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 situs penahan untuk struktur seperti flagela atau pilis dan mendefinisikan berbagai sifat yang terkait 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 peptidoglikan berwarna ungu (gram positif) dan bakteri dengan dinding tipis yang dikelilingi lipopolisakarida berwarna merah muda (gram negatif).
Sumber pixabay.com
Meskipun makhluk organik lain seperti archaea, alga, jamur dan tumbuhan memiliki dinding sel, struktur dan komposisi mereka sangat berbeda dari dinding sel bakteri.
Indeks artikel
Karakteristik dan struktur
Dinding bakteri: jaringan peptidoglikan
Dalam biologi kita biasanya mendefinisikan batas antara yang hidup dan yang tidak hidup 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 dengan panjang dan struktur yang bervariasi.
Secara kimia, peptidoglikan adalah disakarida yang unit monomernya adalah N-acetylglucosamine dan N-acetylmuramic (dari akar murus, yang berarti dinding).
Kita 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, yang dikenal sebagai 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 eksternal, seperti glikokaliks, flagela, filamen aksial, fimbriae, dan pilis.
Glikokaliks terdiri dari matriks konsistensi agar-agar yang mengelilingi dinding, dan komposisinya bervariasi (polisakarida, polipeptida, dll). Pada beberapa strain bakteri, komposisi kapsul ini berkontribusi terhadap 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 digeneralisasi 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. Bahkan, pada awalnya mereka dianggap virus dan bukan bakteri.
Namun, harus ada cara agar bakteri kecil ini mendapatkan perlindungan. Mereka melakukan ini berkat adanya lipid khusus yang disebut sterol, yang berkontribusi terhadap 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 eksoskeleton (seperti pada arthropoda).
Bakteri mengandung sejumlah besar zat terlarut di dalamnya. Karena fenomena osmosis, air yang mengelilinginya akan mencoba masuk ke dalam sel menciptakan tekanan osmotik, yang jika tidak dikendalikan dapat menyebabkan lisis 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 memungkinkan untuk mencegah lisis sel.
Kekakuan dan bentuk
Berkat sifatnya yang kaku, dinding membantu membentuk bakteri. Itulah mengapa kita dapat membedakan berbagai bentuk bakteri menurut unsur ini, dan kita dapat menggunakan karakteristik ini untuk membuat klasifikasi berdasarkan morfologi yang paling umum (kokus atau basil, antara lain).
Situs jangkar
Akhirnya, dinding sel berfungsi sebagai situs penahan untuk struktur lain yang terkait dengan motilitas dan penahan, seperti flagela.
-Kegunaan 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. Lebih jauh lagi, strukturnya memungkinkan untuk memahami virulensi bakteri dan jenis antibiotik apa yang rentan terhadapnya.
Karena komponen kimia dinding sel bersifat unik pada bakteri (tidak ada pada inang manusia), unsur ini merupakan target potensial untuk pengembangan antibiotik.
Klasifikasi menurut pewarnaan Gram
Dalam mikrobiologi, prosedur pewarnaan banyak digunakan. Beberapa di antaranya sederhana dan tujuannya adalah untuk menunjukkan dengan jelas keberadaan suatu organisme. Namun, noda lain adalah dari jenis diferensial, di mana pewarna yang digunakan bereaksi tergantung pada jenis bakteri.
Salah satu pewarnaan diferensial yang paling banyak digunakan dalam mikrobiologi adalah pewarnaan Gram, suatu teknik yang dikembangkan pada tahun 1884 oleh ahli bakteriologi Hans Christian Gram. Teknik ini memungkinkan bakteri untuk diklasifikasikan ke dalam kelompok besar: gram positif dan gram negatif.
Hari ini dianggap sebagai teknik utilitas medis yang besar, meskipun beberapa bakteri tidak bereaksi dengan baik terhadap pewarnaan. Biasanya diterapkan ketika bakteri masih muda dan tumbuh.
protokol pewarnaan gram
(i) Penerapan noda utama : sampel panas tetap ditutupi dengan noda ungu dasar, biasanya kristal violet yang digunakan selama ini. Pewarna ini menembus semua sel yang ditemukan dalam sampel.
(ii) Kegunaan yodium : setelah beberapa saat, pewarna ungu dihilangkan 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) Kegunaan safranin : akhirnya, larutan yang diterapkan pada langkah sebelumnya dihilangkan dan pewarna lain, safranin, diterapkan. Ini adalah pewarna merah dasar. Pewarna ini dicuci dan sampel siap untuk diamati di bawah cahaya 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 dalam jenis ini diamati ungu.
Prinsip teoritis pewarnaan didasarkan pada struktur dinding sel bakteri, karena tergantung pada lolos atau tidaknya pewarna ungu, yang membentuk kompleks bersama dengan yodium.
