PERTUMBUHAN MIKROBA
Mikroba merupakan mikroorganisme yang perlu diketahui kemampuannya untuk tumbuh dan hidup sebab beberapa di antaranya sering dimanfaatkan untuk keperluan penelitian.Sampai sekarang ini perkembangan ilmu pengetahuan terus menggali potensi apa yang terdapat di dalam mikriba, oleh karena itu perlu diketahui seluk beluk dari mikroba itu sendiri.Salah satunya yaitu factor- factor apa saja yang dapat mempengaruhi pertumbuhannya. Setiap mikrioba memiliki karakteristik kondisi pertumbuhan yang berbeda- beda Pertumbuhan bakteri pada kondisi yang optimum lebih cepat jika dibandingkan dengan jamur dan kaoang. Hal ini disebabkan karena bakteri memiliki struktur sel yang lebih sederhana, sehingga sebagian besar bakteri memiliki waktu generasi hanya sekitar 20 menit jika dibandingkan dengan khamir dan kapang yang struktur selnya lebih rumit dan waktu generasinya yang cukup lama.
A. Definisi Pertumbuhan Populasi
Pertumbuhan adalah penambahan secara teratur semua komponen sel suatu jasad.
• Pada jasad bersel tunggal (uniseluler) : pembelahan atau perbanyakan sel merupakan pertambahan jumlah individu
• Pada jasad bersel banyak (multiseluler) : pembelahan sel tidak menghasilkan pertambahan jumlah individunya, tetapi hanya merupakan pembentukan jaringan atau bertambah besar jasadnya
Pertumbuhan adalah meningkatnya jumlah sel atau masa sel. Dimana bakteri akan memperbanyak diri dengan pembelahan biner yaitu dari satu manjadi dua sel baru denagan diukur dari bertambahnya jumlah sel yang disebut waktu generasi. Adapun waktu yang diperlukan sejumlah sel menjadi dua kali jumlah semula.
B. Penghitungan Waktu Generasi
Dari hasil pembelahan sel secara biner:
1 sel menjadi 2 sel
2 sel menjadi 4 sel 21 menjadi 22 atau 2 x 2
4 sel menjadi 8 sel 22 menjadi 23 atau 2 x 2 x 2
Dari hal tersebut dapat dirumuskan menjadi:
N = N0 2n
N: jumlah sel akhir, N0: jumlah sel awal, n: jumlah generasi
Waktu Generasi = t/n
t: waktu pertumbuhan eksponensial
n: jumlah generasi
Dalam bentuk logaritma, rumus N = N0 2n menjadi:
log N = log N0 + n log 2
log N – log N0 = n log 2
log N – log N0 log N – log N0
N = =
log 2 0,301
Waktu generasi juga dapat dihitung dari slope garis dalam plot semilogaritma kurva pertumbuhan eksponensial, yaitu dengan rumus: slope = 0,301/ waktu generasi
Dari contoh tadi didapat slope = 0,15 sehingga diperoleh :
0,15 = 0,31/waktu generasi
Jadi Waktu Generasi= 0,31/0,15 = 2 jam
C. Pengukuran Pertumbuhan
Pertumbuhan diukur dari perubahan jumlah sel dan dihitung dari jumlah sel total dengan tidak membedakan sel hidup atau mati. Adapun cara menghitung jumlah sel dengan cara pengamatan mikroskopis yang disebut metode counting chamber.
Alat Untuk Menghitung Mikroba
• Alat Petroff-Hausser Bacteria Counter (PHBC) untuk menghitung bakteri
• Alat Haemocytometer untuk menghitung khamir, spora, atau sel-sel yang ukurannya relatif lebih besar dari bakteri
Cara Menghitung Jumlah Sel Hidup
• Metode Plate Count atau Colony Count : Metode taburan permukaan
(spread plate method) dan Metode taburan (pour plate method)
• Filter Membran dan Most Probable Number : Menggunakan medium cair dan Sampel mikrobia dibuat seri pengenceran.
