Dinding Sel

Surakarta, 07 Februari 2014

Salam I.M.A.J.I.N.A.S.I!!! nah, mempelajari dinding sel bakteri itu memberikan kita imajinasi bagaimana infeksi bakteri itu bisa diobati. Dinding sel bakteri itu komplek dan berstruktur semi kaku berguna untuk menentukan bentuk sel. Dinding sel melapisi membrane plasma yang rapuh (sitoplasmik) dan melindunginya. Selain itu juga melindungi bagian dalam sel dari perubahan lingkugan luar yang merugikan. Sebagian besar prokariotik memilki dinding sel (skema 1).

Dinding sel Prokariotik
Skema 1. Dinding sel prokariotik pada umumnya

Fungsi utama dinding sel adalah mencegah sel bakteri pecah ketika tekanan air didalam sel lebih besar daripada diluar. Selain itu juga membantu menjaga bentuk bakteri dan tempat penempelan flagella. Ketika volume sel meningkat maka plasma membrane dan dinding sel meluas juga. Secara klinis, dinding sel penting karena berkontribusi terhadap kemampuan beberapa spesies menyebabkan penyakit dan merupakan tempat aksi antibiotic terjadi. Selain itu, komposisi kimia dinding sel digunakan untuk membedakan kelompok besar bakteri.

Walaupun sel beberapa eukariotik , termasuk tumbuhan, algae, dan fungi memilki dinding sel, tetapi dinding selnya berbeda secara kimia dengan prokariotik (bakteri), yaitu setruktur lebih sederhana dan kurang kaku.

Komposisi dan Karakteristik Dinding Sel

Dinding sel bakteri tersusun dari jaringan makromolekul yang disebut peptidoglikan (juga disebut murein), dimana dapat hadir sendiri atau berkombinasi bersama dengan substansi lainnya. Peptidoglikan terdiri dari perulangan disakarida yang terikat oleh polipeptida membentuk anyaman yang melapisi dan proteksi seluruh sel. Porsi disakarida yang dibentuk dari monosakarida disebut N-asetilglukosamin (NAG) dan asam N- asetilmuramik (NAM) (berasal dari kata murus, artinya dinding) dimana terkait dengan glukosa. Rumus structural dari NAG dan NAM dapat dilihat pada skema 2.

NAG and NAM
Skema 2. N-acetylglucosamine (NAG) and N-acetylmuramic acid (NAM) joined as in a peptidoglycan. Area kuning menunjukkan perbedaan antara dua molekul. Ikatan antara mereka disebut ikatan beta 1-4

Beragam komponen dari dinding sel terangkai dalam dinding sel (skema 3). Molekul NAM dan NAG bergantian terkait satu sama lain 10 sampai 65 gula (glukosa) untuk membentuk kerangka karbohidrat (porsi glikan dari peptidoglikan). Pengait ini disebut polipeptida (porsi peptide dari peptidoglikan). Walaupun struktur polipeptida pengait beragam, namun biasanya berupa rantai samping tetrapeptida yang terdiri dari empat asam amino (terikat pada kerangka NAM). Asam amino sendiri membentuk pola D dan L. Keunikan terjadi, karena asam amino pada protein biasanya berbentuk L. Keparalelan rantai samping tetrapeptida ini terikat langsung satu sama lain atau terikat oleh jembatan peptide yang terdiri dari rantai pendek asam amino.

struktur peptidoglikan
Skema 3. Struktur peptidoglikan pada bakteri gram positif

Pinicilin memboikot kaitan terakhir peptidoglikan melalui jembatan peptide (skema 3). Hasilnya dinding sel melemah dan sel mengalami lisis (kehancuran sel akibat pecahnya plasma membaran dan sitoplasma hilang).

Dinding sel Gram-Positif

Sebagian besar bakteri gram-positif, dinding sel terdiri dari banyak lapisan peptidoglikan sehingga tebal dan berstruktur kaku (skema 4). Sebaliknya, dinding sel bakteri gram negative mengandung hanya satu lapis peptidoglikan (skema 5).Selain itu, dinding sel bakteri gram positif mengandung asam teikoat dimana tersusun terutama oleh alcohol (seperti gliserol atau sorbitol) dan fosfat.

