DINDING SEL BAKTERI: KARAKTERISTIK, BIOSINTESIS, FUNGSI - BIOLOGI - 2025

The dinding sel bakteri adalah struktur yang kompleks dan semi-kaku, yang bertanggung jawab untuk memberikan perlindungan dan bentuk bakteri. Secara struktural, itu terdiri dari molekul yang disebut peptidoglikan. Selain perlindungan terhadap perubahan tekanan, dinding bakteri menyediakan tempat berlabuh untuk struktur seperti flagela atau pilis dan menentukan berbagai sifat yang berkaitan dengan virulensi dan motilitas sel.

Metodologi yang banyak digunakan untuk mengklasifikasikan bakteri menurut struktur dinding selnya adalah pewarnaan Gram. Ini terdiri dari aplikasi sistematis pewarna ungu dan merah muda, di mana bakteri dengan dinding tebal dan kaya akan pewarna peptidoglikan ungu (gram positif) dan bakteri dengan dinding tipis dikelilingi oleh pewarna lipopolisakarida merah muda (gram negatif).

Sumber pixabay.com

Meskipun makhluk organik lain seperti archaea, alga, jamur dan tumbuhan memiliki dinding sel, struktur dan komposisinya sangat berbeda dari dinding sel bakteri.

Karakteristik dan struktur

Dinding bakteri: jaringan peptidoglikan

Dalam biologi kita biasanya mendefinisikan batas antara makhluk hidup dan tak hidup dengan menggunakan membran plasma. Namun, ada banyak organisme yang dikelilingi oleh penghalang tambahan: dinding sel.

Pada bakteri, dinding sel terdiri dari jaringan makromolekul yang rumit dan kompleks yang disebut peptidoglikan, juga dikenal sebagai murein.

Selain itu, kita dapat menemukan jenis zat lain di dinding yang digabungkan dengan peptidoglikan, seperti karbohidrat dan polipeptida yang panjang dan strukturnya bervariasi.

Secara kimiawi, peptidoglikan merupakan disakarida yang satuan monomernya adalah N-asetilglukosamin dan N-asetilmuramat (dari akar murus yang artinya dinding).

Kami selalu menemukan rantai yang terdiri dari tetrapeptida, yang terdiri dari empat residu asam amino yang terkait dengan N-asetilmuramat.

Struktur dinding sel bakteri mengikuti dua skema atau dua pola umum yaitu gram positif dan gram negatif. Pada bagian selanjutnya kita akan mengembangkan ide ini secara mendalam.

Struktur di luar dinding sel

Biasanya dinding sel bakteri dikelilingi oleh beberapa struktur luar, seperti glikokaliks, flagela, filamen aksial, fimbriae dan pilis.

Glikokaliks terdiri dari matriks agar-agar yang mengelilingi dinding, dan memiliki komposisi yang bervariasi (polisakarida, polipeptida, dll.). Dalam beberapa strain bakteri, komposisi kapsul ini berkontribusi pada virulensi. Ini juga merupakan komponen penting dalam pembentukan biofilm.

Flagela adalah struktur berserabut, yang bentuknya menyerupai cambuk dan berkontribusi pada mobilitas organisme. Sisa dari filamen yang disebutkan di atas berkontribusi pada penahan sel, motilitas dan pertukaran materi genetik.

Dinding sel bakteri atipikal

Meskipun struktur yang disebutkan di atas dapat digeneralisasikan untuk sebagian besar organisme bakteri, ada pengecualian yang sangat spesifik yang tidak sesuai dengan skema dinding sel ini, karena mereka kekurangan atau memiliki bahan yang sangat sedikit.

Anggota genus Mycoplasma dan organisme yang terkait secara filogenetik termasuk di antara bakteri terkecil yang pernah tercatat. Karena ukurannya yang kecil, mereka tidak memiliki dinding sel. Padahal, awalnya mereka dianggap virus, bukan bakteri.

Namun, harus ada cara agar bakteri kecil ini mendapat perlindungan. Mereka melakukan ini berkat adanya lipid khusus yang disebut sterol, yang berkontribusi pada perlindungan terhadap lisis sel.

fitur

Fungsi biologis dinding sel bakteri

Perlindungan

Fungsi utama dinding sel pada bakteri adalah untuk memberikan perlindungan pada sel, berfungsi sebagai semacam exoskeleton (seperti artropoda).

Bakteri mengandung sejumlah besar zat terlarut di dalamnya. Akibat fenomena osmosis, air yang mengelilinginya akan mencoba masuk ke dalam sel menciptakan tekanan osmotik, yang jika tidak dikendalikan dapat menyebabkan lisis pada sel.

Jika dinding bakteri tidak ada, satu-satunya penghalang pelindung di dalam sel adalah membran plasma rapuh yang bersifat lipid, yang dengan cepat akan menyerah pada tekanan yang disebabkan oleh fenomena osmosis.

Dinding sel bakteri membentuk barikade pelindung terhadap fluktuasi tekanan yang mungkin terjadi, yang mencegah lisis sel.