Pertumbuhan sel diukur dari masa sel dan secara tidak langsung mengukur “ TURBIDITAS “ (Tingkat Keseluruhan ) cairan medium tumbuh.
Pengukuran Turbiditas
• Photometer (penerusan cahaya) : semakin pekat atau semakin banyak populasi mikrobia maka cahaya yang diteruskan semakin sedikit
• Spektrofotometer (optical density/OD) : terlebih dahulu dibuat kurva standar berdasarkan pengukuran jumlah sel baik secara total maupun yang hidup saja atau berdasarkan berat kering sel
D. Pertumbuhan Populasi Mikroba
Bakteri akan tumbuh memperbanyak diri dan untuk mengetahui pertumbuhan mikroba dengan cara membiakan mikroba.
Dua Sistem Biakan Mikroba
• Biakan Sistem Tertutup : Pengamatan jumlah sel dalam waktu yang cukup lama akan memberikan gambaran berdasarkan Kurva Pertumbuhan
Fase-Fase pada Kurva Pertumbuhan
1. Fase Permulaan
2. Fase Pertumbuhan yang dipercepat
3. Fase Pertumbuhan logaritma (eksponensial)
4. Fase Pertumbuhan yang mulai dihambat
5. Fase Stasioner maksimum
6. Fase Kematian dipercepat
7. Fase Kematian logaritma
• Biakan Sistem Terbuka
- Sel dipertahankan terus menerus pada fase pertumbuhan eksponensial atau logaritma
- Ukuran populasi dan kecepatan pertumbuhan dapat diatur pada nilai konstan menggunakan khemostat
- Untuk mengatur proses di dalam khemostat, diatur kecepatan aliran medium dan kadar substrat (nutrien pembatas)
- Sebagai nutrien pembatas dapat menggunakan sumber C (karbon), sumber N, atau faktor tumbuh.
FAKTOR LINGKUNGAN MIKROBA
Aktivitas mikroba dipengaruhi oleh factor lingkungan abiotik dan biotic yang mengakibatkan perubahan sifat morfologi dan fisiologi mikroba.
• Faktor Abiotik
1. Suhu
- Suhu Minimum : Suhu terendah
- Suhu Optimum : Suhu paling baik
- Suhu Maksimum : Suhu tertinggi
Mikroba dikelompokan menjadi tiga
- Psikrofil : kelompok mikroba yang dapat tumbuh pada suhu 0-300C dengan suhu optimum sekitar 150C
- Mesofil : kelompok mikroba yang umumnya mempunyai suhu minimum 150C, suhu optimum 25-370C, dan suhu maksimum 45-550C
- Termofil : Kelompok mikroba yang tahan hidup pada suhu tinggi
Ø Mikroba Termofil Obligat : mikroba yang tidak tumbuh dibawah suhu 30 0C dan mempunyai suhu pertumbuhan optimum pada 60 0C
Ø Mikroba Termofil Fakultatif : mikroba yang dapat tumbuh dibawah suhu 30 0C
2. Kandungan Air
Mikroba memerlukan kandungan air bebas tertentu untuk hidupnya, ukurannya :
aw (water activity) atau kelembaban relatif
Mikroba yang tahan kekeringan adalah yang dapat membentuk spora, konidia, atau dapat membentuk kista
3. Tekanan Osmose
- Tekanan osmosis 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
Berdasarkan tekanan osmosis yang diperlukan mikroba dapat dikelompokkan menjadi:
- Mikroba Osmofil : tumbuh pada kadar gula tinggi, contoh beberapa jenis khamir, mampu tumbuh pada larutan gula dengan konsentrasi lebih dari 65 % wt/wt (aw = 0,94)
- Mikroba Halodurik : tahan (tidak mati) tetapi tidak dapat tumbuh pada kadar garam tinggi (30 %)
- Mikroba Halofil : dapat tumbuh pada kadar garam yang tinggi, contoh: bakteri yang termasuk Archaebacterium, misalnya Halobacterium
4. Ion- ion dan Listrik
- Kadar Ion Hidrogen (pH)
Mikroba umumnya menyukai pH netral (pH 7), kecuali jamur umumnya dapat hidup pada kisaran pH rendah
Apabila mikroba ditanam pada media dengan pH 5 maka pertumbuhan didominasi oleh jamur, tetapi apabila pH media 8 maka pertumbuhan didominasi oleh bakteri
Berdasarkan pH-nya mikroba dapat
dikelompokkan menjadi 3, yaitu:
a. Mikroba Asidofil, adalah kelompok mikroba yang dapat hidup pada pH 2,0 - 5,0
b. Mikroba Mesofil (neutrofil), adalah kelompok mikroba yang dapat hidup pada pH 5,5 - 8,0
c. Mikroba Alkalifil, adalah kelompok mikroba yang dapat hidup pada pH 8,4 - 9,5
- Buffer
Buffer merupakan campuran garam monobasik dan dibasik, contoh adalah buffer fosfat anorganik dapat mempertahankan pH diatas 7,2
- Ion-ion lain
Logam berat seperti Hg, Ag, Cu, Au, dan Pb pada kadar rendah dapat bersifat meracuni (toksis) karena mempunyai daya oligodinamik, yaitu daya bunuh logam berat pada kadar rendah
- Listrik
- Radiasi
- Tegangan Muka
- Tekanan Hidrostatik
- Getaran

NUTRISI DAN MEDIUM MIKROBA

1. Interaksi Dalam Satu Populasi Mikroba
• Ietaraksi Positif
- Meningkatkan kecepatan pertumbuhan dan kepadatan populasi
- Disebut juga kooperasi, contoh: pertumbuhan satu sel mikroba menjadi koloni
• Interaksi Negatif
- Menurunkan kecepatan pertumbuhan dengan meningkatnya kepadatan populasi
- Disebut juga kompetisi, contoh: interkasi jamur Fusarium dan Verticillium menghasilkan asam lemak dan H2S yang bersifat meracun
2. Interaksi Antar Populasi Mikroba
• Netralisme
• Komensalisme
• Sinergisme
• Mutualisme ( Simbiosis )
• Kompetisi
• Amensalisme ( Antagonisme )
• Parasitisme
• Predasi
Nutrisi dan Medium Mikroba
- Medium adalah tempat untuk menumbuhkan mikroba
- Mikroba memerlukan nutrisi untuk memenuhi kebutuhan energi, bahan pembangun sel, dan sintesis protoplasma serta bagian-bagian sel lainnya
- Setiap mikroba mempunyai sifat fisiologi tertentu, sehingga memerlukan nutrisi tertentu pula
- Susunan kimia sel mikroba relatif tetap, baik unsur kimia maupun senyawa yang terkandung di dalam sel. Penyusun utama sel adalah C, H, O, N, dan P, yang jumlahnya + 95 % dari berat kering sel, sedangkan sisanya tersusun dari unsur-unsur lain
- Air 80-90 %, dan bagian lain 10-20 % terdiri dari protoplasma, dinding sel, lipida untuk cadangan makanan, polisakarida, polifosfat, dan senyawa lain
A. Fungsi Nutrisi Untuk Mikroba
- Setiap unsur nutrisi mempunyai peran tersendiri dalam fisiologi sel.
