Kimia pangan

Kimia pangan adalah studi mengenai proses kimia dan interaksinya dengan komponen biologis dan non-biologis bahan pangan. Substansi biologis misalnya produk daging, sayuran, produk susu, dan sebagainya. Mirip dengan biokimia dengan komponen utamanya yaitu karbohidrat, lemak, dan protein namun juga mempelajari komponen lain seperti air, vitamin, mineral, enzim, zat aditif, perasa, dan pewarna makanan. Ilmu ini juga meliputi bagaimana suatu produk pangan mengalami perubahan akibat berbagai metode pemrosesan makanan dan cara untuk meningkatkan maupun mencegah terjadinya perubahan itu.

Sejarah

Sejarah mengenai kimia pangan dimulai di tahun 1700an ketika para ahli kimia terlibat dalam penemuan senyawa kimia penting dalam bahan pangan, termasuk Carl Wilhelm Scheele yang mengisolasi asam malat dari buah apel di tahun 1785, dan Sir Humphry Davy yang mempublikasikan buku Elements of Agricultural Chemistry, in a Course of Lectures for the Board of

Agriculture pada tahun 1813 yang dikatakan sebagai buku tentang pertanian dan pangan pertama.

Air

Komponen utama dari bahan pangan adalah air. 50% massa produk daging adalah air, dan 95% dari massa sayuran segar (misalnya selada, kol, tomat) adalah air. Air juga tempat utama perkembangan bakteri pada bahan pangan dan penyebab utama berbagai kerusakan bahan pangan. Aktivitas air (water activity) adalah salah satu cara dalam menentukan usia simpan suatu produk pangan. Salah satu kunci pengawetan bahan pangan adalah dengan mengurangi kadar air atau mengubah karakteristik dari air tersebut, misalnya dengan dehidrasi, pembekuan, dan pendinginan.

Karbohidrat

Terdiri dari 80% total konsumsi manusia, karbohidrat yang paling umum dikenal manusia adalah pati. Jenis karbohidrat yang paling sederhana adalah dari jenis monosakarida, yaitu glukosa, fruktosa, galaktosa, manosa, sorbosa, dan sebagainya. Rangkaian monosakarida akan membentuk sakarida lain yang lebih

besar, yaitu polisakarida (rantai panjang), oligosakarida (rantai pendek), dan disakarida (dua molekul monosakarida).

Nilai kalori karbohidrat adalah 4 kilokalori per gram. Karbohidrat dapat digunakan sebagai sumber energi setelah melalui proses kimia di dalam tubuh yang memecah karbohidrat rantai panjang (polisakarida) menjadi monosakarida, mislanya glukosa. Glukosa dibakar di dalam tubuh untuk menghasilkan energi, dengan reaksi C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O. Reaksi ini tidak terjadi secara langsung, melainkan melalui kurang lebih 50 tahap reaksi.

Klasifikasi karbohidrat:

Polisakarida o Pati dan dekstrin. Komponennya berupa glukosa.

Karbohidrat ini umum dijumpai pada umbi-umbian, kacang-kacangan, tebu, bit, dan sebagainya. Polisakarida ini dapat dicerna manusia.

o Selulosa . Komponennya berupa glukosa. Umum dijumpai pada dinding sel dan serat tanaman. Polisakarida ini tidak dapat dicerna manusia.

o Glikogen . Komponen utamanya adalah glukosa. Umum dijumpai pada hati, jaringan hewan, dan jagung

o Hemiselulosa . Komponen utamanya adalah arabinosa, xylosa, rhamnosa, galaktosa, manosa, glukoronat, dan galakturonat. Umumnya terdapat di dinding sel, serat tanaman, biji-bijian, kacang-kacangan, tepung, dedak, dll. Polisakarida ini tidak dapat dicerna manusia.

o Pentosan . Komponen utamanya adalah arabinosa dan xylosa. Umum ditemukan pada buah-buahan.

Oligosakarida o Rafinosa atau stakynosa. Komponen utamanya

adalah galaktosa, glukosa, dan fruktosa. Umum ditemukan pada kacang-kacangan, biji-bijian, bit, dan tebu. Oligosakarida ini tidak dapat dicerna manusia.

o Fruktosil-sukrosa . Komponen utamanya adalah fruktosa dan glukosa. Umum ditemukan pada biji-bijian dan bawang bombay.

o Maltooligosakarida . Komponen utamanya adalah glukosa. Umum ditemukan pada sirup dan malt.

Disakarida o Sukrosa . Komponen utamanya adalah glukosa

dan fruktosa. Umum ditemukan pada tebu, bit, buah-buahan, sayur, dan makanan manis. Disakarida ini dapat dicerna.

o Maltosa dan isomaltosa. Komponen utamanya adalah glukosa. Umum ditemukan pada sirup, malt, dan madu. Disakarida ini dapat dicerna.

o Laktosa . Komponen utamanya adalah galaktosa dan glukosa. Umum ditemukan pada susu, keju, dan produk susu lainnya. Disakarida ini dapat dicerna.

Monosakarida

Monosakarida merupakan karbohidrat yang paling sederhana. Monosakarida yang paling penting yaitu glukosa, fruktosa, dan galaktosa. Glukosa merupakan monosakarida yang paling umum dan terdapat pada seluruh bagian tanaman sebagai pati dan selulosa. Galaktosa merupakan monosakarida yang tidak terdapat di alam, melainkan melalui proses hidrolisis dari laktosa.

