Ruang Belajar Sains - pada kesempatan ini akan kita bahas tentang genetika mikroba, tentang bagaimana kita mempelajari struktur DNA sert RNA. serta tentang perubahan pada gen. mungkin pada kehidupan sehari-hari kita sering mendengar kata tes dna, sebenarnya apa itu DNA, mengapa ada tes DNA. nanti kita pelajari apa itu DNA. pada pembahasan sebelumnya telah dibahas tentang enzim. bagi yang belum sempat membaca silahkan baca disini. bagi yang sudah membacanya, yuk langsung saja kita ke pokok pembahasan.
GENETIKA MIKROBA
terdiri atas, DNA dan RNA serta Perubahan Gen.
DNA
Apa Itu DNA?
DNA (Deoksiribonukleat) adalah substansi kimia yang berperan dalam penerus informasi yang turun temurun.
Dalam struktur DNA terkode/tersandikan informasi bagi sintesis semua protein sel
Segmen yang mempunyai ciri tersendiri pada DNA atau kromosom disebut GEN
Informasi dari DNA diteruskan dari sel ke sel melalui replikasi DNA
RNA (Asam ribonukleat), menyerupai DNA tetapi tidak sama,
kerja RNA adalah mengolah informasi yang disandikan di dalam DNA bagi sintesis protein melalui transkripsi dan tranlasi
STRUKTUR DNA dan RNA
DNA, mempunyai struktur yang panjang menyerupai tali dua utas/ganda yang saling melilit
Setiap utas heliks DNA terdiri dari nukleotide yang tergabung membentuk polinukleotide
Setiap nukleotide terdiri dari 3 bagian yaitu :
Senyawa bentuk cicin yang mengandung nitrogen : purin dan pirimidin
Purin terdiri dari adenin (A) dan guanin (G)
Pirimidin terdiri dari sitosin (S) dan timin (T)
Gugus gula berkarbon lima (pentose) : deoksiribose dan
Satu molekul fosfat (P
Ketiga bagian tsb terhubungkan bersama dalam urutan :
basa bernitrogen-deoksiribose-fosfat
Pada DNA ada 4 jenis nukleotide (A, G, S, T)
Pada DNA ada 2 basa komplementer A-T atau G-S, dengan perbandingan selalu 1 : 1
Perbandingan basa lainnya tidak selalu 1:1, seperti A-S, S-T, A-T atau G-S, nilai-nilai perbandingan tsb sangat khas /spesifik untuk setiap jenis organisme, sehingga nilai tsb digunakan untuk identifikasi dan pengelompokkan takson bakteri
Kedua pasang basa A-T dan G-S inilah yang menyatukan kedua heliks ganda melalui ikatan hidrogen, antara A dan T dihubungkan oleh 2 ikatan H, sedangkan pada G-S oleh 3 ikatan H
Pada VIRUS tidak dijumpai perbandingan 1:1 antara A-T atau G-S tsb, sehingga DNA pada virus berutasan tunggal, yang tidak ditemukan pada organisme lainnya
RNA, asam ribonukleat, berbeda dengan DNA, yaitu :
RNA, pada umumnya berutasan tunggal
Komponen gula pada RNA adalah ribose bukan deoksiribose
Ribose mirip dengan deoksiribose kecuali adanya gugusan hidroksil pada atom karbon NO2
Basa bernitrogen pirimidin yang dijumpai pada RNA adalah Urasil (U) bukan Timin
Biosintesis DNA
Pada umumnya mikroba/bakteri dapat mensintesis nukleotide dari nutrien yg sederhana seperti glukosa, amonium sulfat, mineral-mineral
Pada bakteri tertentu, nukleotide harus disuplai dalam medium dalam bentuk jadi kinase
Nukleotide + ATP => nukleotide-P + ADP kinase
Nukleotide-P + ATP => nukleotide-di P + ADP
Replikasi DNA
Kromosom bakteri adalah sebuah molekul DNA berutasan ganda,
Berat molekulnya 2,5 x 106 dalton (1 dalton = massa 1 atom H)
Panjang kromosom 1,25 mm (1250 mm)
Jumlah DNA pada kromosom : 4 x 106
Replikasi DNA dimulai dari titik tumbuh, dimana utas DNA memisah pada titik tsb, membentuk Y, replikasi bergerak berurutan dari titik tsb satu arah dan dua arah
Titik tumbuh tsb melekat pada membran sel
Pada replikasi DNA dibutuhkan satu pacing yaitu primer RNA yang disintesis oleh RNA polimerase, dengan adanya primer tsb DNA polimerase dapat mensintesis deoksiribonukleotide.