Dinding sel gram positif
Skema 4. dinding sel gram positif

Dinding sel gram negatif
Skema 5. Dinding sel Gram Negatif

Disini terdapat dua kelas asam teikoat, yaitu pertama, asam lipoteicoik dimana menyebar keseluruh lapisan peptidoglikan dan terkait dengan membrane plasma. Kedua, dinding asam teicoic dimana terkait dengan lapisan peptidoglikan. Karena mereka bermuatan negative (untuk kelompok fosfat), asam teicoic berikatan dan meregulasi pergerakan kation (ion positif) kedalam dan keluar sel. Berperan pula dalam pertumbuhan sel, mencegah peregangan dinding dan kemungkinan lisis sel. Kesimpulanya, asam teicoic menyediakan banyak kespesifikan antigenic dinding dan menjadikannya mudah untuk mengidentifikasi bakteri melalui tes tertentu laboratorium. Sama halnya dengan dinding sel gram positif streptococci yang dilingkupi oleh beragam polisakarida sehingga mudah dikelompokan secara medis (tipe signifikan).

Dinding Sel Gram-Negatif

Dinding sel bakteri gram negative terdiri dari satu atau beberapa lapis peptidoglikan dan membrane luar (skema 5). Peptidoglikan ini terikat dengan lipoprotein (lipid yang terikat secara kovalen dengan protein) di membrane luar dan di periplasma (cairan seperti gel antara membrane luar dan plasma membrane). Periplasma mengandung konsentrasi tinggi enzim pendegradasi dan protein transport. Sel Gram negative tidak memiliki asam teicoic. Karena dinding sel bakteri gram negative mengandung hanya sejumlah kecil peptidoglikan, menjadikanya rentan terhadap kerusakan mekanis.

Membran luar sel gram negative terdiri dari lipopolisakarida (LPS), lipoprotein, dan fosfolipid (skema 5). Membran luar memilki beberapa fungsi terspesialisasi. Muatan negativnya yang kuat menjadikan factor penting untuk menghindari fagositosis dan aksi komplemen (lisis sel dan memulai fagositosis), dan komponen pertahanan terhadap serangan inang. Membran luar juga berfungsi untuk pelindung terhadap antibiotic tertentu (ex. Pinicilin), enzim digestif seperti lisozim, detergent, logam berat, garam empedu, dan pewarna tertentu.

Namun, membrane luar tidak menyediakan perlindungan terhadap semua substansi dilingkungan karena nutrisi harus bisa melalui untuk keberlangsungan metabolism dalam sel. Bagian permeabilitas dalam membrane luar dari protein membrane disebut porin yang membentuk saluran khusus. Porin membolehkan molekul lewat seperti nukleotida, disakarida, peptide, asam amino, vitamin B12 dan besi.

Komponen LPS pada membrane luar memberikan dua karakteristik penting bagi bakteri gram negative. Pertama, porsi polisakarida yang tersusun atas gula (glukosa) disebut O polisakarida yang berfungsi sebagai antigen dan berguna untuk membedakan spesies bakteri gram negative. Sebagai contohnya, pathogen E.Coli O157:H7 dapat dibedakan dengan serovar lainnya melalui serangkain tes laboratorium yang tes tersebut untuk antigen spesifik. Perannya sama dengan asam teicoic pada sel gram positif. Kedua, Porsi lipid pada lipopolisakarida disebut lipid A (endotoksin). Menjadi toksik ketika berada pada aliran darah dan saluran gastrointestinal inang. Dapat menyebabkan demam dan guncangan.

Dinding sel bakteri yang tidak biasa

Diantara prokariotik, tipe sel tertentu tidak memiliki dinding sel atau hanya memilki material dinding yang sedikit. Mereka dapat termasuk genus Mycoplasma dan organisme yang terkait (skema 6). Mikoplasma merupakan bakteri terkecil yang pernah diketahui yang dapat tumbuh dan bereproduksi diluar inang sel hidup. Karena ukurannya dan tidak memiliki dinding sel mumudahkannya melewati saringan bakteri dan pernah dianggap sebagai virus. Plasma membrannya unik yang tersusun atas lipid sterol diamana melindunginya dari lisis (pecah).