Fruktosa adalah glukosa dengan gugus keton yang didapatkan dari proses hidrolisis sukrosa.

Disakarida

Merupakan karbohidrat yang tersusun atas dua molekul monosakarida. Ada 3 disakarida yang paling umum, yaitu maltosa, laktosa, dan sukrosa. Maltosa tersusun atas dua molekul glukosa. Laktosa tersusun atas glukosa dan fruktosa. Sukrosa tersusun atas fruktosa dan glukosa.

Oligosakarida dan polisakarida

Oligosakarida merupakan karbohidrat rantai pendek, sedangkan polisakarida merupakan karbohidrat rantai panjang. Ikatan rantai yang terbentuk bisa berupa rantai linier tanpa cabang (misalnya amilosa dan selulosa) maupun rantai linier dan bercabang (misalnya amilopektin dan glikogen).

Lipid

Lipid jika didefinisikan cakupannya cukup luas, yaitu segala komponen biologis nonpolar yang tidak larut, dan itu termasuk lilin, asam lemak, fosfolipid, terpentin, dan sebagainya. Sebagian lipid berbentuk linear alifatik,

sebagian lagi siklik. Sebagian lipid adalah aromatik sebagian lain bukan. Strukur sebagian lipid fleksibel, sebagian lagi kaku.

Dalam bahan pangan, lipid termasuk minyak yang didapatkan dari biji-bijian seperti jagung, kacang kedelai, lemak hewani, dan sebagainya. Lipid dalam bahan pangan adalah pelarut vitamin; lipid membawa vitamin sejak berada di dalam bahan pangan hingga diserap di dalam tubuh.

Lemak

Lemak merupakan ester dari gliserol dan asam lemak rantai panjang. Lemak umumnya dibedakan menjadi lemak hewani dan lemak nabati. Lemak hewani mengandung asam lemak jenuh lebih banyak, dan pada temperatur kamar berbentuk padat. Lemak nabati memiliki asam lemak tak jenuh lebih banyak, dan dalam temperatur kamar berbentuk cair. Dalam mengukur derajat ketidakjenuhan suatu lemak, digunakan bilangan iod, yaitu jumlah iodium yang digunakan untuk mengadisi ikatan rangkap dari 100 gram lemak.

Lemak bersifat tidak larut dalam air, namun larut dalam pelarut organik seperti karbon tetraklorida, eter, dsb. Total energi yang diberikan lemak adalah 9 kilokalori per gram. Lemak berguna untuk membentuk sel otak dan membran sel, sebagai cadangan energi, pengatur suhu tubuh, dan pelindung organ.

Asam lemak

Asam lemak diklasifikasikan menjadi dua, yaitu asam lemak jenuh dan asam lemak tak jenuh.

Asam lemak jenuh adalah asam lemak yang tidak memiliki ikatan ganda antara 2 atom karbon. Titik lebur asam lemak jenuh tinggi. Contoh asam lemak jenuh adalah asam butirat, asam kaproat, asam laurat, asam miristat, asam palmitat, dan asam stearat.

Asam lemak tak jenuh adalah asam lemak yang memiliki ikatan rantai ganda antara 2 atom karbon, serta memiliki titik lebur yang relatif rendah. Contohnya adalah asam palmitoleat, asam oleat, asam linoleat, dan asam linolenat.

Protein

Protein merupakan makromolekul yang sangat kompleks dan menyusun sekitar 50% dari berat kering sel hidup. Protein berperan penting dalam struktur dan fungsi sel. Protein tersusun atas karbon, nitrogen, hidrogen, oksigen, dan beberapa jenis memiliki sulfur dan mineral seperti besi, tembaga, fosfor, dan seng. Satu rantai protein merupakan rangkaian dari ribuan unit asam amino.

Terdapat 20 sampai 26 jenis asam amino (tergantung definisi yang digunakan), namun hanya 9 yang tidak bisa disintesis oleh tubuh sehingga diperlukan suplai dari luar untuk kebutuhan metabolisme dan pertumbuhan. 9 asam amino tersebut yaitu histidina, isoleusina, leusina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptofan, dan valina, yang disebut sebagai asam amino esensial.

Protein dalam tubuh berfungsi sebagai zat pembentuk jaringan tubuh, pengatur, dan sebagai sumber energi. Selain itu, protein juga berguna sebagai bahan pembentuk membran sel dan sebagai pembentuk enzim.

Dalam bahan pangan, protein merupakan zat yang penting dalam pertumbuhan dan ketahanan hidup. Kebutuhan terhadap protein berbeda bagi setiap orang tergantung keadaan fisiologisnya (kebutuhan protein bagi

balita berbeda dengan kebutuhan protein bagi ibu hamil, baik jenis maupun kuantitasnya). Protein dalam bahan pangan umumnya ditemukan pada kacang-kacangan, produk daging, dan makanan laut.

Enzim

Enzim adalah katalis biokimia yang berperan dalam proses konversi dari satu zat ke zat lainnya. Sebagai katalis, enzim berperan penting dalam mengurangi waktu reaksi kimia di dalam tubuh. Banyak industri pangan yang memanfaatkan enzim dalam prosesnya, seperti pembuatan bir, industri susu, dan sebagainya. Dalam industri-industri tersebut, enzim didapatkan dari aktivitas mikroba yang ditambahkan di dalam bahan pangan sehingga zat yang terdapat dalam bahan pangan mengalami perubahan.