- Mikroba dapat menggunakan makanannya dalam bentuk padat (tergolong tipe holozoik ) maupun cair (tergolong tipe holofitik)
- Mikroba holofitik dapat pula menggunakan makanan dalam bentuk padat, tetapi makanan tersebut harus dicernakan lebih dulu di luar sel dengan pertolongan enzim ekstraseluler (extracorporeal digestion)
Bahan makanan yang digunakan berfungsi sebagai sumber energi, bahan pembangun sel, dan sebagai aseptor atau donor elektron
Dalam garis besarnya bahan makanan dibagi menjadi tujuh golongan yaitu:
- Air
- Sumber Energi
- Sumber Karbon
- Sumber Reseptor Elektron
- Sumber Mineral
- Faktor Tumbuh
- Sumber Nitrogen
B. Penggolongan Mikroba Berdasarkan Nutrisi Dan Oksigen
Berdasarkan Sumber Karbon
1. Jasad Ototrof ialah jasad yang memerlukan sumber karbon dalam bentuk anorganik, misalnya CO2 dan senyawa karbonat
2. Jasad Heterotrof ialah jasad yang memerlukan sumber karbon dalam bentuk senyawa organik, yang dibedakan menjadi:
a. Jasad Saprofit ialah jasad yang dapat menggunakan bahan organik yang berasal dari sisa jasad hidup atau sisa jasad yang telah mati
b. Jasad Parasit ialah jasad yang hidup di dalam jasad hidup lain dan menggunakan bahan dari jasad inang (hospes)-nya, jasad parasit yang dapat menyebabkan penyakit pada inangnya disebut jasad patogen
Berdasarkan Sumber Energi
1. Jasad Fototrof : jika menggunakan energi cahaya
2. Jasad Khemotrof : jika menggunakan energi dari reaksi kimia
Jika didasarkan atas sumber energi dan karbonnya, maka dikenal jasad Fotoototrof, Fotoheterotrof, Khemoototrof dan Khemoheterotrof
Berdasarkan Sumber Donor Elektron
1. Jasad Litotrof ialah jasad yang dapat menggunakan donor elektron dalam bentuk senyawa anorganik seperti H2, NH3, H2S, dan S
2. Jasad Organotrof ialah jasad yang menggunakan donor elektron dalam bentuk senyawa organik
Berdasarkan Kebutuhan Oksigen
1. Jasad Aerob ialah jasad yang menggunakan oksigen bebas (O2) sebagai satu-satunya aseptor hidrogen yang terakhir dalam proses respirasinya
2. Jasad Anaerob, sering disebut anaerob obligat ialah jasad yang tidak dapat menggunakan oksigen bebas sebagai aseptor hidrogen terakhir dalam proses respirasinya
3. Jasad Mikroaerob ialah jasad yang hanya memerlukan oksigen dalam jumlah yang sangat sedikit
4. Jasad Aerob Fakultatif ialah jasad yang dapat hidup dalam keadaan anaerob maupun aerob. Jasad ini juga bersifat anaerob toleran
5. Jasad Kapnofil ialah jasad yang memerlukan kadar oksigen rendah dan kadar CO2 tinggi
C. Medium Pertumbuhan Mikroba
Macam Medium Pertumbuhan
1. Medium Dasar/Basal Mineral
Medium yang mengandung campuran senyawa anorganik yang selanjutnya ditambah zat lain apabila diperlukan
2. Medium Sintetik
Medium yang seluruh susunan kimia dan kadarnya telah diketahui dengan pasti
3. Medium Kompleks
Medium yang susunan kimianya belum diketahui dengan pasti
4. Medium Diperkaya
Medium yang ditambah zat tertentu yang merupakan nutrisi spesifik untuk jenis mikroba tertentu













BIOENERGETIK MIKROBA
Bioenergetik mikroba mempelajari penghasilan dan penggunaan energi oleh mikroba
Mikroba melakukan proses metabolisme yang terdiri atas katabolisme dan anabolisme
Katabolisme merupakan proses perombakan bahan disertai pembebasan energi (reaksi eksergonik)
Anabolisme merupakan proses biosintesis yang memerlukan energi (reaksi endergonik)
A. Biooksidsi dan Pemindahan Energi
§ Energi yang berasal dari cahaya harus diubah menjadi energi kimia sebelum digunakan dalam reaksi endergonik
