Tekanan osmotik
Sel-sel bakteri tampak sederhana, tetapi membangun sel-sel ini merupakan tantangan rekayasa yang sangat besar. Untuk memahami tantangan ini, pertama-tama kita harus memahami tekanan osmotik dan hubungannya dengan sel bakteri.
Osmosis didefinisikan sebagai pergerakan air melintasi membran semipermeabel dari daerah konsentrasi zat terlarut rendah ke daerah konsentrasi zat terlarut tinggi. Zat terlarut hanyalah zat apa pun yang dilarutkan dalam pelarut cair, yang biasanya berupa air. Air dapat melewati membran, tetapi zat terlarut tidak bisa. Jika satu sisi memiliki lebih banyak zat terlarut (larutan hipertonik) daripada sisi lainnya (larutan hipotonik), air akan bergerak menuju sisi yang lebih pekat dalam upaya untuk menyeimbangkan konsentrasi zat terlarut. Jika larutan hipertonik berada dalam wadah tertutup, masuknya air dapat menciptakan tekanan yang signifikan, mungkin cukup untuk memecahkan wadah.
Lalu apa hubungannya dengan bakteri? Bakteri ditutupi oleh membran sel, yang semi-permeabel. Air dapat dengan bebas berdifusi masuk atau keluar sel melalui protein transpor, tergantung pada konsentrasi zat terlarut. Umumnya, di dalam sel terdapat zat terlarut dalam jumlah yang cukup banyak. Bakteri memiliki DNA, protein, enzim, garam, nutrisi, dan ion dalam larutan dalam sitoplasma yang dipertahankan oleh sifat semipermeabel membran. Sangat penting untuk kelangsungan hidup bakteri bahwa molekul-molekul ini tetap berada di sitoplasma. Di dalam sel, larutan sitoplasma bersifat hipertonik dibandingkan dengan lingkungan. Apa yang baru saja kita pelajari tentang air adalah bahwa air berjuang untuk menjaga keseimbangan dan harus berdifusi ke dalam sel. Sayangnya untuk sel, tekanan osmotik yang dihasilkan bisa mencapai 2 atmosfer, yaitu tekanan yang kira-kira sama dengan tekanan ban mobil Anda.
Jadi kembali ke tantangan rekayasa itu, bakteri perlu mengembangkan beberapa mekanisme yang mencegah sel pecah tetapi masih cukup berpori untuk bahan seperti nutrisi atau limbah masuk dan keluar sel.
bungkus sel
Sel bakteri ditutupi oleh selubung sel yang terdiri dari membran sel dan dinding sel. Membran sel adalah lapisan ganda fosfolipid yang mengatur pengangkutan molekul masuk dan keluar sel. Ini adalah struktur lemah yang akan meledak dari tekanan osmotik tanpa penguatan. Dinding sel adalah komponen selubung yang memberikan penguatan itu.
Dinding seluler
Hampir semua genera bakteri memiliki dinding sel , yaitu struktur kaku yang mengandung karbohidrat yang mengelilingi sel bakteri. Seperti biasa dalam biologi, ada beberapa bola aneh, seperti genus Mycoplasma , yang telah kehilangan dinding selnya, tetapi karena jumlahnya sedikit, memiliki dinding sel pasti merupakan keuntungan besar bagi bakteri.
Eksoskeleton dinding sel ini memberi bakteri beberapa manfaat. Dinding sel melindungi bakteri dari kerusakan dengan mengelilinginya dengan struktur yang keras dan kaku. Struktur ini juga berpori. Molekul kecil dapat dengan bebas melewati dinding sel ke membran, tetapi molekul besar tidak termasuk. Dengan cara ini, dinding sel berfungsi sebagai filter kasar. Namun, fungsi utama dinding sel adalah mempertahankan bentuk sel dan mencegahnya pecah di bawah tekanan osmotik (disebut lisis).
Seperti yang diharapkan, alam tampaknya telah menyelesaikan tantangan dengan sempurna. Dinding sel mempertahankan bentuk dan permeabilitasnya! Dengan menyelidiki detailnya, kita dapat memahami bagaimana dinding sel menyelesaikannya.
peptidoglikan
Komponen struktural utama dari dinding sel adalah peptidoglikan , yang merupakan molekul kompleks yang terdiri dari unit N-acetylglucosamine (NAG) dan N-acetylmuramic acid (NAM) bolak-balik yang dihubungkan oleh peptida pendek. Hasilnya adalah pola garis silang datar yang sangat kuat dan kaku, namun cukup terbuka untuk pergerakan partikel. Seperti yang Anda lihat, peptidoglikan menyerupai pagar rantai.