Perbedaan mendasar antara bakteri gram negatif dan positif adalah jumlah peptidoglikan yang ada. Gram positif memiliki lapisan tebal senyawa ini yang memungkinkan mereka untuk mempertahankan warna ungu, meskipun pencucian berikutnya.
Violet kristal yang memasuki sel pada langkah pertama membentuk kompleks dengan yodium, yang membuatnya sulit untuk melarikan diri dengan mencuci alkohol, berkat lapisan tebal peptidoglikan yang mengelilingi mereka.
Ruang antara lapisan peptidoglikan dan membran sel dikenal sebagai ruang plasmik dan terdiri dari lapisan granular yang terdiri dari asam lipoteikoat. Selain itu, bakteri gram positif dicirikan dengan memiliki serangkaian asam teikoat yang menempel pada dinding.
Contoh dari jenis bakteri ini adalah spesies Staphylococcus aureus , yang merupakan patogen bagi manusia.
dinding sel bakteri gram negatif
Bakteri yang tidak mempertahankan pewarnaan dari langkah (iii) pada dasarnya adalah gram negatif. Inilah alasan mengapa pewarna kedua (safranin) diterapkan untuk dapat memvisualisasikan kelompok prokariota ini. Dengan demikian, bakteri gram negatif tampak berwarna merah muda.
Berbeda dengan lapisan tebal peptidoglikan yang ditemukan pada bakteri gram positif, bakteri negatif memiliki lapisan yang jauh lebih tipis. Selain itu, mereka menyajikan lapisan lipopolisakarida yang merupakan bagian dari dinding sel mereka.
Kita dapat menggunakan analogi sandwich: roti mewakili dua membran lipid dan bagian dalamnya atau isinya 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 mempertahankan pewarna ungu yang diterapkan pada langkah pertama, karena pencucian alkohol menghilangkan lapisan lipopolisakarida (dan bersama dengan itu pewarna). Mereka tidak mengandung asam teichoic yang disebutkan dalam gram positif.
Contoh 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 pemberian antibiotik seperti penisilin dan sefalosporin.
Sebaliknya, bakteri gram negatif sering 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 lainnya.
Biosintesis
Sintesis dinding sel bakteri dapat terjadi di sitoplasma sel atau di membran dalam. Setelah unit struktural telah disintesis, perakitan dinding berlangsung di luar bakteri.
Sintesis peptidoglikan terjadi di sitoplasma, di mana terbentuk nukleotida yang akan berfungsi sebagai prekursor untuk makromolekul yang membentuk dinding ini.
Sintesis berlangsung di membran plasma, di mana pembentukan senyawa lipid membran terjadi. Di dalam membran plasma, polimerisasi unit yang membentuk peptidoglikan terjadi. Seluruh proses dibantu oleh enzim bakteri yang berbeda.
Degradasi
Dinding sel dapat terdegradasi berkat aksi enzimatik lisozim, enzim yang ditemukan secara alami dalam cairan seperti air mata, lendir dan air liur.
Enzim ini bekerja lebih efisien pada 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 secara dangkal mengingatkan pada bakteri, sifat dinding selnya berbeda.
Di archaea mungkin ada atau 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 telah dilaporkan.
Namun, mereka dapat mengandung zat yang dikenal sebagai pseudomurein. Jika pewarnaan Gram diterapkan, semuanya akan menjadi gram negatif. Oleh karena itu, pewarnaan tidak berguna dalam archaea.
Referensi
- Albers, SV, & Meyer, BH (2011). Selubung sel archaeal. Tinjauan Alam Mikrobiologi , 9 (6), 414–426.
- Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Biologi sel esensial . Ilmu Garland.
- Cooper, G. (2000). Sel: Pendekatan Molekuler. edisi ke-2. Rekan Sinauer.
- Cooper, GM, & Hausman, RE (2007). Sel: pendekatan molekuler . Washington, DC, Sunderland, MA.
- Cullimore, DR (2010). Atlas praktis untuk identifikasi bakteri . CRC Pers.
- Koebnik, R., Locher, KP, & Van Gelder, P. (2000). Struktur dan fungsi protein membran luar bakteri: singkatnya barel. Mikrobiologi molekuler , 37 (2), 239–253.
- Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D., & Darnell, J. (2000). Biologi sel molekuler edisi keempat . Pusat Nasional Informasi Bioteknologi, Rak Buku.
- Scheffers, DJ, & Pinho, MG (2005). Sintesis dinding sel bakteri: wawasan baru dari studi lokalisasi. Ulasan Mikrobiologi dan Biologi Molekuler , 69 (4), 585–607.
- Tortora, GJ, Funke, BR, & Kasus, CL (2016). Mikrobiologi. Sebuah pengantar. Pearson.
