Envelop Bakteri

Read Also

        Komponen permukaan yang terdapat pada envelop bakteri mempunyai fungsi dalam mengambil nutrien, menghindari senyawa toksik tertentu dan memperantarai transfer informasi genetik. Envelop bakteri terdiri atas: (a) membran sitoplasma, (b) dinding sel, dan (c) membran luar pada bakteri tertentu. Membran sel merupakan lapisan ganda fosfolipid yang mengandung lebih dari 200 protein berbeda. Lapisan ganda fosfolipid terbentuk karena bagian hidrofil fosfolipid terpapar ke arah luar sedangkan bagian hidrofob mengarah ke dalam. Protein yang terdapat dalam membran disebut dengan protein membran, dan protein yang melintasi membran disebut dengan protein transmembran.

        Membran sel bakteri mempunyai fungsi sebagai barier osmotik, transport nutrien, tempat sintesis lipid membran termasuk LPS, tempat sintesis dinding murein, perakitan dan sekresi protein ekstrasitoplasma (protein membran, periplasma, membran luar, dan protein ekstraseluler), transport elektron yang terlibat dalam respirasi, segregasi kromosom, dan khemotaksis.

(1) Dinding sel

Dinding sel atau lapisan murein memberi kekuatan pada sel, sehingga sel sangat sulit dipecahkan dengan cara mekanik serta mempertahankan bentuk sel. Dinding sel memberi pertahanan kimia dan fisika terhadap bahan kimia berbahaya yang menyerang membran sel.

                 Pada bakteri Gram positif, peptidoglikan berlapis tebal dan mengandung asam teichoat. Dinding sel ini tidak permeabel terhadap senyawa hidrofob. Demikian juga gugus amino-gula, asam amino bermuatan dan fosfat asam teichoat sangat polar sehingga asam teichoat juga memberi perlindungan terhadap senyawa hidrofob. Keberadaan lapisan peptidoglikan dan asam teichoat menyebabkan sel diselubungi oleh lapisan hidrofil. Beberapa asam teichoat mempunyai lipid disebut asam lipotechoat (LTA). LTA menempel pada membran sitoplasma melalui bagian lipidnya.. Lapisan peptidoglikan yang tebal pada bakteri Gram positif menyebabkan kompleks dye-iodin yang bersifat hidrofob setelah masuk ke dalam sel, sulit untuk meninggalkan sel. Dinding sel yang tebal juga menyebabkan sel dapat bertahan pada media hipotonik. Pada bakteri Gram positif, peptidoglikan mempunyai ketebalan sampai sekitar 25 lapisan. Peptidoglikan mengandung ikatan b 1-4 glikosida yang dapat dikenali oleh lisozim.

            Dinding sel bakteri Gram negatif di bagian luarnya diselubungi oleh suatu membran yang disebut dengan membran luar. Pada bakteri ini, lapisan peptidoglikan tipis dan hanya terdiri atas dua lapisan. Di sebelah dalam lapisan peptidoglikan terdapat satu membran yang disebut membran dalam atau membran sitoplasma. Tidak seperti membran dalam, membran luar merupakan suatu membran yang tidak simetri. Bagian luar membran ini terdiri atas lipopolisakarida sedangkan bagian dalamnya adalah fosfolipid. Bagian luar LPS adalah antigen O yang merupakan rantai karbohidrat. Struktur envelop bakteri Gram negatif dapat dilihat pada Gambar. Oleh karena itu, baik membran sel bakteri gram positif maupun gram negatif bagian luarnya bersifat hidrofil dan resisten terhadap senyawa hidrofob dan hidrofil. Pada membran luar bakteri gram negatif terdapat porin yang membentuk suatu saluran berisi air. Porin menyebabkan senyawa hidrofil berukuran kecil dapat melintasi membran luar melalui difusi pasif. Struktur porin serta lokasinya dapat dilihat pada gambar. Senyawa hidrofil berukuran besar tentunya tidak dapat melintasi membran luar secara difusi aktif, tetapi harus melalui suatu mekanisme tertentu. Keberadaan membran luar mengakibatkan bakteri gram negatif sangat resisten terhadap berbagai antibiotik. Jarak antara membran luar dan peptidoglikan dipertahankan melalui suatu lipoprotein. Bagian lipid berinteraksi dengan membran luar, sementara bagian proteinnya berinteraksi dengan peptidoglikan.

