SINTESIS PEPTIDOGLIKAN

18
BAB III PEMBAHASAN Seperti yang telah kita ketahui bahwa dinding sel bakteri (terutama bakteri Gram Positif) memiliki struktur dinding yang tersusun atas polisakarida yang disebut dengan murein atau yang juga lazim disebut peptidoglikan. Murein terdiri atas rantai polisakarida panjang yang tersusun atas residu asam N- asetilglukosamin (NAG) dan asam N-asetilmuramat yang tersusun secara bergantian (berselang-seling). Rantai pentapeptida tertambat pada gugus NAM. Rantai polisakarida terhubung ke rantai pentapeptida mereka melalui jembatan interpeptida. Tidak mengherankan suatu struktur yang rumit memerlukan proses biosintesis yang juga sama rumitnya, terutama dikarenakan reaksi sintesis yang terjadi

Transcript of SINTESIS PEPTIDOGLIKAN

Page 1: SINTESIS PEPTIDOGLIKAN

BAB III

PEMBAHASAN

Seperti yang telah kita ketahui bahwa dinding sel bakteri (terutama bakteri

Gram Positif) memiliki struktur dinding yang tersusun atas polisakarida yang

disebut dengan murein atau yang juga lazim disebut peptidoglikan. Murein terdiri

atas rantai polisakarida panjang yang tersusun atas residu asam N-

asetilglukosamin (NAG) dan asam N-asetilmuramat yang tersusun secara

bergantian (berselang-seling). Rantai pentapeptida tertambat pada gugus NAM.

Rantai polisakarida terhubung ke rantai pentapeptida mereka melalui jembatan

interpeptida.

Tidak mengherankan suatu struktur yang rumit memerlukan proses

biosintesis yang juga sama rumitnya, terutama dikarenakan reaksi sintesis yang

terjadi sekaligus di luar dan  di dalam membran sel. Sintesis peptidoglikan

merupakan proses multistep yang berhasil dipelajari dengan baik pada bakteri

Gram Positif. Dua buah carrier terlibat antara lain: uridin difosfat (UDP) dan

Bactoprenol. Bactoprenol merupakan alcohol yang memiliki panjang rantai

karbon sebanyak 55 atom C karbon yang melekat pada NAM melalui \sebuah

gugus pirofosfat dan memindahkan komponen peptidoglikan melewati membran

hidrofobik.

Page 2: SINTESIS PEPTIDOGLIKAN

Secara keseluruhan proses sintesis peptidolikan melibatkan delapan

tahapan, yang antara lain adalah :

1.  Derivate UDP pada asam N-asetilglukosamin dan asam N-asetilmuramat

disintesis di dalam sitoplasma.

2.  Asam amino secara berurutan ditambahkan ke UDP-NAM untuk membentuk

rantai pentapeptida (dua ujung D-alanin ditambahkan sebagai sebuah

dipeptida).

3.  NAM-pentapeptida ditransfer dari UDP ke sebuah bactoprenol fosfat pada

permukaan membran.

4.  UDP-NAG menambahkan NAG ke NAM-pentapeptida untuk membentuk unit

peptidoglikan yang  berulang. Jika sebuah jembatran interpeptida pentaglisin

diperlukan, glisin akan ditambahkan dengan menggunakan molekul tRNA

glisil yang khusus, bukannya ribosom.

5.  Unit berulang Peptidoglikan NAM-NAG yang sudah lengkap kemudian

ditransportasikan melalui membran ke permukaan sebelah luarnya dengan

carrier bactoprenol pirofosfat.

6.  Unit peptidoglikan kemudian dilekatkan pada ujung rantai peptidoglikan yang

sedang tumbuh untuk memperpanjang dengan satu unit peptidoglikan yang

berulang.

Page 3: SINTESIS PEPTIDOGLIKAN

7.  Carrier bactoprenol kembali ke dalam membran. Sebuah fosfat kemudian

dilepaskan selama proses ini untuk  memberikan fosfat pada bactoprenol, yang

nantinya akan mampu menerima NAM-pentapeptida yang lain.

8.  Akhirnya, hubungan silang peptida antara dua peptidoglikan terbentuk melalui

transpeptidasi. ATP digunakan untuk membentuk ujung ikatan peptida di

dalam membran. Tidak ada lagi ATP yang diperlukan ketika transpeptidasi

terjadi di luar. Proses yang sama terjadi ketika sebuah jembatan dilibatkan ;

hanya gugus yang bereaksi dengan sub terminal D-alanin yang membedakan.