Vitamin

Vitamin adalah molekul organik yang dibutuhkan dalam jumlah kecil untuk reaksi metabolit yang esensial bagi tubuh. Jumlah yang cukup dapat melindungi tubuh dari berbagai penyakit, namun overdosis dapat memberikan masalah bagi kesehatan, bahkan kematian.

Seluruh vitamin, kecuali vitamin A dan D, tidak dapat diproduksi oleh tubuh sehingga dibutuhkan suplai dari bahan pangan. Untuk sintesis vitamin A dan D, diperlukan provitamin A dan D yang didapatkan dari bahan pangan.

Vitamin B dan C, serta pantotenat, biotin, dan folat merupakan vitamin yang larut dalam air. Dalam keberadaannya di sumber bahan pangan maupun setelah masuk ke dalam tubuh dan masuk ke dalam metabolisme tubuh, vitamin-vitamin tersebut membutuhkan air. Vitamin yang larut dalam air, jika kelebihan akan dibuang melalui urin. Vitamin A, D, E, dan K larut di dalam lemak, dan tidak akan dikeluarkan dari dalam tubuh jika kelebihan, melainkan akan disimpan.

Mineral

Mineral dalam bahan pangan amat bervariasi dan dibutuhkan oleh tubuh karena memberikan manfaat tertentu. Namun tidak semua mineral di alam dibutuhkan oleh tubuh, sebagian justru berbahaya walau dalam jumlah yang sedikit (misalnya arsen). Mineral yang dibutuhkan oleh tubuh pun tidak boleh dikonsumsi berlebih karena dapat mengganggu kesehatan (misalnya natrium, yang dalam kadar berlebih dapat menyebabkan

hipertensi). Hampir semua mineral yang dibutuhkan tubuh bisa ditemukan dalam makanan.

Mineral menyusun sekitar 4% berat tubuh manusia. Mineral yang terdapat dalam tubuh yaitu mineral dalam darah (klorida, fosfat, bikarbonat, sulfat, biasanya berbentuk ion), besi pada hemoglobin, fosfor pada asam nukleat, tulang, dan gigi, kalsium pada tulang dan gigi, dan sebagainya.

Serat

Serat yaitu bagian dari tanaman, umumnya merupakan rantai glukosa seperti selulosa, yang tidak dicerna oleh tubuh. Serat bermanfaat dalam proses pencernaan, membantu pergerakan bahan makanan dan tinja di dalam usus sehingga tidak terlalu lama berada di dalam tubuh.

Saat ini, tingkat konsumsi serat masyarakat berkurang karena sebagian besar makanan diproses berlebihan dan dibuang bagian yang berseratnya. Misalnya beras, dari gabah yang digiling, kemudian disosoh agar menjadi putih. Beras sebelum disosoh mengandung serat yang tinggi, sedangkan beras putih yang saat ini beredar

memiliki kadar serat yang sangat sedikit. Begitu juga dengan gandum, yang saat ini sedang kembali dipopulerkan konsumsi gandum utuh (whole wheat) guna meningkatkan konsumsi serat masyarakat.

Bahan tambahan makanan (food additive)

Bahan tambahan makanan yaitu bahan campuran yang secara alamiah tidak terdapat dalam makanan, tetapi ditambahkan secara sengaja dalam proses pembuatan maupun pengemasannya. Tujuannya yaitu:

Meningkatkan kualitas warna, rasa, dan stabilitas makanan

Meningkatkan kualitas tekstur Menahan kelembaban Sebagai pengental, pengikat, pencegah kelengketan,

dan sejenisnya Memperkaya kandungan vitamin dan mineral

Zat pewarna

Terdapat tiga jenis zat pewarna, yaitu pewarna alami, identik alami, dan buatan. Pewarna alami yaitu senyawa pigmen yang berasal dari bahan alami, biasanya nabati. Contohnya yaitu antosianin, beta karoten, dan kurkumin.

Identik alami yaitu pewarna yang disintesis oleh manusia namun memiliki struktur yang identik seperti yang terdapat di alam, misalnya karotenoid. Pewarna buatan yaitu pewarna yang dibuat oleh manusia. Pewarna buatan ini dapat mengubah warna makanan hanya dengan konsentrasi yang sedikit, yaitu 5 sampai 600 ppm. Namun pewarna buatan ini berbahaya bagi kesehatan, dapat mengakibatkan gangguan saluran pencernaan dan kanker.

Penyedap rasa dan aroma

Diklasifikasikan menjadi dua, yaitu alami dan buatan. Yang alami misalnya jahe, kayu manis, merica, vanili, garam, dan sebagainya. Yang buatan misalnya MSG dan senyawa ester.

Pengawet

Pengawet yaitu senyawa yang ditambahkan ke dalam makanan untuk mencegah pertumbuhan jamur dan bakteri sehingga makanan menjadi lebih tahan lama. Zat pengawet diklasifikasikan menjadi dua, yaitu pengawet organik dan pengawet anorganik. Keduanya bisa didapatkan secara alami maupun disintesis. Contoh

pengawet organik yaitu asam sorbat, asam propionat, asam benzoat, asam asetat, dan sebagainya. Contoh pengawet anorganik, yaitu NaNO2, garam, dsb.