Kekakuan dan bentuk

Berkat sifatnya yang mengeras, dinding membantu membentuk bakteri. Itulah sebabnya kita dapat membedakan berbagai bentuk bakteri menurut elemen ini, dan kita dapat menggunakan karakteristik ini untuk menetapkan klasifikasi berdasarkan morfologi yang paling umum (antara lain kokus atau basil).

Situs jangkar

Akhirnya, dinding sel berfungsi sebagai tempat berlabuh untuk struktur lain yang terkait dengan motilitas dan penahan, seperti flagela.

Aplikasi dinding sel

Selain fungsi biologis ini, dinding bakteri juga memiliki aplikasi klinis dan taksonomi. Seperti yang akan kita lihat nanti, dinding digunakan untuk membedakan berbagai jenis bakteri. Selain itu, strukturnya memungkinkan untuk memahami virulensi bakteri dan jenis antibiotik apa yang rentan terhadapnya.

Karena komponen kimiawi dinding sel unik untuk bakteri (tidak terdapat dalam tubuh manusia), elemen ini merupakan target potensial untuk pengembangan antibiotik.

Klasifikasi menurut pewarnaan Gram

Dalam mikrobiologi, noda adalah prosedur yang banyak digunakan. Beberapa di antaranya sederhana dan tujuannya adalah untuk menunjukkan dengan jelas keberadaan suatu organisme. Namun, pewarna lain memiliki tipe yang berbeda, di mana pewarna yang digunakan bereaksi tergantung pada jenis bakterinya.

Salah satu pewarnaan diferensial yang paling banyak digunakan dalam mikrobiologi adalah pewarnaan Gram, teknik yang dikembangkan pada tahun 1884 oleh ahli bakteriologi Hans Christian Gram. Teknik ini memungkinkan bakteri diklasifikasikan ke dalam kelompok besar: gram positif dan gram negatif.

Hari ini dianggap sebagai teknik utilitas medis yang hebat, meskipun beberapa bakteri tidak bereaksi dengan baik terhadap pewarnaan. Ini biasanya diterapkan saat bakteri masih muda dan tumbuh.

Protokol pewarnaan Gram

(i) Penerapan pewarna primer: sampel yang dipasangi panas ditutup dengan pewarna ungu dasar, biasanya kristal violet digunakan untuk ini. Noda ini meresap ke semua sel yang ditemukan dalam sampel.

(ii) Penerapan yodium: setelah beberapa saat, pewarna ungu dikeluarkan dari sampel dan yodium, zat mordan, diterapkan. Pada tahap ini, bakteri gram positif dan negatif diwarnai dengan warna ungu tua.

(iii) Pencucian: langkah ketiga melibatkan pencucian pewarna dengan larutan alkohol atau dengan campuran alkohol-aseton. Solusi ini memiliki kemampuan untuk menghilangkan warna, tetapi hanya dari beberapa sampel.

(iv) Aplikasi safranin: akhirnya, larutan yang diterapkan pada langkah sebelumnya dihilangkan dan pewarna lain, safranin, diaplikasikan. Ini adalah pewarnaan merah dasar. Zat warna ini dicuci dan sampel siap diamati di bawah sinar mikroskop optik.

Dinding sel bakteri gram positif

Pada langkah (iii) pewarnaan hanya beberapa bakteri yang mempertahankan pewarna ungu, dan ini dikenal sebagai bakteri gram positif. Warna safranin tidak mempengaruhi mereka, dan pada akhir pewarnaan mereka yang termasuk jenis ini diamati ungu.

Prinsip teoritis pewarnaan didasarkan pada struktur dinding sel bakteri, karena tergantung pada keluar atau tidaknya pewarna ungu, yang membentuk kompleks bersama dengan yodium.

Perbedaan mendasar antara bakteri gram negatif dan positif adalah jumlah peptidoglikan yang mereka hadirkan. Gram positif memiliki lapisan tebal senyawa ini yang memungkinkannya mempertahankan warna ungu, meskipun dicuci setelahnya.

Kristal violet yang memasuki sel pada langkah pertama membentuk kompleks dengan yodium, yang membuatnya sulit keluar dengan pencucian alkohol, berkat lapisan tebal peptidoglikan yang mengelilinginya.

Ruang antara lapisan peptidoglikan dan membran sel dikenal sebagai ruang plasmik dan terdiri dari lapisan granular yang tersusun dari asam lipoteikoat. Selain itu, bakteri gram positif dicirikan dengan memiliki serangkaian asam teichoic yang menempel di dinding.

Contoh dari jenis bakteri ini adalah jenis Staphylococcus aureus yang merupakan patogen bagi manusia.

Dinding sel bakteri gram negatif

Bakteri yang tidak mempertahankan pewarnaan pada langkah (iii), menurut aturan, adalah gram negatif. Inilah alasan mengapa pewarna kedua (safranin) diterapkan untuk memvisualisasikan kelompok prokariota ini. Dengan demikian, bakteri gram negatif tampak berwarna merah muda.

Berbeda dengan lapisan peptidoglikan tebal yang dimiliki bakteri gram positif, bakteri negatif memiliki lapisan yang jauh lebih tipis. Selain itu, mereka menghadirkan lapisan lipopolisakarida yang merupakan bagian dari dinding sel mereka.