Streptococcus
Skema 6. Streptococcus

Archaea tidak memiliki dinding sel atau dinding yang tidak biasa yang tersusun dari polisakarida dan protein namun tidak ada peptidoglikan tapi substansi mirip peptidoglikan yang disebut pseudomurein. Pseudomurein mengandung asam N-asetiltalosaminuronik sebagai ganti NAM dan tidak ada asam amino. Archaea tidak dapat diwarnai gram tetapi menunjukkan gram negative dikarenakan tidak adanya peptidoglikan.

Rusaknya dinding sel bakteri.

Bahan kimia tertentu dapat merusak dinding sel atau menganggu sintesisnya, namun tidak merugikan sel hewan inang karena kimia dinding sel bakteri berbeda dengan sel eukariotik. Jadi, sintesis dinding sel merupakan target bagi beberapa obat antimikroba. Satu cara agar dinding sel bakteri rusak adalah dengan pemaparan dengan enzim digestif Lisozim. Enzim ini terdapat alami pada beberapa sel eukariotik dan kandungan dari air mata, mucus dan saliva (liur). Lisozim aktif khusus pada komponen utama dinding sel sebagian besar bakteri gram positif sehingga rentan terhadap lisis. Lisozim mengkatalisis hidrolisis ikatan antara glukosa pada struktur perulangan kerangka disakarida peptidoglikan. Aksinya analog dengan pemotongan tali baja jembatan dengan gunting las (dinding sel gram positif hampir seluruhnya dipecah oleh lisozim). Kandungan selular yang terisisa di lapisi oleh membrane plasma dan tetap utuh, jika lisis tidak terjadi (sel yang kehilangan dinding sel disebut protoplast). Biasanya protoplast berbentuk sperichal dan masih mampu melakukan metabolism.

Beberapa anggota genus proteus dapat kehilangan dinding selnya dan membengkak menjadi bentuk sel takberaturan yang disebut L form (dinamakan berdasarkan penemunya, yaitu Lister Institute). Terbentuk secara spontan dalam merespon kerja pinicilin (dimana menghambat pembentukan dinding sel) atau lisozim (dimana menghancurkan dinding sel). L Form dapat melangsungkan hidup dan membelah berkali-kali atau kembali ke bentuk berdinding sel.

Ketika lisozim menyerang sel bakteri gram negative, biasanya dinding tidak hancur separah seperti pada sel gram positif (membrane luar masih utuh). Pada kasus ini, kandungan selular, plasma membrane, dan dinding lapisan luar yang tersisa disebut speroplast (berbentuk spherical). Untuk penggunaan lisozim pada sel gram negative, sel terlebih dahulu harus di beri perlakuan dengan EDTA ( Ethylenediaminetetraacetic acid). EDTA memperlemah iktan ionic pada membrane luar dan menghancurkannya sehingga memudahkan lisozim mengakses lapisan peptidoglikan.

Protoplast dan spheroplast pecah pada air murni atau garam tinggi atau larutan gula tinggi karena molekul air dari cairan sekitarnya masuk dan sel mengembung akibat didalam sel air berkonsentrasi rendah. Pecahnya sel ini disebut lisis osmotik.

Tabel perbandingan gram

Antibiotik tertentu, seperti pinicilin menghancurkan bakteri dengan menganggu pembentukan jembatan silang peptide pada peptidoglikan sehingga mencegah formasi dinding sel fungsional. Sebagian besar bakteri gram negative tahan terhadap pinicilin karena membrane luarnya membentuk pagar yang menghambat masuknya pinicilin dan substansi lainnya. Selain itu bakteri gram negative jarang ada jembatan silang peptide. Namun, bakteri gram negative rentan terhadap antibiotic beta lactam yang mampu berpenitrasi kedalam membrane luar daripada pinicilin…Wahju S. Hidayat/ EnTech Indonesia

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: