pembentukan sel baru melalui

pertumbuhan dan pembelahan. Pada saat hal ini terjadi, jumlah sel total

secara perlahan meningkat walaupun jumlah sel yang dapat hidup tetap

konstan.

d. Fase Penurunan (Fase Kematian)

Setelah periode waktu pada fase stationer, yang bervariasi pada

tiap organisme dan kondisi kultur, kecepatan kematian meningkat sampai

mencapai tingkat yang tetap. Matematika kematian pada keadaan yang

tetap akan dibahas di bawah ini. Seringkali setelah mayoritas sel mati,

kecepatan kematian menurun secara drastis, sehingga sejumlah kecil sel

yang hidup akan bertahan selama beberapa bulan atau tahun. Persistensi

ini mungkin pada beberapa kasus mencerminkan pergantian sel, sebagian

kecil sel tumbuh dengan memakai nutrien yang dilepaskan dan sel yang

lain mati dan lisis.

2.2 REPRODUKSI BAKTERI

Bakteri termasuk kedalam kelompok organisme uniseluller.Bakteri akan

berkembang biak dengan reproduksi seksual dan aseksual. Pembelahan biner

merupakan jenis reproduksi bakteri secara aseksual. Cara reproduksi juga dapat

dilakukan pertukaran genetik yang prosesnya seperti konjugasi, transduksi dan

transformasi adalah proses reproduksi seksual yang utama. Dalam kondisi

optimal bakteri daapt membagi dengan cepat. Bakteri dapat meningkatkan

populasi mereka setiap 9,8 menit. Reproduksi bakteri dapat dilihat melalui fase

yang berbeda.

2.2.1 Proses Reproduksi Aseksual Bakteri

Perkembangbiakan bakteri dengan cara reproduksi aseksual disebut

pembelahan biner, karena setiap satu bakteri akan membelah menjadi dua

individu. Dalam satu bakteri, kromosom tunggal menggandakan diri.

Kemudian, dihasilkan dua kromosom melekat di bagian dalam membran

plasma. Sel memanjang dan memisahkan menjadi dua helai. Akhirnya,

membran sel tumbuh ke dalam, dinding sel memisah menjadi dua sel anak

dengan sebuah kromosom di dalamnya.

Reproduksi Aseksual

Reproduksi Seksual

2.2.2 Proses Reproduksi Seksual Bakteri

Cara lainnya adalah cara reproduksi seksual. Reproduksi seksual

pada bakteri meliputi:

a. Konjugasi adalah proses di mana sel jantan lewat DNA menuju

ke sel betina melalui tabung konjugasi. Dalam konjugasi terjadi

kontak fisik antara kedua bakteri yang melibatkan transfer

informasi genetik dari satu sel bakteri yang lain. Dalam proses

ini, satu bakteri menempel pada bakteri lain melalui tabung

seperti struktur yang dikenal sebagai pili seks. Bahan genetik

tersebut kemudian dipindahkan dari satu bakteri ke bakteri yang

lain.

b. Transformasi adalah metode lain reproduksi seksual di mana

bakteri mengambil DNA dari lingkungan sekitarnya. Dalam hal

ini, sebuah fragmen DNA dari donor mati menempel pada

dinding sel bakteri hidup. DNA baru kemudian mengikat bakteri

penerima dan terjadi rekombinasi genetik. Teknik ini sangat

sering digunakan dalam bidang bioteknologi. Ketika suatu

plasmid asing diperkenalkan ke dalam bakteri, bakteri akan

menguatkan dan membuat banyak salinan. Salinan plasmid ini

kemudian digunakan untuk tujuan eksperimen.

c. Transduksi adalah proses di mana bakteriofag membawa DNA

dari satu sel ke sel yang lain. Pertukaran DNA bakteri ini melalui

virus yang menginfeksi bakteri (bakteriofag) dikenal sebagai

Transduksi dan merupakan jenis rekombinasi. Transduksi adalah

dua macam, tranduksi umum dan transduksi khusus.

Virus yang menginfeksi bakteri (bakteriofag) menyusup ke

dalam genom bakteri ketika menempel pada bakteri. Kemudian,

genom virus, enzim, dan komponen virus yang direplikasi dan

dirakit di dalam bakteri inang. Bentuk baru bakteriofag kemudian

membelah bakteri dan melepaskan virus yang direplikasi.

Selain itu, beberapa bakteri gram positif pada keadaan tertentu membentuk

resting cells yang disebut endospora (spora). Pembentukan spora terjadi jika

nutrisi esensial yang diperlukan tidak memenuhi kebutuhan untuk pertumbuhan

bakteri (sporulasi ). Apabila keadaan menjadi baik kembali atau nutrisi esensial

telah terpenuhi maka akanberubah menjadi bakteri lagi ( germinasi ).

Sporulasi

Komponen unik bakteri tertentu (contoh Bacillus dan

Clostridium) adalah kemampuannya untuk membentuk

endospora. Pada beberapa titik dalam siklus sel vegetatif

bakteri pembentukspora, pertumbuhan diistirahatkan dan

sel berubah secara progresif mengakibatkan pembentukan

endospora. Spora merupakan struktur dorman yang mampu

bertahan dalam periode yang lama dan dibantu dengan

kapasitas untuk membentuk kembali tahap vegetatif

pertumbuhan di bawah kondisi lingkungan yang sesuai.

Proses yang dilibatkan dalam sporulasi, juga pemecahan

spora dorman dan tahap munculnya sel vegetatif,

menyajikan suatu contoh primitif dari diferensiasi uniseluler.

Pembentukan endospora terjadi selama fase stationer

pertumbuhan setelah terjadi penurunan nutrien tertentu

dalam medium biakan atau lingkungan. Spora tunggal

dihasilkan dalam satu sel vegetatif dan berbeda dari sel

induknya dalam hal morfologi dan komposisi, peningkatan

resistensi terhadap lingkungan yang merugikan, dan

ketiadaan kemampuan mendeteksi aktivitas metabolik.

Resistensi spora terhadap panas menjadi perhatian utama

dalam bidang kesehatan, tetapi peningkatan resistensi

spora terhadap pengeringan, pembekuan, radiasi dan

pengrusakan oleh senyawa kimia, merupakan faktor yang

sangat penting dalam lingkungan alaminya. Nilai selektif

primer spora terletak pada panjang usianya dalam tanah

berpasangan dengan kemampuan untuk bergerminasi di

bawah kondisi lingkungan yang sesuai.

2.3 Faktor Pertumbuhan Bakteri

2.3.1 Nutrien

Nutrien dibutuhkan oleh setiap organisme untuk memenuhi segala

aktivitas seluler di dalam tubuhnya. Nutrien ini akan diserap kedalam sel

melalui penyerapan pasif (osmosis dan difusi) dan penyerapan aktif.

Setelah diserap ke dalam sel, nutrisi akan digunakan oleh sel melalui

proses metabolisme.

Nutrien dibagi menjadi dua, yaitu:

a. Nutrien essensial ; merupakan nutrien utama yang dibutuhkan untuk

pertumbuhan sel.

b. Nutrien tambahan/supplement ; merupakan nutrien pelengkap.

Nutrien-nutrien yang dibutuhkan bakteri:

1. Air

2. Sumber energi dan donor electron

3. Sumber nitrogen

4. Sumber aseptor electron

5. Mineral

6. Factor tumbuh

Nutrien masuk ke dalam sel melalui membrane sel yang bersifat

selektif permeable. Nutrien dapat masuk ke dalam sel bila ada kekuatan

yang menyebabkan terjadinya pergerakan melalui membrane sel.

Kekuatan tersebut dapat berasal dari perbedaan potensi kimia atau kadar

nutrien yang ada di luar sel dan di dalam sel. Proses pergerakan tersebut

memelukan energi.

Proses penyerapan nutrien pada sel dibagi menjadi:

o Penyerapan pasif, yaitu osmosis dan difusi.

o Penyerapan aktif yang memerlukan energi,

Contohnya: penyerapan laktosa pada E. coli serta penyerapan glukosa

pada azotobacter.

1. Air

Merupakan bagian terbesar dari sel, (70-58%), berperan dalam semua

proses reaksi kimia sel, dan sumber O2 dari bahan organik sel. Selain itu

bertindak juga sebagai pelarut nutrien, sehingga dapat diserap sel serta

berfungsi menyerap panas yang dihasilkan selama metabolisme

berlangsung.

2. Sumber Karbon

Kebutuhan jasad renik akan karbon dibagi menjadi dua golongan, yaitu:

- Karbon Anorganik: Karbondioksida, karbonat

- Karbon Organik: C

Berdasarkan kebutuhan karbon, bakteri dibedakan menjadi:

1. Bakteri Autotrop: bakteri yang menggunakan karbon organik.

2. Bakteri Heterotrop: bakteri yang menggunakan CO2 sebagai sumber

karbon satu-satunya untuk tumbuh.

3. Sumber Nitrogen

Nitrogen diserap dalam bentuk organic dan anorganik. Sumber nitrogen

organik adalah purin, pirimidin, asam amino, dan protein, sedangkan

sumber nitrogen anorganik adalah amoniak (NH3) dan nitrat (HNO3)

4. Sumber Aseptor Elektron

Dalam bioenergi, diperlukan aseptor elektron (penerima elektron). Bila

aseptor tidak ada maka proses akan terhambat.