Replikasi DNA, berlangsung tidak sinambung tapi dalam segmen2 kecil yang disebut fragmen Okazaki, segmen2 tsb digabungkan oleh enzim DNA ligase
Bila titik tumbuh telah bergerak di seluruh panjang mol.DNA maka terbentuklah 2 mol DNA yang utuh
Biosintesis Protein
Nukleotide adalah bahan penyusun DNA
Asam amino ad. bahan penyusun protein
DNA disusun oleh 4 nukleotide
Protein disusun oleh > 20 jenis as. Amino
Setiap mikroba berbeda dalam kemampuannya mensintesis as. amino untuk sintesis pt, ada yang langsung dari nutrisi dan ada yg harus ditambah asam amino pada medianya
Biosintesis pt terjadi pada ribosom / partikel RNA berukuran besar (rRNA)
Bca juga :
Perubahan Genotip atau Mutasi
Perubahan genotip / mutasi gen dapat terjadi pada semua mikroba
Mutasi ialah perubahan di dalam rangkaian nukleotide suatu gen yang menimbulkan ciri genetis yang baru, atau genotip lain. Sel nya / organisme nya disebut mutan
Mutasi dapat terjadi secara spontan,
Rekombinasi
Rekombinasi genetis adalah pembentukan suatu genotipe baru setelah terjadi pertukaran bahan genetis antara 2 kromosom yang berbeda
Rekombinasi gen dihasilkan oleh 3 tipe pemindahan gen yaitu :
- Konjugasi, pemindahan gen antar sel yang kontak secara fisik satu sama lain:
- Transduksi, pemindahan gen sel inang bakteriofag kedalam krom. sel inang baru
- Transformasi, pemindahan DNA murni dari satu sel ke sel yang lain, sel pemberi DNA akan mengalami lisis, Pada rekombinasi bakteri, sel tidak melebur, biasanya sebagian kromosom sel donor dipindah ke sel resipien. Maka sel resipien ini menjadi merozigot, suatu zigot yang diploid sebagian Faktor-faktor Pertumbuhan Mikroba:
Pertumbuhan mikroba memerlukan kisaran suhu tertentu.
- Suhu minimum adalah suhu terendah tetapi mikroba masih dapat hidup.
- Suhu optimum adalah suhu paling baik untuk pertumbuhan mikroba.
- Suhu maksimum adalah suhu tertinggi untuk kehidupan mikroba.
- Pengelompokan mikroba berdasarkan kisaran suhu pertumbuhannya
- Psikrofil (kriofil). Mikroba yang dapat tumbuh pada suhu 0-30oC dengan suhu optimum sekitar 15oC.
- Mesofil. Mikroba yang umumnya mempunyai suhu minimum 15oC, suhu optimum 25-37oC dan suhu maksimum 45-55oC.
- Termofil. Mikroba yang mempunyai suhu minimum 40oC, optimum pada suhu 55-60oC dan suhu maksimum 75oC
Titik kematian thermal. Suhu yang dapat mematikan spesies mikroba dalam waktu 10 menit pada kondisi tertentu.
Waktu kematian thermal. Waktu yang diperlukan untuk membunuh suatu spesies mikroba pada suatu suhu yang tetap.
Suhu rendah mengakibatkan
Cold shock. Penurunan suhu yang tiba-tiba menyebabkan kematian bakteri, terutama pada bakteri muda atau pada fase logaritmik
Pembekuan (freezing). Rusaknya sel dengan adanya kristal es di dalam air intraseluler
Lyofilisasi. Proses pendinginan di bawah titik beku dalam keadaan vakum secara bertingkat. Proses pengawetan mikroba karena air protoplasma langsung diuapkan tanpa melalui fase cair (sublimasi)
Kandungan Air
Setiap mikroba memerlukan kandungan air bebas tertentu untuk hidupnya. Diukur dengan parameter aw (water activity) atau kelembaban relatif.
Mikroba umumnya dapat tumbuh pada aw 0,998-0,6.
Bakteri umumnya memerlukan aw 0,90-0,999, tetapi bakteri halofil hanya memerlukan aw 0,75
Mikroba yang osmotoleran dapat hidup pada aw terendah (0,6) misalnya khamir Saccharomyces rouxii.
Aspergillus glaucus dan jamur benang lain dapat tumbuh pada aw 0,8.
Mikroba yang tahan kekeringan dengan membentuk spora, konidia atau dapat membentuk kista
Tekanan Osmose
Tekanan osmose sebenarnya sangat erat hubungannya dengan kandungan air.
Apabila mikroba diletakkan pada larutan hipertonis, maka selnya akan mengalami plasmolisis, yaitu terkelupasnya membran sitoplasma dari dinding sel akibat mengkerutnya sitoplasma.
Apabila diletakkan pada larutan hipotonis, maka sel mikroba akan mengalami plasmoptisa, yaitu pecahnya sel karena cairan masuk ke dalam sel, sel membengkak dan akhirnya pecah
Mikroba dikelompokkan berdasarkan tekanan osmose
Mikroba osmofil, adalah mikroba yang dapat tumbuh pada kadar gula tinggi
Mikroba halofil, adalah mikroba yang dapat tumbuh pada kadar garam halogen yang tinggi
Mikroba halodurik, adalah kelompok mikroba yang dapat tahan (tidak mati) tetapi tidak dapat tumbuh pada kadar garam tinggi, kadar garamnya dapat mencapai 30 %.