Antioksidan

Yaitu bahan yang dapat mencegah terjadinya oksidasi pada minyak dan lemak, sehingga tidak mudah tengik. Senyawa antioksidan yang umum ditambahkan ke dalam bahan pangan adalah butil hidroksianisol (BHA) dan butil hidroksitoluen (BHT). Gugus butil dalam senyawa itu bermanfaat untuk menangkap gugus COOH sehingga oksidasi yang biasanya terjadi pada bagian tersebut, bisa dicegah.

Biofilm

Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas

Langsung ke: navigasi, cari

Biofilm Staphylococcus aureus di dalam selang kateter.

Biofilm adalah kumpulan sel mikroorganisme, khususnya bakteri, yang melekat di suatu permukaan dan diselimuti oleh pelekat karbohidrat yang dikeluarkan oleh bakteri.[1]

Biofilm terbentuk karena mikroorganisme cenderung menciptakan lingkungan mikro dan relung (niche) mereka sendiri.[2] Biofilm memerangkap nutrisi untuk pertumbuhan populasi mikroorganisme dan membantu mencegah lepasnya sel-sel dari permukaan pada sistem yang mengalir.[1] Permukaan sendiri adalah habitat yang penting bagi mikroorganisme karena nutrisi dapat terjerap pada permukaan sehingga kandungan nutrisinya dapat lebih tinggi daripada di dalam larutan.[1]

Konsekuensinya, jumlah dan aktivitas mikroba pada permukaan biasanya lebih tinggi daripada di air.[1]

Hingga tahun 1980-an, mode pertumbuhan dengan biofilm lebih dianggap sebagai sesuatu yang menarik saja dan bukan sebagai suatu studi ilmiah yang serius.[3]

Namun, bukti-bukti yang terkumpul kemudian menunjukkan bahwa pembentukan biofilm lebih disukai oleh mikroorganisme, dan hampir semua permukaan yang terkena kontak dengan mikrob dapat mendukung pembentukan biofilm sehingga memengaruhi kehidupan manusia.[3] Atas dasar tersebut, studi mengenai biofilm menjadi lebih intensif.[3] Selain bakteri, mikroorganisme lainnya seperti alga dan khamir (fungi bersel satu) juga dapat membentuk biofilm, namun biofilm bakteri adalah yang paling banyak dipelajari dan dirujuk sebagai contoh.[3]

Asal-usul

Stromatolit di Sharkbay

Asal-usul biofilm dapat ditelusuri hingga 3,5 milyar tahun yang lalu berdasarkan fosil biofilm yang ditemukan di Afrika bagian selatan dan Australia Barat.[4] Fosil biofilm tersebut berbentuk stromatolit (Bahasa Yunani stroma, "tempat tidur", dan lithos, "batu") yaitu kubah bergaris-garis yang tersusun dari batuan sedimen yang sangat mirip dengan kerak berlapis-lapis, yang sekarang ini terbentuk pada dasar rawa berair asin dan beberapa laguna laut hangat oleh koloni bakteri dan sianobakteri.[4]

Biofilm terbentuk karena prakarsa koloni bakteri dan sianobakteri yang melekat pada batuan tersebut.[4]

Sampai saat ini, fosil tersebut adalah fosil organisme hidup tertua yang diketahui sehingga biofilm diperkirakan sudah ada pada awal mula kehidupan di bumi.[4]

Komposisi dan struktur

Struktur kimia xanthan gum, EPS yang dihasilkan Xanthomonas campestris untuk membentuk biofilm

Komposisi biofilm terdiri dari sel-sel mikroorganisme, produk ekstraseluler, detritus, polisakarida sebagai bahan pelekat, dan air yang adalah bahan penyusun utama biofilm dengan kandungan hingga 97%. Polisakarida (polimer dari monosakarida atau gula sederhana) yang diproduksi oleh mikrob untuk membentuk biofilm termasuk eksopolisakarida (EPS) yaitu polisakarida yang dikeluarkan dari dalam sel.[7] EPS yang disintesis oleh sel mikrob berbeda-beda komposisi dan sifat kimiawi dan fisikanya.[8] Beberapa adalah makromolekul yang bersifat netral, namun mayoritas bermuatan karena keberadaan asam uronat (Asam D-glukuronat), Asam D-galakturonat, dan Asam D- manuroniat.[8] Ada biofilm yang bersifat kaku karena EPS-nya terdiri dari ikatan ß-1,4 atau ß-1,3 glikosida (ikatan monosakarida monomer penyusun polisakarida) seperti EPS xanthan gum yang dihasilkan oleh Xanthomonas campestris tetapi ada juga yang bersifat fleksibel karena memiliki ikatan α-1,2 atau α-1,6 glikosida yang banyak ditemukan pada dekstran [8]

Beberapa contoh EPS selain xanthan gum adalah asam kolanat yang diproduksi oleh Escherichia coli, alginat oleh P. aeruginosa, dan galaktoglukan oleh Vibrio cholerae.[9]

[10][11] Bahan-bahan penyusun biofilm yang lain contohnya adalah protein, lipid, dan lektin.[7]

Struktur dari suatu biofilm adalah unik tergantung dari lingkungan tempatnya berada, contohnya adalah kandungan nutrisi dan keadaan fisik.[12][7] Selain itu, di alam, sangat jarang terdapat biofilm yang hanya terdiri dari satu spesies, biasanya biofilm tersusun dari beberapa spesies dalam lapisan-lapisan yang berbeda.[2]