(2) Periplasma

Pada bakteri Gram negatif, diantara membran luar dan membran dalam terdapat ruang yang disebut dengan periplasma. Didalam periplasma terdapat berbagai protein dengan fungsi berbeda, yaitu protein pengikat asam amino, gula, vitamin dan ion; enzim pendegradasi yang meliputi berbagai fosfatase, protease dan endonuklease I; enzim detoksifikasi misalnya b-laktamase (enzim penginaktivasi penisilin dan sefalosporin) dan enzim penfosforilasi aminoglikosida.

(3) Fungsi envelop

Envelop bakteri sangat bervariasi dalam struktur dan komposisi kimianya. Keragaman ini menggambarkan berbagai tantangan lingkungan yang dialami oleh mikroorganisme. Berbagai strategi dan penggunaan komponen envelop bakteri adalah sebagai berikut :

a.       Kekuatan dan integritas dinding sel bermanfaat untuk mengatasi tekanan osmosa internal yang tinggi dan kehidupan dalam lingkungan encer.

b.      Untuk menghadapi berbagai enzim berbahaya di lingkungan, bakteri dilengkapi oleh envelop dengan jala penghalang berpori ukuran kecil.

c.       Envelop bakteri dilengkapi oleh enzim pendegradasi spesifik, penghalang permeabilitas, mutasi target yang bermanfaat untuk menghadapi racun organik dan antibiotik.

d.      Keberadaan ion logam toksik untuk menghadapi kebutuhan trace metal, envelop bakteri dilengkapi ligan tertentu untuk menangkap dan khelat selektif untuk menahan ion essensial. 

e.       Untuk menghadapi pemangsa (misalnya virus, protozoa, fagosit), bakteri dilengkapi dengan kemampuan untuk membuat atau mengubah reseptor, lapisan penghalang (termasuk lapisan S), permukaan yang tidak menunjang secara fisikokimia, kapsul dan lain sebagainya.

f.       Nuklease tertentu digunakan untuk menghadapi serangan DNA asing; (7) untuk menghadapi masalah substrat yang sulit berdifusi atau sulit diperoleh, bakteri dilengkapi oleh mekanisme perlekatan, pergerakan dengan berenang dan gliding, chemotaxis, dan fototaksis.

g.      Untuk mengatasi lingkungan yang secara fisikokimia bervariasi, bakteri dilengkapi dengan gas vesicle, penghalang difusi selektif dan lebih tepat membran lipid.

2. Kapsul

            Banyak bakteri gram positif dan gram negatif mensekresi suatu struktur amorf. Seringkali, senyawa tersebut merupakan polisakarida berbobot molekul tinggi, baik heteropolimer atau homopolimer. Sintesis senyawa ini tidak terjadi setiap saat, tergantung pada medium pertumbuhan dan tidak penting untuk setiap saat. Pertumbuhan dapat terjadi tanpa kapsul, paling tidak pada kondisi laboratorium. Walaupun demikian, kapsul seringkali merupakan suatu determinan kemampuan sel bakteri untuk berkolonisasi pada lingkungan tertentu (misalnya Streptokokus mutants pada gigi). Kapsul juga merupakan pertahanan utama terhadap fagositosis. Tidak mengherankan bahwa banyak bakteri harus melintasi darah untuk mencapai organ dalam bentuk berkapsul. Contohnya adalah Haemophilus influenzae.