Hampir semua bakteri memiliki dinding sel yang terbuat dari peptidoglikan. Tapi ada lebih banyak dinding sel dari sekedar peptidoglikan. Di alam, ada dua jenis utama dinding sel, Gram-positif dan Gram-negatif, masing-masing dengan struktur yang sangat berbeda. Istilah ‘Gram’ mengacu pada teknik pewarnaan Gram yang membedakan bakteri dengan dua dinding sel yang berbeda. Untuk pelajaran ini, tidak penting untuk mengetahui prosedur pewarnaan yang tepat.
gram positif
Bakteri gram positif memiliki banyak lapisan peptidoglikan yang membentuk dinding sel yang sangat tebal dan kaku. Lapisan peptidoglikan yang rata dan teduh ditumpuk satu sama lain, menciptakan dinding sel yang relatif tebal. Mencakup tumpukan peptidoglikan adalah asam teichoic. Molekul panjang ini memiliki muatan negatif dan membantu memindahkan ion melalui dinding sel yang tebal. Penting untuk dicatat bahwa asam teikoat hanya ditemukan pada bakteri gram positif.
Gram-negatif
Bakteri gram negatif berbeda dari bakteri gram positif dalam dua cara utama. Dinding sel gram negatif hanya terdiri dari satu atau dua lapisan peptidoglikan yang ditutupi oleh membran luar.
Bakteri gram negatif memiliki membran sel khas yang menutupi seluruh sel. Tepat di luar membran ini adalah periplasma , yang merupakan lapisan agar-agar antara membran luar dan membran sel. Ruang periplasma meliputi lapisan peptidoglikan, serta enzim tambahan dan protein transpor. Pada bakteri Gram-negatif, hanya ada satu atau dua lapisan jalinan peptidoglikan.
Tepat di luar periplasma adalah membran luar. Permukaan dalam membran luar terbuat dari fosfolipid seperti membran sel. Permukaan luar membran luar memiliki komposisi yang berbeda. Alih-alih menjadi fosfolipid, separuh membran ini terdiri dari lipopolisakarida (LPS) yang terikat pada molekul lipid A. LPS ini terutama bersifat struktural, tetapi juga merupakan endotoksin bakteri. Jika bakteri Gram-negatif mati, LPS dilepaskan dan dapat menjadi racun bagi organisme inang.
Di sepanjang membran luar terdapat porin. Protein ini membentuk pori-pori di membran luar yang memungkinkan molekul hidrofilik kecil seperti gula dan asam amino memasuki ruang periplasma tetapi menahan molekul hidrofobik yang lebih besar. Seringkali porin ini menghalangi pewarna, antimikroba, dan desinfektan memasuki sel.
Hal terakhir yang perlu diingat tentang bakteri Gram-negatif adalah bahwa mereka dianggap sebagai bakteri membran ganda, dengan membran luar selain membran sel normal. Bakteri gram positif hanya memiliki membran sel.
Ringkasan Pelajaran
Kami telah belajar bahwa hampir semua bakteri memiliki dinding sel. Fungsi utama dinding sel adalah mempertahankan bentuk dan keutuhan sel dalam menghadapi tekanan osmotik yang tinggi. Tekanan dihasilkan dari konsentrasi tinggi molekul terlarut di dalam sel relatif terhadap lingkungan.
Selain mencegah sel dari kehancuran, dinding sel berpori , memungkinkan pengangkutan nutrisi dan limbah masuk dan keluar sel.
Kekuatan dan porositas dinding sel adalah hasil dari peptidoglikan . Molekul NAG dan NAM yang dihubungkan bersama oleh peptida membentuk pola penetasan, menyerupai pagar rantai.
Jika bakteri memiliki dinding tebal yang terdiri dari banyak lapisan peptidoglikan, maka bakteri tersebut gram positif . Sepanjang dinding sel terdapat asam teikoat yang memfasilitasi transfer ion.
Jika bakteri memiliki dinding sel tipis yang hanya terdiri dari satu atau dua lapisan peptidoglikan yang dikelilingi oleh membran luar kedua, bakteri tersebut adalah Gram-negatif . Bakteri bermembran ganda ini memiliki porin dan lipopolisakarida di membran luarnya.
Hasil Pelajaran
Ketika Anda telah menyelesaikan pelajaran ini, Anda harus dapat:
- Kenali kegunaan dinding sel dan bakteri.
- Jelaskan mengapa dinding sel berpori.
- Bandingkan dan bedakan mengapa dinding bakteri bisa Gram positif atau Gram negatif