[8]

Biasanya mikroorganisme fotosintetik ada di permukaan paling atas, mikroorganisme kemoorganotrof anaerob fakultatif di bagian tengah, sedangkan di bagian dasar adalah mikroorganisme anaerob pereduksi sulfat.[2] Pada bagian atas, cahaya matahari lebih mudah didapat sehingga dapat digunakan untuk fotosintesis, sedangkan bagian tengah dapat dihuni oleh mikrob kemoorganotrof fakultatif anaerob karena dapat mentolerir kandungan udara yang sedikit serta banyak dapat mengakses bahan organik sebagai sumber energinya.[13]

Pada bagian dasar, tidak terdapat kandungan udara sehingga mikrob anaerob pereduksi sulfat dapat tumbuh dan energi dengan cara mereduksi sulfat.[13] Pemodelan habitat mikrob-mikrob tersebut dapat diamati menggunakan Kolom Winogradsky.[13] Struktur biofilm yang lebih kompleks dapat berbentuk empat dimensi (x,y,z, dan waktu) dengan agregat sel, pori-pori, dan saluran penghubung.[2] Tergantung dari kondisi lingkungannya, biofilm dapat menjadi sangat besar dan tebal sehingga dapat dilihat dengan mata telanjang contohnya pada lingkungan air laut dapat terbentuk stromatolit.[2] Struktur dan ukuran biofilm sangat bergantung pada konsentrasi substrat.[14]

Pembentukan

Pembentukan biofilm yang meliputi 5 tahap

Komunikasi antarsel penting bagi perkembangan dan pemeliharaan biofilm.[1] Pelekatan suatu sel pada suatu permukaan adalah hasil dari sinyal untuk mengekspresikan gen-gen pembentuk biofilm.[1] Gen-gen ini mengkodekan protein-protein untuk mensitensis sinyal komunikasi antarsel dan memulai pembentukan polisakarida.[1] Pada bakteri gram negatif seperti Pseudomonas aeruginosa, molekul sinyal yang utama adalah komponen yang disebut homoserin lakton yang berfungsi sebgai agen kemostatik untuk mengumpulkan sel-sel P. aeruginosa yang berdekatan (melalui mekanisme quorum sensing) dan membentuk biofilm.[1]

Ada 5 tahap pembentukan biofilm yaitu:

1. Pelekatan awal: mikrob melekat pada permukaan suatu benda dan dapat diperantarai oleh fili (rambut halus sel) contohnya pada P.aeruginosa.[15]

2. Pelekatan permanen: mikrob melekat dengan bantuan eksopolisakarida (EPS).[16]

3. Maturasi I: proses pematangan biofilm tahap awal.[16]

4. Maturasi II: proses pematangan biofilm tahap akhir, mikrob siap untuk menyebar.[16]

5. Dispersi: Sebagian bakteri akan menyebar dan berkolonisasi di tempat lain.[16]

Pemicu pembentukkan biofilm salah satunya adalah kondisi lingkungan yang kurang menguntungkan atau mencekam.[17] Contohnya adalah produksi EPS oleh Escherichia coli berupa asam dan P. aeruginosa saat ketersediaan nutrisi menipis.[17]

Quorum sensing

Selain keterbatasan nutrisi, faktor lain yang memicu pembentukan biofilm adalah quorum sensing, yaitu mekanisme untuk memastikan jumlah sel mencukupi sebelum suatu spesies melakukan respon biologi khusus.[1][18] Jadi, setiap sel mikrob akan menghasilkan molekul sinyal untuk berkomunikasi dengan sel yang lain, bila jumlah sel mikrob tersebut cukup banyak, maka molekul sinyal terseut juga cukup banyak untuk memicu pembentukkan biofilm oleh keseluruhan bakteri tersebut.[19] Molekul-molekul sinyal tersebut berbeda untuk tiap

jenis mikrob dan memiliki peranannya masing-masing.[19]

Berikut ini adalah tabel daftar molekul sinyal yang berperan dalam quorum sensing untuk membentuk biofilm dan akibatnya bila molekul sinyal tersebut tidak ada:[19]

Diagram quorum sensing. Pada densitas sel rendah (kiri), konsentrasi autoinduser (titik biru) relatif rendah sehingga ekspresi gen (titik merah). Pada densitas sel tinggi (kanan), konsentrasi autoinduser tinggi sehingga ekspresi gen terjadi

Dampak tidak adanya molekul sinyal untuk quorum sensing pada mikroorganisme pembentuk biofilm

Mikroorganisme

Molekul sinyal yang dihilangkan

Dampak

Candida albicans FarnesolDispersi biofilm terganggu

Pseudomonas aeruginosa

AHLBiofilm tak berstruktur

Klebsiella pneumoniae

AI-2Perkembangan biofilm terhambat

Staphylococcus aureus

peptidaDampak tergantung kondisi pertumbuhan

Fungsi bagi bakteri

Alasan bakteri membentuk biofilm adalah karena daya tahan hidup/sintasan (survival) meningkat dan pertumbuhan menjadi lebih baik[1]. Setidaknya ada empat alasan yang mendasari hal tersebut:

Pertahanan

Biofilm berfungsi sebagai mekanisme pertahanan bagi bakteri dengan cara meningkatkan resistensi terhadap gaya fisik yang dapat menyapu berssih sel-sel yang tidak menempel, fagositosis oleh sel-sel sistem imun (kekebalan) tubuh, dan penetrasi dari senyawa beracun

seperti antibiotik.[1] Bakteri di dalam biofilm lebih resisten 10-1.000 kali dibandingkan bila tidak di dalam biofilm.[16]

