MAKALAH MIKROBIOLOGI
SINTESIS
PEPTIDOGLIKAN
Disusun
oleh
1. Atik
Nur Affiyati (14308141006)
2. Desi
Dwi Ariyanti (14308141019)
3. Lia
Mamba’atu S.R. (14308141024)
4. Debby
Agustin (14308141026)
Kelompok 3
Kelas Biologi B
JURUSAN
PENDIDIKAN BIOLOGI
FAKULTAS
MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS
NEGERI YOGYAKARTA
2015
BAB I
PENDAHULUAN
A.
Latar
Belakang
Dinding sel
berfungsi melindungi kerusakan sel dari lingkungan bertekanan osmotik rendah
dan memelihara bentuk sel. Hal ini dapat diperlihatkan melalui plasmolisis,
dengan mengisolasi partikel selubung sel setelah sel bakteri mengalami kerusakan
secara mekanik, atau dengan penghancuran oleh lisozim. Jika seluruh sel atau selubung
sel diisolasi kemudian diberi lisozim, partikel dinding sel bakteri (bukan
archeabakteria) dapat lisis dengan perlakuan lisozim tersebut dan membentuk
protoplast (Bakteri Gram positif) dan spheroplas (Bakteri Gram negatif).
Kelompok
Bakteri Gram-positif dapat menghasilkan polisakarida permukaan yang spesifik
(10-50% dari dinding sel) dan protein yang berhubungan dengan peptidoglikan
yang tersusun atas polisakarida yang disebut dengan murein atau yang juga lazim
disebut peptidoglikan. Murein terdiri atas rantai polisakarida panjang yang
tersusun atas residu asam N-asetilglukosamin (NAG) dan asam N-asetilmuramat
yang tersusun secara bergantian (berselang-seling). Rantai pentapeptida
tertambat pada gugus NAM. Rantai polisakarida terhubung ke rantai pentapeptida
mereka melalui jembatan interpeptida.
Untuk dapat
tumbuh dan membelah secara efisien sebuah sel bakteri harus menambahkan
peptidoglikan yang baru pada dinding selnya secara tepat dan diatur
dengan baik ketika sedang mempertahankan bentuk dinding dan kekompakan
dalam keadaan tekanan osmotik yang begitu tinggi.
Struktur
dinding bakteri yang tersusun sebagian besar peptidoglikan ini merupakan gabungan struktur senyawa kimia yang rumit
sehingga tidak mengherankan suatu struktur yang rumit memerlukan proses
biosintesis yang juga sama rumitnya,
terutama
dikarenakan reaksi sintesis yang terjadi sekaligus di luar dan di dalam membran sel. Sintesis peptidoglikan merupakan proses multistep
yang berhasil dipelajari dengan baik pada bakteri Gram Positif. Untuk mempelajari
proses multistep ini maka dalam makalah ini akan disajikan tahapan dari
sintesis peptidoglikan
B.
Tujuan
1. Mengetahui tahap-tahap sintesis
peptidoglikan.
BAB II
PEMBAHASAN
Komponen kaku dinding sel eubakteria patogen adalah
suatu makromolekul raksasa berbentuk kantung tunggal atau sakulus, disusun oleh
jaringan hubungan lintas peptidoglikan (murein). Murein dan komponen yang berhubungan
terdapat sekitar 2-40% dari berat kering sel. Komponen glikan disusun oleh dua
gula amino, glukosamin dan asam muramat. Struktur glikan terdapat secara
berselang-seling sebagai residu (-1,4 linked N-acetyl-D-glukosamine dan
N-acetyl-D-muramic acid. Rantai pentapeptida tertambat pada gugus NAM. Rantai
polisakarida terhubung ke rantai pentapeptida mereka melalui jembatan interpeptida. Rantai
tersebut bervariasi dari 10 sampai 170 unit disakarida. Unit peptida dan glikan
tersebut terikat pada gugus karboksil asam laktat kepada ujung amino suatu
tetrapeptida. Glikotetrapeptida tersebut dihubungkan-lintas (cross-linked)
melalui unit tetrapeptida, membentuk kerangka yang berkesinambungan. Gambaran
yang sama pada komponen tetrapeptida adalah adanya
D-alanin, yang selalu mengikat unit di antara rantai peptidoglikan.
Gambar 1. Struktur peptidoglikan pada bakteri E. coli . Tipe
ini ditemukan pada umumnya bakteri Gram negatif. Rangka utama glikan merupakan
polimer dari dua gula asam amino N-acetilglukosaamin (G) dan asam
N-acetilmuaramat (M). Pada M terikat tetrapeptida terdiri dari
L-alanin-D-glutamat-asam diaminopimelat ADP-D-alanin (sumber: Brock &
Madigan,1991).