pH / Keasaman
Tingkat keasaman mempengaruhi viabilitas mikroba. Lebih mudah dibunuh dengan pemanasan saat asam
Pengelompokkan mikroba berdasarkan pH
Asidofil, tumbuh pada pH 2,0 – 5,0
Neurofil, tumbuh pada pH 5,5 – 8,0
Alkalifil, tumbuh pada pH 8,4 – 9,5
Mikroba memiliki pH minimum, optimum dan maksimum
Jamur kisaran pH luas
Khamir 4,0 – 4,5
Bakteri 6,5 – 7,5
Kestabilan pH dijaga dengan buffer
Misal KH2PO4 dan K2HPO4
Ion dan Listrik
Logam berat seperti Hg, Ag, Cu, Au, dan Pb pada kadar rendah dapat bersifat meracun (toksis). Logam berat mempunyai daya oligodinamik, yaitu daya bunuh logam berat pada kadar rendah.
Ion-ion lain yang dapat mempengaruhi kegiatan fisiologi mikroba, yaitu ion sulfat, tartrat, klorida, nitrat, dan benzoat. Dapat mengurangi pertumbuhan mikroba tertentu. Sering digunakan untuk mengawetkan suatu bahan, misalnya digunakan dalam pengawetan makanan.
Senyawa lain yang juga mempengaruhi fisiologi mikroba, misalnya asam benzoat, asam asetat, dan asam sorbat.
Listrik dapat mengakibatkan : 1) Elektrolisis bahan penyusun medium pertumbuhan, 2) Terbentuknya panas yang dapat mempengaruhi pertumbuhan mikroba.
Sel mikroba dalam suspensi akan mengalami elektroforesis apabila dilalui arus listrik.
Arus listrik tegangan tinggi yang melalui suatu cairan akan menyebabkan terjadinya shock karena tekanan hidrolik listrik.
Adanya radikal ion dari ionisasi radiasi dan terbentuknya ion logam dari elektroda juga menyebabkan kematian mikroba.
Radiasi
Radiasi menyebabkan ionisasi molekul-molekul di dalam protoplasma.
Cahaya umumnya dapat merusak mikroba yang tidak mempunyai pigmen fotosintesis.
Cahaya mempunyai pengaruh germisida, terutama cahaya bergelombang pendek dan bergelombang panjang.
Pengaruh germisida dari sinar bergelombang panjang disebabkan oleh panas yang ditimbulkannya. Sinar inframerah, Sinar x, sinar ultra violet, dan sinar radiasi lain dapat membunuh mikroba.
Apabila tingkat iradiasi yang diterima sel mikroba rendah, maka dapat menyebabkan terjadinya mutasi pada mikroba.
Tegangan Permukaan
Tegangan muka mempengaruhi cairan sehingga permukaan cairan tersebut menyerupai membran yang elastis.
Perubahan tegangan muka pada dinding sel akan mempengaruhi pula permukaan protoplasma. Akibat selanjutnya dapat mempengaruhi pertumbuhan mikroba dan bentuk morfologinya.
Zat-zat seperti sabun, deterjen, dan zat-zat pembasah (surfaktan) seperti Tween80 dan Triton A20 dapat mengurangi tegangan muka cairan
Tekanan Hidrostatik
Tekanan hidrostatik mempengaruhi metabolisme dan pertumbuhan mikroba.
Umumnya tekanan 1-400 atm tidak mempengaruhi atau hanya sedikit mempengaruhi metabolisme dan pertumbuhan mikroba.
Tekanan hidrostatik yang lebih tinggi dapat menghambat atau menghentikan pertumbuhan 1) Tekanan hidrostatik tinggi dapat menghambat sintesis RNA, DNA, dan protein, 2) Mengganggu fungsi transport membran sel, 3) Mengurangi aktivitas berbagai macam enzim.
Getaran
Getaran mekanik dapat merusakkan dinding sel dan membran sel mikroba.
Banyak dipakai untuk memperoleh ekstrak sel mikroba.
Getaran suara 100-10.000 x/ detik juga dapat digunakan untuk memecah sel.
Interaksi dalam Satu Populasi Mikroba
Interaksi positif antar jasad dalam satu populasi yang sama
Interaksi positif menyebabkan meningkatnya kecepatan pertumbuhan sebagai efek sampingnya.
Meningkatnya kepadatan populasi, secara teoritis meningkatkan kecepatan pertumbuhan.
Interaksi positif disebut juga kooperasi. Sebagai contoh adalah pertumbuhan satu sel mikroba menjadi koloni atau pertumbuhan pada fase lag (fase adaptasi).
Interaksi negatif antar jasad dalam satu populasi yang sama
Interaksi negatif menyebabkan turunnya kecepatan pertumbuhan dengan meningkatnya kepadatan populasi. Misalnya populasi mikroba yang ditumbuhkan dalam substrat terbatas, atau adanya produk metabolik yang meracun.
Interaksi negatif disebut juga kompetisi
Demikian pembahasan tentang mikroba, DNA dan RNA Semoga Bermanfaat. jangan lupa ikuti blog ini untuk mendapatkan update terbaru seputar matematika, Sains serta IPTEK. Selamat Belajar, Semangat Belajar serta Salam SUKSES.
0 komentar