Pelekatan pada relung

Dengan menggunakan biofilm, bakteri dapat melekat pada permukaan yang kaya akan nutrisi seperti jaringan sel hewan, atau permukaan substrat pada sistem yang mengalir contohnya permukaan batu di dalam aliran air.[1]

Kolonisasi

Pembentukan biofilm membantu sel-sel bakteri untuk hidup berdekatan dan membentuk koloni.[1] Contohnya adalah Pseudomonas aeruginosa yang berkoloni dengan biofilm sehingga memfasilitasi komunikasi antar sel dengan molekul sinyal, dan meningkatkan peluang pertukaran materi genetik.[1]

Cara hidup alami bakteri

Di alam, biofilm adalah cara hidup alami bagi beberapa bakteri tertentu dengan alasan terbatasnya nutrisi, tidak seperti medium buatan yang kaya akan nutrisi bagi bakteri.[1]

Pengaruh negatif terhadap manusia

Penyakit

Karies gigi

Karies gigi dapat disebabkan oleh biofilm dari matriks glukan yang dibentuk Streptococcus mutans.[20] Biofilm tersebut melapisi enamel sehingga bakteri lain juga dapat melekat pada matriks tersebut dan membentuk plak gigi.[20] Tingkat aktivitas karies gigi dapat ditentukan menggunakan S. mutans sebagai indikator, caranya adalah menumbuhkan S. mutans dari sampel air liur (dari kelenjar saliva di mulut) pada medium buatan lalu dihitung jumlah koloni yang tumbuh.[21] Bila jumlah S. mutans>106/ml maka tingkat aktivitas karies gigi tinggi, sedangkan S. mutans<105/ml maka aktivitas karies gigi termasuk rendah.[21]

Fibrosis sistik

Penyakit ini disebabkan oleh P. aeruginosa yang membentuk biofilm pada paru-paru sehingga menimbulkan gejala pneumonia.[1][22]

Biofilm pada peralatan medis

Peralatan medis yang diimplantasikan (dimasukkan) ke dalam tubuh manusia seperti selang kateter dan sendi buatan sangat rentan terhadap pembentukan biofilm.[19]

Contoh mikrob yang sering ditemui membentuk biofilm pada selang kateter adalah Candida albicans.[19]

Mikroorganisme ini adalah khamir patogen yang menyebabkan infeksi dan penyakit yang membahayakan jiwa pada orang-orang dengan sistem imun yang kurang baik, namun dalam keadaan sistem imun yang normal, C. albicans adalah mikroflora normal pada manusia yang tinggal di dalam mulut, saluran pencernaan, dan saluran alat kelamin.[23]

Biofilm C. albicans merugikan manusia saat terbentuk pada peralatan medis yang diimplantasikan (dimasukkan) ke dalam tubuh manusia seperti selang kateter, dan sendi buatan yang kemudian dapat menyebabkan infeksi sistemik.[23] Komponen utama penyusun biofilm adalah matriks ekstraseluler (di luar sel) berupa β-1,3 glukan yang pembentukkannya dikodekan oleh gen (susunan DNA yang menyandikan protein) ZAP1.[23] Penanganan biofilm C. albicans tidak mudah karena resisten terhadap

berbagai macam obat antifungi.[23]

Berikut ini adalah daftar mikroorganisme yang dapat membentuk biofilm pada selang kateter:[19]

Daftar mikroorganisme pembentuk biofilm pada selang kateter

Bakteri gram positif

Bakteri gram negatif

Mikroorganisme lain

Gambar kateter yang dipasang pada jantung

Corynebacterium spp.

Acinetobacter spp.

Candida spp.

Enterococcus spp.

Escherichia coli

Candida albicans

Staphylococcus aureus

Pseudomonas aeruginosa

Candida tropicalis

Streptococcus pneumoniae

Serratia marcescens

Mycobacterium chelonae

Pengaruh positif terhadap manusia

Pengolahan limbah

Pemanfaatan biofilm untuk mengolah limbah sudah diaplikasikan saat ini contohnya untuk mengolah limbah cair.[24] Pada biofilm di fasilitas pengolahan limbah cair, terdapat berbagai macam mikrob yang dapat menguraikan senyawa-senyawa baik organik maupun inorganik pada limbah[24] Misalnya saja bakteri pengoksidasi sulfur (S) yang berperan untuk mendaur ulang sulfur, lalu bakteri pengikat Uranium (U) yaitu Desulfovibrio desulfuricans.[24][25] Alat yang digunakan untuk mengolah limbah dengan biofilm berupa bioreaktor yang memiliki biofilm contohnya sequencing batch biofilm reactor (SBBR).[26]

Kontrol biofilm

Kontrol biofilm adalah bisnis yang besar dengan miliaran dollar digunakan oleh industri-industri di seluruh dunia untuk merawat pipa-pipa dan permukaan-permukaan yang lain supaya terbebas dari biofilm.[1] Beberapa bahan yang sedang dikembangkan untuk mencegah pembentukan biofilm adalah antibiotik dan obat untuk mengganggu komunikasi antar sel yang membentuk biofilm.[1] Salah satu bahan kimia golongan furanon telah

menunjukkan hasil positif untuk mencegah biofilm pada permukaan abiotik.[1] Furanon kemungkinan dapat digunakan sebagai agen antibiofilm pada obat manusia karena sifatnya yang stabil dan nontoksik.[1]