§ Dalam sel, energi kimia terdapat dalam bentuk gugus organik berenergi tinggi. yang mengandung S atau P, Adenosin trifosfat (ATP) salah satu gugus berenergi tinggi yang terpenting
§ Energi yang dibebaskan ATP tergantung pada keadaan hidrolisisnya, terutama pH dan kadar reaktan. Meskipun ATP mengandung 2 fosfat berenergi tinggi, dalam reaksi umumnya hanya satu fosfat berenergi tinggi digunakan untuk aktivasi
§ Oksidasi dalam sel dikatalisis oleh enzim yang mempunyai kofaktor atau gugus prostetis
B. Fermentasi
§ Suatu reaksi oksidasi-reduksi disebut fermentasi (respirasi anaerob) apabila sebagai aseptor elektron yang terakhir bukan oksigen, dan fermentasi merupakan bagian perombakan gula secara anaerob
§ Banyak jasad yang dapat melakukan fermentasi lewat (jalur) rangkaian reaksi kimia tertentu, antara lain melalui jalur:
- Jalur Emden-Meyerhof-Parnas (EMP)
- Jalur Entner-Doudoroff (ED)
- Jalur Heksosa Mono Fosfat (HMP)
- Jalur Heterofermentatif bakteri asam laktat
- Jalur Metabolisme asam piruvat secara anaerob
C. Respirasi
- Respirasi adalah proses oksidasi biologis dengan O2 sebagai aseptor elektronnya yang terakhir
- Pada respirasi dihasilkan banyak energi yang dapat digunakan untuk proses biosintesis
- Reaksi ini lewat bagan terutama siklus Krebs, meskipun ada yang lewat terobosan asam glioksilat
A. Fotosintesis
Fotosintesis menggunakan cahaya sebagai sumber energi. Proses ini menggunakan pigmen klorofil untuk mengabsorpsi energi cahaya dan mengubahnya menjadi energi kimia. Jika klorofil terkena cahaya, akan mengabsorpsi sebesar h sehingga terangsang dan membebaskan elektron; klorofil menjadi bermuatan positif, elektron yang lepas akan bergerak lewat sistem transpor elektron dan kembali ke pusat reaksi klorofil
E. Penggunaan Energi Oleh Jasad
Energi digunakan dalam setiap reaksi endergonik dan reaksi eksergonik
Untuk memulai reaksi diperlukan energi aktivasi
Dalam setiap reaksi enzim mempunyai peranan penting
B. Katabolisme Makromolekul
Terjadi proses peruraian, antara lain:
1. Peruraian Karbohidrat
2. Peruraian Lemak
3. Peruraian Protein
4. Peruraian Asam Nukleat







ENZIM MIKROBA

Enzim adalah katalisator organik (biokatalisator) yang dihasilkan oleh sel yang berfungsi untuk mempercepat reaksi kimia. Enzim juga tidak mengalami perubahan jumlah dan mempunyai selektivitas spesifitas yang tinggi terhadap reaktan yang direaksikan dan jenis reaksi yang dikatalisasi.
A. Mekanisme Bekerjanya Enzim
• Enzim meningkatkan kecepatan reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi
• Energi aktivasi adalah energi yang diperlukan untuk mengaktifkan suatu reaktan sehingga dapat bereaksi untuk membentuk senyawa lain
• Saat berlangsungnya reaksi enzimatik terjadi ikatan sementara antara enzim dengan substratnya (reaktan) yang bersifat labil dan hanya untuk waktu yang singkat saja. Selanjutnya ikatan enzim-substrat akan pecah menjadi enzim dan hasil akhir
• Enzim yang terlepas kembali setelah reaksi dapat berfungsi lagi sebagai biokatalisator untuk reaksi yang sama
B. Struktur Enzim
• Pada umumnya enzim tersusun dari protein, dapat berupa protein sederhana atau protein yang terikat pada gugusan non-protein
• Dialisis enzim dapat memisahkan bagian-bagian protein, yaitu bagian protein yang disebut apoenzim dan bagian nonprotein yang berupa koenzim, gugus prostetis dan kofaktor ion logam. Masing-masing bagian tersebut apabila terpisah menjadi tidak aktif.