Kita dapat menggunakan analogi sandwich: roti mewakili dua membran lipid dan bagian dalamnya atau isiannya adalah peptidoglikan.

Lapisan lipopolisakarida terdiri dari tiga komponen utama: (1) lipid A, (2) inti polisakarida, dan (3) polisakarida O, yang berfungsi sebagai antigen.

Ketika bakteri tersebut mati, ia melepaskan lipid A, yang berfungsi sebagai endotoksin. Lipid terkait dengan gejala yang disebabkan oleh infeksi bakteri gram negatif, seperti demam atau pelebaran pembuluh darah, antara lain.

Lapisan tipis ini tidak menahan pewarna ungu yang dioleskan pada langkah pertama, karena pencucian alkohol menghilangkan lapisan lipopolisakarida (dan bersamaan dengan pewarna). Mereka tidak mengandung asam teichoic yang disebutkan dalam gram positif.

Contoh dari pola organisasi dinding sel bakteri ini adalah bakteri E. coli yang terkenal.

Konsekuensi medis dari pewarnaan Gram

Dari sudut pandang medis, penting untuk mengetahui struktur dinding bakteri, karena bakteri gram positif biasanya mudah dihilangkan dengan penggunaan antibiotik seperti penisilin dan sefalosporin.

Sebaliknya, bakteri gram negatif biasanya resisten terhadap aplikasi antibiotik yang gagal menembus penghalang lipopolisakarida.

Pewarnaan lainnya

Meskipun pewarnaan Gram dikenal luas dan diterapkan di laboratorium, ada juga metodologi lain yang memungkinkan untuk membedakan bakteri menurut aspek struktural dinding sel. Salah satunya adalah pewarnaan asam yang mengikat kuat pada bakteri yang memiliki bahan mirip lilin yang menempel di dinding.

Ini digunakan secara khusus untuk membedakan spesies Mycobacterium dari spesies bakteri lain.

Biosintesis

Sintesis dinding sel bakteri dapat terjadi di sitoplasma sel atau di membran bagian dalam. Setelah unit struktural disintesis, perakitan dinding dilanjutkan di luar bakteri.

Sintesis peptidoglikan terjadi di dalam sitoplasma, tempat terbentuknya nukleotida yang berfungsi sebagai prekursor makromolekul penyusun dinding ini.

Sintesis berlangsung di membran plasma, di mana pembentukan senyawa lipid membran terjadi. Di dalam membran plasma, terjadi polimerisasi unit-unit yang membentuk peptidoglikan. Seluruh proses dibantu oleh enzim bakteri yang berbeda.

Degradasi

Dinding sel dapat rusak berkat aksi enzimatis lisozim, enzim yang secara alami ditemukan dalam cairan seperti air mata, lendir, dan air liur.

Enzim ini bekerja lebih efisien di dinding bakteri gram positif, yang terakhir lebih rentan terhadap lisis.

Mekanisme enzim ini terdiri dari hidrolisis ikatan yang menyatukan blok monomer peptidoglikan.

Dinding sel di Arqueas

Kehidupan dibagi menjadi tiga domain utama: bakteri, eukariota, dan archaea. Meskipun yang terakhir ini secara dangkal mengingatkan pada bakteri, sifat dinding selnya berbeda.

Di archaea mungkin ada atau mungkin tidak ada dinding sel. Jika komposisi kimianya ada, itu bervariasi, termasuk serangkaian polisakarida dan protein, tetapi sejauh ini tidak ada spesies dengan dinding yang terdiri dari peptidoglikan yang dilaporkan.

Namun, mereka bisa mengandung zat yang dikenal sebagai pseudomurein. Jika pewarnaan Gram diterapkan, semuanya akan menjadi gram negatif. Oleh karena itu, pewarnaan tidak berguna pada archaea.

Referensi

1. Albers, SV, & Meyer, BH (2011). Amplop sel archaea. Ulasan Alam Mikrobiologi, 9 (6), 414–426.
2. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Biologi sel esensial. Ilmu Garland.
3. Cooper, G. (2000). Sel: Pendekatan Molekuler. Edisi ke-2. Sinauer Associates.
4. Cooper, GM, & Hausman, RE (2007). Sel: pendekatan molekuler. Washington, DC, Sunderland, MA.
5. Cullimore, DR (2010). Atlas praktis untuk identifikasi bakteri. CRC Press.
6. Koebnik, R., Locher, KP, & Van Gelder, P. (2000). Struktur dan fungsi protein membran luar bakteri: singkatnya barel. Mikrobiologi molekuler, 37 (2), 239-253.
7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D., & Darnell, J. (2000). Biologi sel molekuler edisi ke-4. Pusat Nasional untuk Informasi Bioteknologi, Rak Buku.
8. Scheffers, DJ, & Pinho, MG (2005). Sintesis dinding sel bakteri: wawasan baru dari studi lokalisasi. Ulasan Mikrobiologi dan Biologi Molekuler, 69 (4), 585-607.
9. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2016). Mikrobiologi. Pengenalan. Pearson.