Pada peralatan medis seperti selang kateter, telah dicoba berbagai cara untuk mencegah pelekatan awal oleh bakteri, contohnya dengan mengubah sifat kimia atau fisika dari permukaan seperti dibuat menjadi hidrofobik (menolak molekul air) sehingga membran sel yang hidrofilik (mengikat molekul air) lebih susah menempel.[16]

Sayangnya, metode ini tidak menunjukkan hasil yang baik karena peralatan medis yang terkena cairan tubuh akan menjadi tempat yang baik bagi bakteri untuk melekat.[16]

Pseudomonas aeruginosa dilihat dengan mikroskop

Biofilm yang dibentuk oleh sianobakteria

elektron berwarna biru

materi STRUKTUR DAN PERANAN BAGIAN –BAGIAN SEL di ambil dari buku Biologi Kelas 11 karangan Endang Sri I BSE. Kunjungi juga : http://ahmad-cecep.blogspot.com/

TAHUKAH ANDA, BUKU BSE DAPAT DIMILIKI SIAPA SAJA SECARA GRATIS TANPA MELANGGAR HUKUM ?SEGERA KLIK DISINI UNTUK DOWNLOAD BUKU BUKU BSE LEWAT ARSIP KAMI

Yuk, Belajar lagi agar lebih pintar :D

STRUKTUR SEL TUMBUHAN DAN HEWAN & MEKANISME TRANSPOR ZAT MELALUI MEMBRAN

Struktur, Bentuk & Macam-macam Virus

Struktur Sel Neuron ( Sel Saraf )

Bagian dan Fungsi Jaringan Saraf

Chordata

21 Comments Labels: Biologi, Materi Biologi SMA kelas XI, Struktur dan Fungsi Sel Posting Lebih Baru Posting Lama Beranda

Materi Terbaru

Contoh Paragraf Deduktif Indra Penciuman Kesehatan Reproduksi pada Manusia Manfaat Ilmu Geografi Sumber Daya Alam Biotik

Materi Paling Banyak Di Cari

Struktur Jaringan & Fungsi Daun Struktur , Jaringan , Jenis & Fungsi Akar Pada

Tumbuhan Bagian Bagian Rangka Manusia Struktur , Jaringan , Jenis & Fungsi Batang Tumbuhan Struktur Jaringan Batang Tumbuhan Dikotil

Struktur Komponen Membran Sel

Komponen penyusun membran sel terdiri dari komponen lipid, protein dan karbohidrat. Ratio komposisi tiap-tiap komponen tidaklah sama pada setiap membran sel karena tergantung dari tipe selnya juga spesiesnya. Umumnya, kandungan lipid pada membran sel berkisar 40%, protein 40%, karbohidrat 1-10% dan air 20%.

Lipid pada membran sel memiliki dua lapisan dimana satu lapisan terorientasi ke arah luar dan lapisan yang lain terorientasi ke arah sitoplasma. Protein pada membran sel merupakan protein globuler.Protein-protein tersebut terdistribusi secara tidak merata pada membran sel. Sebagian protein membran terletak pada bagian perifer dan sebagian yang lainnya tertanam pada setengah lapisan lipid atau tertanam menembus kedua lapisan lipid. Bagian karbohidrat membran sel biasanya dalam bentuk oligosakarida. Karbohidrat pada membran biasanya terikat pada lipid dan sebagian yang lainnya terikat pada protein. Perhatikan gambar model membran sel di atas dan agar lebih jelas, kita akan jelaskan masing-masing komponen membran sel tersebut.

1. Lipid Setiap molekul lipid bersifat amfifatik. Lipid amfifatik mengandung komponen ekor yang bersifat hidrofobik (tidak suka air) dan komponen kepala yang bersifat hidrofilik (suka air). Lipid membran terdiri dari 3 kelas utama yaitu : fosfolipid, glikospingolipid, dan sterol.

a. FosfolipidTerdapat dua macam fosfolipid yaitu fosfogliserida dan sfingomielin. Fosfogliserida merupakan unsur yang paling banyak, mempunyai rangka gliserin, mengikat dua asam lemak dengan ikatan ester pada C1 dan C2. Bisa juga mengikat alkohol terfosforilasi (serin, etanolamin, kolin,

inositol). Sedangkan sfingomielin mempunyai rangka sfingosin (derivat amino alkohol) mengikat satu asam lemak dengan ikatan amida yang merupakan unsur dalam selubung mielin. Sfingomielin banyak dijumpai pada jaringan otak dan saraf. Fosfolipid pada umumnya mengandung gliserol. Gugus hidroksil 1 dan 2 diesterifikasi dengan asam lemak dengan rentang karbon 12-24. Esterifikasi dengan rentang karbon 16 dan 18 paling umum dijumpai pada hewan berdarah panas.Suatu kelompok fosfat terikat secara kuat pada posisi karbon 3.Fosfolifida meliputi:1.asam fosfatidat dan fosfatidilgliserol 2.fosfatidilkolin 3.fosfatidiletanolamin4.fosfatidil-inositol5.fosfatidilserin Fosfatidilkolin atau lesitin mengandung gliserol dan asam lemak serta asam fosfat dan kolin. Tersebar luas di dalam sel- sel tubuh dan mempunyai fungsi metabolik dan struktural yang sangat penting pada membran sel. Fosfatidiletanolamin atau sefalin mirip dengan fosfatidilkolin, hanya kolinnya diganti dengan etanolamin. Seperti halnya fosfatidilserin dan fosfatidil- etanolamin,