• Apoenzim apabila bergabung dengan bagian nonprotein disebut holoenzim yang bersifat aktif sebagai biokatalisator
• Koenzim dan gugus prostetik berfungsi sama. Koenzim adalah bagian yang terikat secara lemah pada apoenzim (protein), sedangkan gugus prostetik adalah bagian yang terikat dengan kuat pada apoenzim
• Koenzim berfungsi menentukan jenis reaksi kimia yang dikatalisis enzim
C. Penggolongan Enzim
1. Berdasarkan tempat bekerjanya
a. Endoenzim, disebut juga enzim intraseluler, yaitu enzim yang bekerjanya di dalam sel
b. Eksoenzim, disebut juga enzim ekstraseluler, yaitu enzim yang bekerjanya di luar sel
2. Berdasarkan daya katalisis
a. Oksidoreduktase, mengkatalisis reaksi oksidasi-reduksi, yang merupakan pemindahan elektron, hidrogen, atau oksigen
b. Transferase, mengkatalisis pemindahan gugusan molekul dari suatu molekul ke molekul yang lain
c. Hidrolase, mengkatalisis reaksi-reaksi hidrolisis
d. Liase, mengkatalisis pengambilan atau penambahan gugusan dari suatu molekul tanpa melalui proses hidrolisis
e. Isomerase, mengkatalisis reaksi isomerisasi
f. Ligase, mengkatalisis reaksi penggabungan 2 molekul dengan dibebaskannya molekul pirofosfat dari nukleosida trifosfat
g. Enzim lain dengan tatanama berbeda, enzim yang penamaannya tidak menurut cara di atas, misalnya enzim pepsin
3. Penggolongan enzim berdasar cara terbentuknya
a. Enzim konstitutif, enzim yang jumlahnya dipengaruhi kadar substratnya, misalnya: enzim amilase
b. Enzim adaptif, enzim yang pembentukannya dirangsang oleh adanya substrat, contoh: enzim beta galaktosidase yang dihasilkan oleh bakteri E.coli yang ditumbuhkan di dalam medium yang mengandung laktosa
D. factor-Faktor Yang Mempengaruhi Reaksi Enzimatik
1. Substrat (reaktan)
Penambahan kadar substrat sampai jumlah tertentu dengan jumlah enzim yang tetap, akan mempercepat reaksi enzimatik sampai mencapai maksimum. Namun penambahan substrat selanjutnya tidak akan menambah kecepatan reaksi
2. Suhu
Kenaikan suhu sampai optimum akan diikuti pula oleh kenaikan kecepatan reaksi enzimatik
3. Kemasaman (pH)
pH dapat mempengaruhi aktivitas enzim, daya katalisis enzim menjadi rendah pada pH rendah maupun tinggi, karena terjadinya denaturasi protein enzim
4. Penghambat Enzim (Inhibitor)
Inhibitor enzim adalah zat atau senyawa yang dapat menghambat enzim dengan beberapa cara penghambatan, yaitu Penghambat Bersaing (Kompetitif), Penghambat Tidak Bersaing (Non-kompetitif), Penghambat Umpan Balik (Feed Back Inhibitor), Penghambat Represor, dan Penghambat Alosterik
5. Aktivator (Penggiat) atau Kofaktor
Aktivator atau kofaktor adalah suatu zat yang dapat mengaktifkan enzim yang semula belum aktif. Enzim yang belum aktif disebut pre-enzim atau zymogen (simogen)
6. Penginduksi (Induktor)
Induktor adalah suatu substrat yang dapat merangsang pembentukan enzim.