3. Flagela atau Bulu Cambuk

            Flagella adalah organ untuk pergerakan bakteri, Flagela merupakan filamen berbentuk heliks dengan motor pada dasarnya dan berotasi relatif terhadap permukaan bakteri. Flagela bakteri menyebabkan pergerakan dengan rotasi, tidak dengan membengkokkan, seperti yang terjadi pada flagela eukariot. Gerakan flagel dapat menyebabkan bakteri terdorong ke depan, sehingga flagel mempunyai fungsi seperti baling-baling pada kapal laut.

            Tidak semua bakteri bergerak, dan beberapa bakteri yang bergerak tidak mempunyai flagela. Bentuk lain dari motilitas adalah gliding. Bakteri yang berflagela dapat dibedakan pada jumlah dan organel ini. Beberapa spesies, seperti anggota Pseudomonas, hanya mempunyai satu flagela dan berlokasi pada ujung. Escherichia coli mempunyai sekitar 10 flagela. Proteus mempunyai ratusan flagela dan lokasinya tersebar pada seluruh permukaan sel.

            Setiap flagela terdiri atas tiga bagian yang berbeda pada kompleksitas molekulnya. Di bagian luar, adalah filamen heliks yang panjang, yang menjorok 5-10 mm ke medium – beberapa kali dari panjang sel. Filament dihubungkan dengan hook ke basal body. Filamen terdiri atas protein yang disebut flagelin. Pada beberapa spesies, flagela terdiri atas dua jenis flagelin (pada Caulobacter), tetapi pada umumnya hanya satu jenis. Flagelin sangat antigenik.

            Berdasarkan tempat kedudukan flagel, maka dapat diklasifikasi sebagai berikut:

·         Monotrik, jika flagel hanya satu dan melekat pada ujung sel.

·         Lofotrik, jika banyak flagel yang melekat pada salah satu ujung sel

·         Amfitrik, jika banyak flagel yang melekat pada kedua ujung sel

·         Peritrik, jika flagel tersebar dari ujung samapi ke sisi-sisi sel

·         Atrik, jika species tidak mempunyai flagel sama sekali

4. Pili atau Fimbriae

            Pili adalah tipe kedua dari struktur protein yang menjorok keluar dari permukaan bakteri. Pili merupakan suatu organ untuk perlekatan pada permukaan dan bersifat sangat spesifik. E.coli mempunyai 100-300 pili. Panjang pili adalah berkisar antara 0,2 – 2 mm. pili terdiri atas pilin. Beberapa pilin mengandung satu jenis pilin, tetapi yang lain mengandung, lebih dari satu. Protein minor, seringkali berlokasi pada ujung pili dan bertanggung jawab pada sifat perlekatan. Molekul pilin ditata dalam bentuk heliks untuk membentuk silinder lurus.

            Pili tertentu, dinamakan pili seks, memainkan fungsi yang sangat penting dalam konjugasi bakteri. Pili memperantarai perlekatan awal pada pasangan yang berkonjugasi (lihat gambar). Pili jenis lain, dinamakan pili tipe 1 atau common pili, terlibat dalam perlekatan bakteri pada permukaan, seringkali pada permukaan sel eukariot. Sebagai contoh adalah Neisseria gonorrhoeae, E.coli dan patogen lain melekat pada membran saluran kemih melalui pili. Perlekatan menyebabkan pengikatan spesifik antara pili dan reseptor permukaan (suatu glikoprotein) pada permukaan sel inang. Adesin digunakan untuk menyatakan protein minor pada pili yang berperan dalam interaksi inang – parasit.

            Pili dari bakteri berbeda mempunyai antigenisitas berbeda dan menginduksi pembentukan antibodi dengan spesifitas berbeda. Antibodi terhadap pili dari suatu spesies bakteri tidak mencegah perlekatan bakteri lain. Walaupun dalam satu spesies, bakteri seperti gonokokus telah berevolusi sehingga mempunyai kemampuan untuk membentuk pili dengan tipe antigenik yang berbeda. Dengan merubah tipe pilinya, sel gonokokus masih tetap melekat pada sel inang, setelah menginduksi respons antibodi yang kuat terhadap tipe pili asal.