Contoh aseptor electron:

- Oksigen

- Senyawa anorganik (Nitrit, Nitrat, Fe3+)

- Senyawa organik.

5. Mineral

Mineral-mineral yang dibutuhkan oleh bakteri terdiri dari dua kelompok,

yaitu:

a. Makronutrien: mineral yang dibutuhkan dalam jumlah besar dan

diperlukan untuk menyusun bahan-bahan seluler. Contoh: kalium

magnesium, kalsium, natrium, besi.

b. Mikronutrien: mineral yang dibutuhkan dalam jumlah kecil, biasanya

diperlukan sebagai factor dari beberapa enzim. Contoh: Mn, Co, Zn,

Cu, and Mo.

2.3.2 Konsentrasi Ion Hidrogen (pH)

pH adalah ukuran dari ion hidrogen yang aktif dalam suatu larutan

atua bisa disebut algoritma negatif dari konsentrasi ion hidrogen. Setiap

unit pH merepresentasikan sepuluh kali lipat perubahan dalam konsentrasi

ion hidrogen. pH amat mempengaruhi pertumbuhan mikroba. Setiap jenis

memiliki jarak pertumbuhan pH dan pertumbuhan pH optimum.

Diantaranya adalah asidofil (0 - 5,5), neutrofil (5,5 - 8,0), dan alkalofil (8,5

- 11,5), namun ada juga alkalofil yang memiliji perumbuhan pH

maksimum saat 10 atau lebih.

Mikroorganisame biasa tumbuh dalam jangkauan pH yang luas dan

jauh dari nilai optimumnya, namun ada batas tertentu untuk batas mereka.

Perubahan drastis dalam pH sitoplasma dapat menghancurkan

mikroorganisme dengan mengganggu membran plasma atau menghambat

aktivitas enzim dan transpor protein membran. Prokariot dapat mati saat

pH dibawah 5,0-5,5.

Mikroorganisme harus beradaptasi terhadap perubahan pH untuk

bertahan. Seperti bakteri, potassium/proton dan sodium/proton dan

membenarkan sedikit variasi dalam pH. Jika pH berubah menjadi terlalu

asam, mekanisme lainnya akan terhenti. Jika pH turun hingga sekitar 5,5-

6,0, Salmonella typhimurium dan E. coli akan mensintesis protein baru

sebagai bagian dari respon toleransi asam mereka.

Sering kali mikroorganisme merubah pH lingkungn mereka sendiri

dengan memproduksi asam atau produksi metabolis berlebih mereka.

Mikroorganisme yang terfermentasi merubah asam organik dari

karbohidrat. Beberapa mikroorganisme membuat lingkuat mereka menjadi

lebih alkaline dengan menaikkan amonia melalui degradasi asam amino.

2.3.3 Temperatur

Mikroorganisme, termasuk bakteri, dapat dikelompokkan

berdasarkan jangkauan temperatur dimana mereka dapat tumbuh dengan

baik, yaitu:

1) Psikrofilik;tumbuh pada temperatur yang rendah dengan temperatur

optimum antara 10-150 C dan suhu minimum 2-40 C. Organisme ini

bertambah banyak dengan lambat pada temperator refrigerator

menyebabkan makanan menjadi busuk dalam beberapa minggu.

2) Mesofilik; temperatur optimum untuk mikroorganisme ini adalah 25-

400 C. Banyak organisme mesofilik yang menyebabkan penyakit pada

manusia, memiliki jangkauan suhu yang sempit, 35-370 C untuk

tumbuh.

3) Termofilik; mikroorganisme ini tumbuh pada temperatur 50-600 C.

Referensi lain menggolongkan mikroorganisme menurut temperatur

tumbuhnya dalam lima jenis sebagai berikut.

1) Psikrofilik, suhu optimalnya < 15O C, maksimal 20O C

2) Fakultatif psikrofilik, bisa 0 – 7 O C, optimal 20-30O C, maksimal

35O C

3) Mesofilik, suhu optimal 20-45 O C, minimum 15 – 20 O C,

maksimum sekitar 45O C

4) Termofilik, suhu optimal 55-65O C, minimal 45O C

5) Hipertermofilik, suhu optimal 80-113O C, minimal 55O C

2.3.4 Konsentrasi Oksigen

Dilihat dari kemampuan dapat tidaknya bertahan hidup dengan oksigen,

organisme dibagi menjadi dua golongan,yaitu organisme aerob yang

membutuhkan oksigen untuk kelangsungan hidupnya, dan organisme anaerob

yang tidak memerlukan oksigen untuk bertahan hidup. Hampir semua organisme

multiselular membutuhkan oksigen untuk pertumbuhannya. Berikut adalah

golongan-golongan organisme aerob dan anaerob:

a. Obligate aerobes

Memerlukan oksigen sebaga i akseptor elektron untuk pembentukkan

ATP, contoh: Mycobacterium tuberculosis

b. Facultative anaerobes

Tidak membutuhkan oksigen untuk pertumbuhannya tetapi pertumbuhan

akan berlangsung lebih baik apabila ada oksigen. Jika terdapat oksigen,

pernapasan aerob akan digunakan.

c. Aerotolerant anaerobes

Tidak membutuhkan oksigen sama sekali dalam pertumbuhannya.

Meskipun terdapat oksigen di lingkungan sekitarnya, oksigen tidak akan

digunakan untuk pertumbuhan. Contoh: Enterococcus faecalis .

d. Strict or Obligate anaerobes

Tidak bisa hidup apabila terdapat oksigen di lingkungannya. Organisme

jenis ini memperoleh energi dari proses fermentasi yang diperoleh dari

pernapasan anaerob. Contoh: Bacteroides, Fusabacterium, Clostridium

pasteurianum, Methanococcus .

e. Microaerophiles

Tidak bisa hidup pada kadar oksigen atmosfir normal (20%).

Membutuhkan oksigen pada kadar 2-10% untuk hidup.

2.3.5 Tekanan Osmotik

Pada umumnya mikrobia terhambat pertumbuhannya di dalam larutan

yang hipertonis. Karena sel-sel mikrobia dapat mengalami plasmolisa.

Didalam larutan yang hipotonis sel mengalami plasmoptisa yang dapat di

ikuti pecahnya sel. Beberapa mikrobia dapat menyesuaikan diri terhadap

tekanan osmose yang tinggi; tergantung pada larutanya dapat dibedakan jasad

osmofil dan halofil atau halodurik. Medium yang paling cocok bagi

kehidupan bakteri ialah medium yang isotonik terhadap isi sel bakteri. Jika

bakteri di tempatkan di dalam suatu larutan yang hipertonik terhadap isi sel,

maka bakteri akan mengalami plasmolisis. Larutan garam atau larutan gula

yang agak pekat mudah benar menyebabkan terjadinya plasmolisis ini.

Sebaliknya, bakteri yang ditempatkan di dalam air suling akan kemasukan air

sehingga dapat menyebabkan pecahnya bakteri, dengan kata lain, bakteri

dapat mengalami plasmoptisis. Berdasarkan inilah maka pembuatan suspense

bakteri dengan menggunakan air murni itu tidak kena, yang digunakan

seharusnyalah medium cair.

Perubahan nilai osmosis larutan medium tidak terjadi dengan cepat,

akan tetapi perlahan-lahan sebagai akibat dari penguapan air, maka bakteri

dapat menyesuaikan diri, sehingga tidak terjadi plasmolisis secara mendadak.

2.3.6 Konsentrasi Ion

Ion-ion yang dimaksud adalah logam berat seperti Hg, Ag, Cu, Au,

Zn, Li, dan Pb. Walaupun pada kadar sangat rendah akan bersifat toksis

terhadap mikroorganisme karena ion-ion logam berat dapat bereaksi dengan

gugusan senyawa sel. Daya bunuh logam berat pada kadar rendah disebut

daya ologodinamik. Anion seperti sulfat tartratklorida, nitrat dan benzoat

mempengaruhi kegiatan fisiologi mikroorganisme. Karena adanya perbedaan

sifat fisiologi yang besar pada masing-masing mikroorganisme maka sifat

meracun dari anion tadi juga berbeda-beda. Sifat meracun alakali juga

berbeda-beda, tergantung pada jenis logamnya. Ada beberapa senyawa asam

organik seperti asam benzoat, asetat dan sorbet dapat digunakan sebagai zat

pengawet didalam industry bahan makanan. Sifat meracun ini bukan

disebabkan karena nilai pH, tetapi merupakan akibat langsung dari molekul

asam organik tersebut terhadap gugusan didalam sel.

2.3.7 Radiasi (Sinar Gelombang Pendek)

Sinar-sinar yang mempunyai panjang gelombang pendek (misalnya

sinar, sinar Ultra violet, sinar gama), mempunyai daya penetrasi yang cukup

besar terhadap mikribia. Sinar-sinar tersebut dapat menyebabkan kematian.

Perubahan genetik (mutasi) atau penghambatan pertumbuhan mikrobia.

Sinar-sinar tersebut banyak digunakan di dalam praktek sterilisasi dan

pengawetan bahan makanan. Kebanyakan bakteri tidak dapat mengadakan

fotosintesis, bahkan setiap radiasi dapat berbahaya bagi kehidupannya.

Sinar yang nampak oleh mata kita, yaitu yang bergelombang antara

390 m μ sampai 760 m μ, tidak begitu berbahaya; yang berbahaya ialah sinar

yang lebih pendek gelombangnya, yaitu yang bergelombang antara 240 m μ

sampai 300 m μ. Lampu air rasa banyak memancarkan sinar bergelombang

pendek ini. Lebih dekat, pengaruhnya lebih buruk. Dengan penyinaran pada

jarak dekat sekali, bakteri bahkan dapat mati seketika, sedang pada jarak yang

agak jauh mungkin sekali hanya pembiakannya sajalah yang terganggu.

Spora-spora dan virus lebih dapat bertahan terhadap sinar ultra-ungu. Sinar

ultra-ungu biasa dipakai untuk mensterilkan udara, air, plasma darah dan

bermacam-macam bahan lainya. Suatu kesulitan ialah bahwa bakteri atau

virus itu mudah sekali ketutupan benda-benda kecil, sehingga dapat terhindar

dari pengaruh penyinaran. Alangkah baiknya, jika kertas-kertas pembungkus

makanan, ruang-ruang penyimpan daging, ruang-ruang pertemuan,

gedunggedung bioskop dan sebagainya pada waktu-waktu tertentu

dibersihkan dengan penyinaran ultra-ungu. Sinar X dan sinar radium yang

bergelombang lebih pendek daripada sinar ultra-ungu juga dapat membunuh

mikroorganisme, akan tetapi memerlukan lebih banyak dosis daripada sinar

ultra-ungu. Bakteri yang disinari dengan sinar X kerap kali mengalami

mutasi. Aliran listrik tidak nampak berbahaya bagi kehidupan bakteri. Jika

ada bakteri yang mati karenanya, hal ini di sebabkan oleh panas atau oleh zat-

zat yang timbul di dalam medium sebagai akibat daripada arus listrik, seperti

ozon dan klor (chlor).

2.4 Metabolisme Bakteri

Metabolisme didefinisikan sebagai semua reaksi kimia yang terjadi dalam

sel. Metabolisme terdiri dari dua proses yang berlawanan yang terja secara

simultan.Reaksi tersebut adalah:

1. Sintesis protoplasma dan penggunaan energi yang disebut sebagai

Anabolisme.

2. Oksidasi subsstrat diiringi dengan terbentuknya energi disebur dengan

Katabolisme.

Bakteri mendapatkan energi melalui proses oksidasi-reduksi.

Oksidasi adalah proses pelepasan elektron sedang reduksi adalah proses

penangkapan elektron. Karena elektron tidak dapat berada dalam bentuk

bebas, maka setiap reaksi oksidasi selalu diiringi oleh reaksi reduksi. Hasil

dari reaksi oksidasi dapat terbentuknya energi.

Fosforilasi Oksidatif. Pada umumnya reaksi oksidasi secara biologi

dikatalisis oleh enzim dehidrogenase. Enzim tersebut memtransfer elektron

dan proton yang dibebaskan kepada aseptor elektron intermedier seperti

NAD+ dan NADP+ untuk dibentuk menjadi NADH dan NADPH. Fosforilasi

oksidasi terjadi pada saat elektron yang mengandung energi tinggi tersebut

ditransfer ke dalam serangkain transpor elektron sampai akhirnya di tangkap

oleh oksingen atau oksidan anorganik lainnya sehingga oksigen akan

tereduksi menjadi H2O.

1. Tranfer elektron menuju oksigen melalui berbagai carier seperti

flavoprotein,quinon maupun sitokrom.

2. Adanya tranfer elektron ini mengakibatkan aliran proton (H+)dari sito

plasma ke luar sel. Jadi arah aliran adalah dari dalam ke luar. Hal ini akan

menimbulkan peredaan konsentrasi proton atau dikenal dengan gradien pH.

3. pH pada umunnya 7,5. Gradien pH terjadi jika pH di luar sel lebih kecil

dari 7,5. Selanjutnya gradien pH bersama dengan potensial membenuk

protonmotive force. Kekuatan (protonmotive force) inilah yang menarik

proton dari luar sel kembali ke dalam sel. Bersamaan dengan masuknya

kembali proton tadi terbentuk energi yang digunakan untuk berbagai

aktifitas sel.

4. Para membran terdapat enzim spesifik disebut dengan ATPase. Energi

yang di sebabkan pada saat masuknya kembali proton tadi akan

digunakan oleh ATPase untuk forforilasi ADP menjadi ATP. Energi ini

disimpan dalam bentuk ikatan fosfat yang selanjutnya dapat di gunakan

untuk aktifitas sel. Reaksinya adalah:

Adenosin -P ~ P + Pi. ……energi…… Adenosin- P~ P~ P

Hal yang perlu dimengerti mengenai metabolisme bakteri adalah:

2.4.1 Respirasi

Respirasi didefenisikan sebagai penggunaan serangkaian transfor elektron

untuk mentrasnfer elektron menuju aseptor elektron terakhir. Energi diperoleh

melalui fosporilasi oksidatif tetapi dalam prosesnya bisa menggunakan oksigen

sebagai aseptor elektron terakhir (respirasi aerob) atau senyawa anorganik lain

(resfirasi anaerob).

Resfirasi Aerob

Banyak organisma yangn mampu menggunakan oksigen sebagai aseptor

elektron terakhir. Dalam hal ini tidak diperlukan reduksi senyawa intermediator

sebagaimana dalam permentasi. Hasilnya senyawa-senyawa intermediate tersebut

dapat dioksidasi sempurna menjadi karbon dioksida dan air. Ini merupakan

keuntungan yang sangat besar bagi organisme akarena jumlah energi yang

dihasilkan dari oksidasi sempurna satu molekul glukosa jauh leb besar bila

dibandingkan melalui permentasi.

Hal ini disebabkan rangka aliran elektron dari NADH ke O2 melalui

serangkaian karir Cytocrom menghasilkan 3 ATP. Energi tersebut, bersama

dengan energi yang diperoleh dari oksidasi Virupat menjadi asetil COA

menghasilkan 36 ATP yang dihasilkan dari metabolisma glukosa menjadi CO2

dan H2O. Jika kita bandingkan dengan dua ATP yang dibentuk dari satu molekul

glukosa melalui fermentasi alkohol atau asam laktat, maka metabolisme aerob

jauh lebih efesien dibanding dengan fermentasi.

Bagaimana Peruvat diubah menjadi CO2 dan H2O dan bagimana prosses

tersebut menghasilkan sejumlah besar energi untuk sel ? Hal ini dipenuhi melalui

proses degradasi disebut tricarboxylic Acid Cycle (TCA Cycle) atau dikenal

dengan siklus asam sitrat maupun siklus Krebs. Setiap kali oksalo asetat

bergabung dengan asetil COA yang berasal dari Piruvat masuk kedalam siklus

akan membentuk senyawa 6 karbon yang dikenal dengan asan sitrat sehingga

dinamakan siklus asam sitrat. Dalam setiap putaran menghasilkan serangakaian

oksidasi menyebabkan terjadinya reduksi NAD atau FAD dan membebaskan 2

molekul CO2. jadi senyawa 6 karbon asam sitrat kembali ke bentuk semula yaitu

senyawa 4 karbon oksalo asetat yang siap bergabung kembali dengan asetat / astil

COA.

Akhirnya semua senyawa NADH dan FADH mengalami posforilasi

oksidatif dengan melepaskan elektron melalui serangkain cyticrom ke oksigen

menghasilkan air dan 3 molekul ATP untuk setiap pasang elektron dari NADH.

Jumlah energi yang diperoleh dari fermentasi dan respirasi dari satu molekul

glokosa adalah sebagai berikut :

Glikolisis Anaerob / Fosforilasi substrat 2 ATP

Metabolisme Aerob / Fosforilasi oksidatif :

Dari glikosis 6 ATP

Metabolisma asrtil COA (2NADH) 6 ATP

TCA cycle;

Metabolisma suksinil COA 2 ATP

Oksidasi 6 NADH 18 ATP

Oksidasi 2 FADH 4 ATP

Total Energi 38 ATP

Resfirasi Anaerob

Disamping metabolisma aerob, dan permentasi terdapat metabolisma lain

yang pada umumnya bersifat anarob. Akan tetapi mikro organisma tersebut tidak

melakukan permentasi. Bakteri tersebut menggunakan senyawa anorganik sebagai

aseptor elektron terakhirnya. Organisma tersebut dapat dibagai dalam 3 kelompok

yaitu : reduser sulfat, reduser nitrat dan bakteri metan. Yang perlu diingat bahwa,

meskipun tipr metabolismenya adalah anaerob, elektron yang dibebaskan melalui

reaksi oksidasi ditrasnsfer melalui serangkaian ternasfer elektron dan energi

dihasilkan melalui fosforilasi oksidatif. Letak perbedaan antara resfirasi aerob dan

anerob adalah bahwa pada respiriasi anaerob yang berperan sebagai aseptor

elektron terkahir adalah senyawa anorganik, bukan oksigen.

Sulfat Reducer

Kelompok bakteri yang mereduksi sulfat adalah desulfofibrio dan desulfhoto

maculum yang merupakan bakteri pembentiuk spora. Kedua bakteri tersebut

merupakan organisma anaeorob obligat diamana yang berperan sebagai aseptor

elektron terkahir adalah sulfat yang mereduksi menjadi sulfit. Reaksnya adalah :

SO 4 2- + 8 e- + 8 H+ …………….S2- + H2 O

Organisme ini membutuhkan senyawa organik sebagai sumber karbon. Oleh

karena itu disebut dengan organisma heterotrop.

Nitrat Reduser

Kebanyakan mikroorganisme yang dapat menggunakan nitrat sebagai aseptor

elektron terakhir adapat dikatakan sebagai fakultatif. Jadi dalam keadan anaerob

dapat menggunakan nitrat jika tersedia. Jika tidak, mikroorganisma akan

melakukan metabolisma aerob ataupun permetasi. Kelompok bakteri ini antara

lain;

Escherichia, Enterobakter, Bacillus, Pseudomonas, Mikrocoocus dan Rhizobium.

mikroorganisam tersebut nmereduksi nikrat menjadi nitrogen bebas.

2NO3

- + 12 e- + 12 H + …………..N2 + 6 H2 0

Proses in disebut dengan Denitrifkasi yang merupakan masalah serius bagi

pertanian karena menyebabkan hilangnya nitrat dari tanah. Akan tetapi proses

tersebut sangat bermanfaat untuk mengambil nitrogen dari lembah tinja atau

lembah yang lain.

Bakteri Metan

Kelompok bakteri ini dapat menggunakan CO2 sebagai aseptor elektron dan

mereduksinya manjadi metan.

CO2 + 8 e- + 8 H + …………..CH4 + 2 H4O

Organisma ini terdapat dalam usus binatang ruminamsia. Bakteri ini dapat

mengahasilakn gas metan sebanyak 60 L setiap hari.

2.4.2 Fermentasi

Organisme anaerobik dapat menghasilkan energy melalui reaksi

fermentasi yang menggunakan bahan organic sebagai donor dan akseptor

elektron. Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan

anaerobik (tanpa oksigen). Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk

respirasi anaerobik, akan tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas yang

mendefinisikan fermentasi sebagai respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan

tanpa akseptor elektron eksternal. Salah satu contohnya, Streptococcus lactis,

bakteri yang menyebabkan masamnya susu, menguraikan glucose menjadi asam

laktat, yang berakumulasi di dalam medium sebagai produk fermentasi satu-

satunya. Bagaimana terjadinya?

Melalui glikolisis, satu molekul glikose diubah menjadi dua molekul asam piruvat

disertai dengan pembentukan dua NADH + H+. Asam piruvat tersebut diubah

menjadi asam laktat dalam reaksi berikut:

Energi yang dihasilkan dari

reaksi ini tidak cukup untuk

melangsungkan sintesis ATP. Pada tipe-tipe fermentasi karbohidrat lainnya, tahap

awal disimilase glucose seringkali, tetapi tak selalu, mengikuti glikolisis.

Perbedaan dalam tipe-tipe fermentasi biasa terletak pada penggunaan asam piruvat

yang terbentuk. Jadi asam piruvat adalah “pusat” fermentasi karbohidrat. Gambar

berikut menggambarkan berbagai ragam produk yang dihasilkan dari metabolism

asam piruvat.

Kebanyakan bakteri heterofilik menghasilkan beberapa produk akhir dari

disimilasi glucose, yang tipe-tipe nya diperlihatkan pada gambar di atas, tetapi

kesemua produk ini tidak dihasilkan oleh satu spesies. Melainkan, tipe-tipe yang

terdaftar itu merupakan suatu rangkuman dari apa yang dapat diharapkan apabila

seseorang menginventarisasikan produk-produk akhir disimilasi glucose yang

dapat dihasilkan oleh semua heterotof. Sesungguhnya mikroorganisme dapat

dikelompokkan berdasarkan pada produk-produknya fermentasi (kelompok

bakteri asam laktat atau bakteri asam propionate, misalnya). Nama-nama tersebut

diberikan berdasarkan produk akhir utama fermentasi karbohidrat.

Bakteri dikelompokkan menurut produk-produk disimilasi glucose :

Dari sini jelaslah bahwa tidak semua mikroorganisme memetabolisme substrat

yang sama dengan cara yang tepat sama. Misalnya, Streptococcus lactis dan

Escherichia coli keduanya memfermentasikan glucose, tetapi melalui lintasan-

lintasan

fermentasi yang

amat berbeda,

seperti bada

gambar di

bawah ini:

Beberapa makanan hasil fermentasi dan bakteri yang berperan:

No

.

Nama produk atau

makanan

Bahan

bakuBakteri yang berperan

1. Yoghurt susuLactobacillus bulgaricus dan

Streptococcus thermophilus

2. Mentega susu Streptococcus lactis

3. Terasi ikan Lactobacillus sp.

4. Asinan buah-buahanbuah-

buahanLactobacillus sp.

5. Sosis daging Pediococcus cerevisiae

Fermentasi dan bakteri yang terlibat.

Ragam produk fermentasi sangatlah banyak dan beragam baik yang berasal dari

Indonesia ataupun dari berbagai negara. Tiap produk melibatkan satu atau lebih

mikroorganisme. Apabila lebih dari satu mikrobia maka akan terjadi suatu

kondisi yang saling mendukung untuk menghasilkan produk yang sesuai dengan

kebutuhan manusia. Berikut beberapa produk fermentasi dan bakteri yang terlibat

di dalamnya dengan beberapa peran yang telah diketahui.

* Fermentasi Asam Asetat

Bakteri Acetobacter aceti merupakan baktei yang mula pertama diketahui

sebagai penghasil asam asetat dan merupakan jasad kontaminan pada pembuatan

wine. Saat ini bakeri Acetobacter aceti digunakan pada produksi asam asetat

karena kemampuanya mengoksidasi alkohol menjadi asam asetat.

* Fermentasi Asam Laktat

Fermentasi asam laktat banyak terjadi pada susu. Jasad yang paling

berperan dalam fermentasi ini adalah Lactobacillus sp. Laktosa diubah menjadi

asam laktat. Kini asam laktat juga digunakan untuk produksi plastik dalam bentuk

PLA

* Fermentasi Asam Glutamat

Asam glutamat digunakan untuk penyedap makanan sebagai penegas rasa.

Mula pertama dikembangkan di Jepang. Organisme yang kini banyak digunakan

adalah mutan dari Corynebacterium glutamicum.

* Fermentasi Yogurt

Produksi yogurt dimulai dengan kondisioning susu. Kandungan air pada

susu mula pertama diturunkan hingga 25% dengan evaporasi vacuum dan

ditambahkan 5% susu bubuk. Sebagai tahap akhir kondisioning, susu dipanaskan

pada suhu 86 – 930C selama 30 – 60 menit. Hal ini akan menyebabkan beberapa

protein mengalami pemecahan dan mikrobia kontaminan akan terbunuh. Setelah

itu didinginkan pada suhu 450C dan ditambahkan campuran Streptococcus

thermophilus dan Lactobacillus bulgaricus dalam perbandingan 1:1.

* Fermentasi Kefir

Kultur starter kefir disebut butiran kefir, mengandung mikrobia yang

terdiri dari bakteri dan khamir yang masing-masing berperan dalam pembentukan

cita rasa dan struktur kefir. Bakteri menyebabkan terjadinya asam sedangkan

khamir menyebabkan terjadinya pembentukan alkohol dan CO2 pada proses

fermentasi. Hal inilah yang membedakan rasa yoghurt dan kefir. Komposisi

mikrobia dalam butiran kefir dapat bervariasi sehingga hasil akhir kefir kadang

mempunyai aroma yang bervariasi. Spesies mikrobia dalam bibit kefir diantaranya

Lactocococcus lactis, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus kefir,

Lactobacillus kefirgranum, Lactobacillus parakefir. Semua mikrobia yang

tersebut tadi mempunyai fungsi dalam pembentukan asam laktat dari laktosa.

Lactobacillus kefiranofaciens sebagai pembentuk lender (matriks butiran kefir),

Leuconostoc sp. Membentuk diasetil dari sitrat dan Candida kefir pembentuk

etanol dan karbondioksida dari laktosa. Selain itu juga ditemukan Lactobacillus

brevis dan khamir (Torulopsis holmii dan Saccharomyces delbrueckii).

* Fermentasi Nata deCoco

Nata de coco sebenarnya adalah selulosa murni produk kegiatan mikrobia

Acetobacter xylinum. Mikrobia ini dapat merubah gula menjadi selulosa. Jalinan

selulosa inilah yang membuat nata terlihat putih. Sebagai makanan berserat, nata

de coco memiliki kandungan selulosa ± 2,5 % dan lebih dari lebih dari 95 %

kandungan air. Nata de coco memiliki kandungan serat kasar 2,75 %, protein 1,5

– 2,8 %, lemak 0,35 % dan sisanya air