Sintesis peptidoglikan pada dasarnya amat mudah untuk rusak oleh agen-

agen antimicrobial. Penghambatan dalam tahapan sintesis melemahkan dinding

sel dan bisa berakhir pada lisis osmotic. Banyak antibiotik yang mengganggu

sintesis peptidoglikan. Sebagai contohnya penicillin menghambat reaksi

transpeptidasi dan bacitracin menutup atau menghentikan fosforilasi pada

bactoprenol pirofosfat.

Menurut diagram tersebut langkah-langkah sintesis peptidoglikan adalah

sebagai berikut

1. Biosintesis dimulai dengan pembentukan formasi UDP-MurNAc melalui

kondensasi dari fosfoenol piruvat dengan  UDP-GlcNAc dan kemudian

dilanjutkan dengan reduksi urutan penambahan dari L-Ala, D-Glu, m-DAP

dan D-Ala menghasilkan sebuah formasi dari UDP-MurNAc-pentapeptida.

Penambahan setiap asam amino  membutuhkan ATP spesifik yang

tergantung pada  ligase asam amino dan pada akhirnya dua asam amino 

Page 4: SINTESIS PEPTIDOGLIKAN

(D-Ala-D-Ala) ditambahkan sebagai unit dipeptida. Enzim-enzim

sitoplasmik mengakomodasi semua reasksi ini.

2. Sebuah membran tranlokase memindahkan MUrNAc-pentapeptida pada

undecaprenil (C55) fosfat ( atau dikenal sebagai bactoprenol fosfat) pada

permukaan sebelah dalam dari membran dalam. Lipid tersebut mirip

dengan darrier dolichol pada eukariotik yang digunakan dalam sintesis

glikan. Produk akhir yang disebut dengan lipid I terdiri dari ikatan

pirofosfat.

3. Sebuah transferase pada permukaan yang sama pada  membrane dalam 

kemudian mentransfer asam N-Asetilglukosamin dari UDP-GlcNAc  ke

undecaprenil-pirofosfat-MurNAc-pentapeptida. Lipid ytang terpaut pada

disakarida pentapeptida disebut dengan muropeptida atau lipid II dan 

terdapat pada subunit dasar pada bangunan peptidoglikan.

4. Lipid undekaprenol berperan untuk memindahkan subunit muropeptida

menyebrangi membrane dalam. Gen  penentuan bentuk  telah

diidentifikasi bahwa akan mempengaruhi  pembentukan/ sintesis dinding

sel kemungkinan dengan meregulasi reaksi pemindahan ini. Sekali

tereorientasi ke  permukaan periplasmik pada membrane plasma,

muropeptida akan ditransfer sekaligus untuk menghasilkan peptidoglikan

pada sebuah reaksi transglikosilasi. Dua mekanisme ini telah diusulkan

untuk kedua reaksi ini : tumbuh dari ujung yang mereduksi (dimana gugus

OH ke 4 dari residu asam N-asetilglukosamin nonmereduksi menyerang

ikatan MurNAc fosfat dari sebuah rantai  peptidoglikan telanjang

memindahkan undekaprenil pirofosfat) atau tumbuh dari ujung yang tidak

mereduksi (nonmereduksi) (dimana ujung N-aestilglukosamin tidak

mereduksi dari rantai peptidoglikan telanjang menyerang ikatan MurNAc

fosfat dalam sebuah subunit, dan lagi dengan pembebasan undekaprenil

pirofosfat)

1. Undekaprenil-pirofosfat kemudian memutuskan satu gugus fosfatnya,

yang memungkinkannya untuk melakukan transfer yang berulang lagi.

2. Mekanisme pengendalian panjang rantai belum diketahui secara pasti.

Pelepasan rantai peptidoglikan yang baru dipasangkan ke formasi 1,6-

Page 5: SINTESIS PEPTIDOGLIKAN

anhidroMurNAc pada ujung rantai yang mereduksi. Pelepasan rantai

peptidoglikan yang baru diikuti dengan pembentukan inter-rantai

hubungan silang melalui transpeptidasi yang membelah pada ujung residu

D-Alanin dan menghasilkan dalam transfer pembebasan gugus karboksil

pada ujung residu D-Alanin yang baru ke gugus amino pada sebuah  unit

asam m-DAP dari strand tetangga. Dan struktur terakhir terdiri dari

hubungan silang tetrapeptida  yang terletak pad tengah-tengah sub-

←unitnya.

Pola Pembentukan Dinding Sel

Untuk dapat tumbuh dan membelah secara efisien sebuah sel bakteri harus

menambahkan peptidoglikan yang baru pada dinding selnya secara tepat dan

diatur dengan baik ketika sedang mempertahankan bentuk dinding dan

kekompakan dalam keadaan tekanan osmotic yang begitu tinggi. Karena pada

prinsipnya peptidoglikan  dinding sel adalah sebuah selapis jaringan kerja yang

begitu luas, maka bakteri yang sedang tumbuh harus bisa mendegradasi

petidoglikan untuk pembentukan unit peptidoglikan yang baru. Dan juga perlu

untuk mereorganisasi struktur peptidoglikan ketika keadaan memang

membutuhkan. Digesti peptidoglikan yang terbatas ini dipenuhi oleh enzim yang

dikenal sebagai Autolisin yang beberapa menyerang rantai polisakarida sedangkan

yang lainya menyerang hubungan  peptida silang. Inhibitor autolysin menjaga

aktivitas  enzim ini  dengan pengawasan yang ketat.

Walaupun pola distribusi sintesis dinding sel bervariasi pada masing-

masing spesies, ada dua pola umum yang utama. Banyak bakteri Gram positif

kokkus hanya memiliki satu zona  hingga sedikit wilayah tumbuh. Prinsip dari

zona  tumbuh ini biasannya pada sisi  formasi septa, dan setengah dari sel baru

disintesis back-to-back. Pola  kedua  sintesis adalah terjadi pada bakteri bacil atau

bakteri yang berbentuk batang. Sintesis aktif peptidoglikan terjadi pada formasi

septum sama seperti sebelumnya, akan tetapi sisi tumbuh juga tersebar

disepanjang porsi silindris pada batang. Sintesis harus memperpanjang bentuk

batang untuk membagi mereka. Sekiranya ini sedikit laporan tentang perbedaan

pola perkembangan dinding.

Page 6: SINTESIS PEPTIDOGLIKAN

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Dinding sel, ditemukan pada semua bakteri hidup bebas kecuali

pada Mycoplasma. Dinding sel berfungsi melindungi kerusakan sel dari

lingkungan bertekanan osmotik rendah dan memelihara bentuk sel. Hal ini

dapat diperlihatkan melalui plasmolisis, dengan mengisolasi partikel selubung

sel setelah sel bakteri mengalami kerusakan secara mekanik, atau dengan

penghancuran oleh lisozim. Jika seluruh sel atau selubung sel diisolasi kemudian

diberi lisozim, partikel dinding sel bakteri (bukan archeabakteria) dapat lisis

dengan perlakuan lisozim tersebut dan membentuk protoplast (Bakteri Gram

positif) dan spheroplas (Bakteri Gram negatif).

Komponen kaku dinding sel eubakteria patogen adalah suatu

makromolekul raksasa berbentuk kantung tunggal atau sakulus, disusun oleh

jaringan hubungan lintas peptidoglikan (murein). Murein dan komponen yang

berhubungan terdapat sekitar 2-40% dari berat kering sel. Komponen glikan

disusun oleh dua gula amino, glukosamin dan asam muramat. Struktur glikan

terdapat secara berselang-seling sebagai residu (-1,4 linked N-acetyl-D-

glukosamine (GlcNac) dan N-acetyl-D-muramic acid [3-0(1’-D-carboxyethyl)-

N-acetyl-D-muramic acid] (contoh, MurNac). Rantai tersebut bervariasi dari 10

sampai 170 unit disakarida. Unit peptida dan glikan tersebut terikat pada gugus

karboksil asam laktat dari MurNac kepada ujung amino suatu tetrapeptida.

Glikotetrapeptida tersebut dihubungkan-lintas (cross-linked) melalui unit

tetrapeptida, membentuk kerangka yang berkesinambungan. Gambaran yang

sama pada komponen tetrapeptida adalah adanya D-alanin, yang selalu

mengikat unit di antara rantai peptidoglikan.

Page 7: SINTESIS PEPTIDOGLIKAN

Gambar 3.8 Struktur peptidoglikan pada bakteri E. coli . Tipe ini ditemukan

pada umumnya bakteri Gram negatif. Rangka utama glikan merupakan polimer

dari dua gula asam amino N-acetilglukosaamin (G) dan asam N-acetilmuaramat

(M). Pada M terikat tetrapeptida terdiri dari L-alanin-D-glutamat-asam

diaminopimelat ADP-D-alanin (sumber: Brock & Madigan,1991).