fosfatidilinositol juga merupakan komponen membran yang sangat penting. Asam fosfatidat penting sebagai perantara pada sintesis triasigliserol dan fosfolipida tetapi tidak banyak ditemukan di dalam jaringan. Kardiolipin adalah fosfolipid yang ditemukan di dalam membran mitokondria yang dibentuk dari fosfatidilgliserol.b. Glikospingolipid Merupakan lipid yang mengandung gula seperti :Serebrosida (mengandung ikatan heksosa tunggal, glukosa atau galaktosa) dan gangliosida (mengandung ikatan gula yang lebih kompleks) dimana keduanya secara khusus penting dalam system saraf pusat.c. SterolSterol yang lazim dijumpai adalah kolesterol. Merupakan komponen utama dalam membran plasma, sedikit pada badan golgi, mitokondria dan nucleus. Letak kolesterol tersisip diantara fosfolipid dan berperan dalam menentukan tingkat fluiditas membran.Untuk lebih jelasnya silahkan perhatikan gambar dibawah ini.

 2. Protein Berdasarkan posisinya pada membran, terdapat dua macam protein yaitu : protein integral : globular, amfipatik dengan dua ujung hidrofil yang dipisahkan region hidrofob dalam lapisan bilayer lipid dan protein perifer : terikat lemah pada bagian hidrofil protein integral. Protein plasma memiliki fungsi yang sangat luas, antara lain sebagai protein pembawa senyawa yang melewati membran plasma, menerima isyarat (signal) hormonal, dan meneruskan isyarat tersebut ke bagian sel sendiri atau ke sel lainnya. Protein membran plasma juga berfungsi sebagai pangkal pengikat komponen-komponen sitoskeleton dengan senyawa-senyawa ekstraseluler.Molekul-molekul protein permukaan luar memberikan ciri-ciri individual tiap sel dan macam protein dapat berubah sesuai dengan differensiasi sel.

Protein perifer tidak berinteraksi dengan bagian tengah membran hidrofobik, tetapi terikat secara langsung melalui asosiasi dengan protein integral membran atau secara langsung berinteraksi dengan bagian polar lipida membran. Misalnya protein sitokeleton, protein kinase (pada permukaan sitoplasmik membran), dan protein matriks ekstraseluler (permukaan eksoplasmik). Protein transmembran mengandung segemen panjang asam-asam amino hidrofobik yang tertanam pada bilayer lipida. Ada dua tipe interaksi yang menstabilkan protein integral membran, yaitu interaksi ionic dengan daerah kepala yang bersifat polar dan interaksi hidrofobik dengan bagian tengah yang bersifat hidrofobik, misalnya glikoforin. Beberapa protein integral berikatan dengan membran melalui ikata koovalen pada rantai hidrokarbon. Dikenal ada tiga tipe protein integral berdasarkan perlekatannya pada rantai hidrokarbon, yaitu:Glycosyl-phosphatidylinositol-Proteins, Myristate-Proteins, dan Farnesyl- Proteins. Kedudukan dan orientasi protein pada membran bervariasi sesuai macam membran, sel dan jaringan. Ia dapat berupa protein integral atau protein perifer. Glikoprotein pada membran eritrosit

merupakan suatu protein yang menembus membran sel. Protein integral membran terdiri atas empat kelas, yaitu protein tipe A, protein tipe B, protein tipe C, dan protein tipe D. Protein tipe A dan C secara struktural sama, tetapi tertanam pada setengah lapisan membran yang berbeda. Contoh protein tipe A adalah Cytochrom b5 pada retikulum endoplasma. Protein B adalah kompleks protein yang berperan dalam sistim transpor. Protein D adalah protein trans membran. Protein tipe B merupakan kumpulan molekul yang memiliki struktur yang terdiri atas Na+, K+, ATP-ase dan suatu anion protein transpor. Contoh protein tipe D adalah glikoforin pada membran eritrosit.Protein membran plasma dapat berfungsi sebagai enzim. Enzim-enzim pada membran plasma dapat dikelompok-kan menjadi dua kategori berdasarkan tempat aktivitas katalitiknya, yaitu: a. Ektoenzim, yaitu enzim dimana aktivitas katalitiknya berlangsung pada permukaan luar membran plasma.b. Endoenzim, yaitu enzim dimana aktivitas katalitiknya berlangsung pada permukaan dalam membran plasma.

 

3. Karbohidrat Karbohidrat pada membran plasma terikat pada lipid atau protein dalam bentuk glikolipid dan glikoprotein. Glikolipid merupakan kumpulan berbagai jenis unit-unit monosakarida yang berbeda seperti gula-gula sederhana D-glukosa, D- galaktosa, D-manosa, L-fruktosa, L-arabinosa, D-xylosa, dan sebagainya. Karbohidrat ini memegang peranan penting dalam berbagai aktivitas sel, antara lain dalam sistim kekebalan. Karbo-hidrat pada membran plasma merupakan hasil sekresi sel dan tetap berasosiasi dengan membran membentuk glikokaliks.