Komponen peptida terikat-asam muramat pada beberapa bakteri

adalah tetrapeptida –L-ala-D-iso-Glu-mesoADP (atauL-Lys)-D-ala. Hubungan-

lintas di antara dua rantai peptidoglikan dapat dilihatkan pada Gambar 3.8 atau

melalui suatu letak jembatan peptida (Gambar 3.9). Pada gambar tersebut

mewakili struktur peptidoglikan bakteri E. coli dan semua eubakteria Gram-

negatif, sedangkan S. aureus, Streptococcus, dan eubakteria Gram-positif

lainnya memiliki hubungan lintas melalui suatu letak jembatan peptida yang

dapat disusun oleh satu atau beberapa residu asam amino.

Hubungan-lintas langsung pada E. coli tersebut dapat melalui –D-Ala-

ADP- atau –ADP-ADP-, sedangkan bakteri Gram-positif, hubungan lintas terjadi

melalui D-Ala (asam amino)n-L-Lys-jembatan lintas tetapi pada beberapa

organisme dapat juga termasuk hubungan-lintas melalui jembatan diamin

melalui asam isoglutamat,iso-D-Glu(NH-diamin-NH)-D-Ala. Lebih lanjut

modifikasi termasuk perubahan residu D-alanin terminal dari tetrapeptida secara

in vivo seperti pada E. coli., atau perubahan unit peptida dari rantai glikan.

Page 8: SINTESIS PEPTIDOGLIKAN

Kejadian ini pada E.coli dan Micrococcus luteus, dimana setengah atau

lebih rantai glikan tidak berhubungan-lintas dan dapat bebas dari bagian atau

semua unit tetrapeptida tersebut.

Oleh karena itu, ikatan-lintas peptidoglikan pada mikroba tersebut hanya

sekitar 30-70%. Sebaliknya, glikan S. aureus menyimpan semua unit

tetrapeptidanya, yang secara lengkap berhubungan-lintas. Sebagai tambahan

untuk variasi hubungan-lintas, variasi terjadi dengan adanya polipeptida

terikat-peptidoglikan, polisakarida, atau protein. Pada E. coli dan bakteri

gram-negatif, lipoprotein dibentuk dan E. coli berbentuk bola menghasilkan

peptidoglikan serupa. Rantai glikan cenderung menjadi lurus mengelilingi sel,

sebaliknya pada arah longitudinal dari hubungan-lintas unit tetrapeptida. E.

coli mengandung 106 pengulangan unit tetrapeptida-disakarida, atau cukup untuk

dua atau tiga lapisan peptidoglikan. Suatu sel Gram-positif, dapat

mengandung peptidoglikan sebanyak 20 kali, cukup untuk 40 lapisan atau lebih.

Gambar 3.9 Struktur peptidoglikan yang dihubungkan dengan jembatan

ikatan silang peptida pada bakteri Gram positif (Sumber: Brock &

Madigan,1991).

Kelompok Bakteri Gram-positif dapat menghasilkan polisakarida

permukaan yang spesifik (10-50% dari dinding sel) dan protein yang

berhubungan dengan peptidoglikan. Polisakarida yang sangat dikenal adalah

asam teikoat (biasanya mengandung ribitol dan kadang-kadang gliserol),

Page 9: SINTESIS PEPTIDOGLIKAN

sejumlah senyawa kapsul Pneumococcus, dan polisakarida kelompok

Streptococcus. Polimer asam poli-D-glutamat dihasilkan oleh beberapa

spesies Bacillus, dan protein membran Streptococcus grupA merupakan suatu

faktor virulensi.

Membran sel bakteri yang tersusun oleh asam lipoteikoat (LTAs)

merupakan polimer gliserolfosfat yang berakhir pada glikolipid, yang

menembus membran sitoplasma. Asam teikuronat (TAs) merupakan polimer

yang terdiri dari N-asetyl-galaktosamine (galNac) dan glucoronic acid

(GlcUA), terikat sebagai unit pengulangan disakarida (GlcUA ( 1,3

( GalNac)n. TAs tidak mengandung fosfat, tetapi terdapat sebagai polimer

polianionik bersifat asam disebabkan karboksil dari asam uronat. TAs berikatan

melalui N-asetilglukosamin-1- fosfodiester kepada grup hidroksil C-6 asam

muramat. Asam teikuronat dapat ditemukan pada sel bersama dengan asam

teikoat; asam teikuronat disintesis ketika sel kehilangan fosfat, untuk membuat

asam teikoat.

Di bawah mikroskop elektron, irisan melintang sel Gram-positif, dinding

sel sebagai lapisan di atas membran plasma yang relatif tebal, yang sensitif

terhadap lisozim. Protein dan polisakarida, menyokong lapisan substruktur

dinding sel. Protein membran tipe-spesifik serologik dari Streptococcus grup A

membentuk suatu lapisan dinding fimbria eksternal yang tebal dan tersebar,

yang dapat dirusak oleh tripsin tanpa mengganggu kelangsungan hidup sel.

Bakteri Gram-negatif memperlihatkan tiga lapis pembungkus sel,

yaitu : membran luar (OM=outer membran), lapisan tengah yang merupakan

dinding sel atau lapisan murein yang terdapat ruang periplasma, dan membran

plasma dalam.

Gambar. 3.10 Diagram skematik dinding sel bakteri Gram positif (a) dan

Gram negatif (b) (Sumber:Fardiaz, 1987)

BAB I

Page 10: SINTESIS PEPTIDOGLIKAN

PENDAHULUAN

Dinding sel berfungsi melindungi kerusakan sel dari lingkungan

bertekanan osmotik rendah dan memelihara bentuk sel. Hal ini dapat

diperlihatkan melalui plasmolisis, dengan mengisolasi partikel selubung sel

setelah sel bakteri mengalami kerusakan secara mekanik, atau dengan

penghancuran oleh lisozim. Jika seluruh sel atau selubung sel diisolasi kemudian

diberi lisozim, partikel dinding sel bakteri (bukan archeabakteria) dapat lisis

dengan perlakuan lisozim tersebut dan membentuk protoplast (Bakteri Gram

positif) dan spheroplas (Bakteri Gram negatif).

Kelompok Bakteri Gram-positif dapat menghasilkan polisakarida

permukaan yang spesifik (10-50% dari dinding sel) dan protein yang

berhubungan dengan peptidoglikan yang tersusun atas polisakarida yang disebut

dengan murein atau yang juga lazim disebut peptidoglikan. Murein terdiri atas

rantai polisakarida panjang yang tersusun atas residu asam N-asetilglukosamin

(NAG) dan asam N-asetilmuramat yang tersusun secara bergantian (berselang-

seling). Rantai pentapeptida tertambat pada gugus NAM. Rantai polisakarida

terhubung ke rantai pentapeptida mereka melalui jembatan interpeptida.

Untuk dapat tumbuh dan membelah secara efisien sebuah sel bakteri harus

menambahkan peptidoglikan yang baru pada dinding selnya secara tepat dan

diatur dengan baik ketika sedang mempertahankan bentuk dinding dan

kekompakan dalam keadaan tekanan osmotic yang begitu tinggi.

Struktur dinding bakteri yang tersusun sebagian besar peptidoglikan ini

merupakan gabungan struktur senyawa kimia yang rumit sehingga tidak

mengherankan suatu struktur yang rumit memerlukan proses biosintesis yang juga

sama rumitnya, terutama dikarenakan reaksi sintesis yang terjadi sekaligus di luar

dan  di dalam membran sel. Sintesis peptidoglikan merupakan proses multistep

yang berhasil dipelajari dengan baik pada bakteri Gram Positif. Untuk

mempelajari proses multistep ini maka dalam makalah ini akan disajikan tahapan

dari sintesis peptidoglikan

BAB IV

Page 11: SINTESIS PEPTIDOGLIKAN

KESIMPULAN

Walaupun pola distribusi sintesis dinding sel bervariasi pada masing-

masing spesies, ada dua pola umum yang utama. Banyak bakteri Gram positif

kokkus hanya memiliki satu zona  hingga sedikit wilayah tumbuh. Prinsip dari

zona  tumbuh ini biasannya pada sisi  formasi septa, dan setengah dari sel baru

disintesis back-to-back. Pola  kedua  sintesis adalah terjadi pada bakteri bacil atau

bakteri yang berbentuk batang. Sintesis aktif peptidoglikan terjadi pada formasi

septum sama seperti sebelumnya, akan tetapi sisi tumbuh juga tersebar

disepanjang porsi silindris pada batang. Sintesis harus memperpanjang bentuk

batang untuk membagi mereka.

TUGAS INDIVIDU

Page 12: SINTESIS PEPTIDOGLIKAN

BAKTERIOLOGI

MEKANISME PEMBENTUKAN PEPTIDOGLIKAN

PADA DINDING SEL BAKTERI GRAM POSITIF

OLEH :

GIDEON YONES M.

H41107 002

JURUSAN BIOLOGI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR

2010