Komponen peptida terikat-asam muramat pada beberapa
bakteri adalah tetrapeptida –L-ala-D-iso-Glu-mesoADP (atau L-Lys)-D-ala.
Hubungan lintas di antara dua rantai peptidoglikan dapat dilihat melalui
suatu letak jembatan peptida (Gambar 1.). Pada gambar
tersebut mewakili struktur peptidoglikan bakteri E. coli dan semua eubakteria
Gram negatif, sedangkan S. aureus, Streptococcus, dan eubakteria Gram-positif lainnya
memiliki hubungan lintas melalui suatu letak jembatan peptida yang dapat disusun
oleh satu atau beberapa residu asam amino.
Gambar 2. Struktur peptidoglikan yang dihubungkan dengan
jembatan ikatan silang peptida pada bakteri Gram positif (Sumber: Brock & Madigan,1991).
Kelompok Bakteri Gram-positif dapat menghasilkan
polisakarida permukaan yang spesifik (10-50% dari dinding sel) dan protein yang
berhubungan dengan peptidoglikan. Polisakarida yang sangat dikenal adalah asam
teikoat (biasanya mengandung ribitol dan kadang-kadang gliserol). Bakteri Gram-negatif memperlihatkan tiga lapis
pembungkus sel, yaitu : membran luar (OM=outer membran), lapisan tengah yang
merupakan dinding sel atau lapisan murein yang terdapat ruang periplasma, dan
membrane plasma dalam.
A. Tahap-tahap Sintesis Peptidoglikan
Sintesis
peptidoglikan merupakan proses multistep yang berhasil dipelajari dengan baik
pada bakteri Gram Positif. Dua buah protein
carrier
terlibat antara lain: uridin difosfat (UDP) dan Baktoprenol. Baktoprenol merupakan alkohol yang
memiliki panjang rantai karbon sebanyak 55 atom C karbon yang melekat pada NAM
melalui sebuah gugus pirofosfat dan memindahkan komponen peptidoglikan melewati
membran hidrofobik. Secara keseluruhan proses sintesis peptidolikan
melibatkan delapan tahapan, yang antara lain adalah :
1.
Derivate UDP
pada asam N-asetilglukosamin dan asam N-asetilmuramat disintesis di dalam
sitoplasma.
2.
Asam amino
secara berurutan ditambahkan ke UDP-NAM untuk membentuk rantai pentapeptida
(dua ujung D-alanin ditambahkan sebagai sebuah dipeptida).
3.
NAM-pentapeptida
ditransfer dari UDP ke sebuah baktoprenol fosfat pada permukaan membran.
4.
UDP-NAG
menambahkan NAG ke NAM-pentapeptida untuk membentuk unit peptidoglikan yang
berulang. Jika sebuah jembatran interpeptida pentaglisin diperlukan, glisin
akan ditambahkan dengan menggunakan molekul tRNA glisil yang khusus, bukanyang sam seperti ribosom.
5.
Unit
berulang peptidoglikan NAM-NAG yang sudah lengkap kemudian ditransportasikan
melalui membran ke permukaan sebelah luarnya dengan carrier baktoprenol
pirofosfat.
6.
Unit
peptidoglikan kemudian dilekatkan pada ujung rantai peptidoglikan yang sedang
tumbuh untuk memperpanjang dengan satu unit peptidoglikan yang berulang.
7.
Carrier baktoprenol
kembali ke dalam membran. Sebuah fosfat kemudian dilepaskan selama proses ini
untuk memberikan fosfat pada baktoprenol, yang nantinya akan mampu menerima
NAM-pentapeptida yang lain.
8.
Akhirnya,
hubungan silang peptida antara dua peptidoglikan terbentuk melalui transpeptidasi.
ATP digunakan untuk membentuk ujung ikatan peptida di dalam membran. Tidak ada
lagi ATP yang diperlukan ketika transpeptidasi terjadi di luar. Proses yang
sama terjadi ketika sebuah jembatan dilibatkan hanya gugus yang bereaksi dengan
sub terminal D-alanin yang membedakan.
Sintesis
peptidoglikan pada dasarnya sangat mudah untuk rusak oleh agen-agen antimikrobial.
Penghambatan dalam tahapan sintesis melemahkan dinding sel bisa berakhir pada
lisis osmotik. Banyak antibiotik yang mengganggu sintesis peptidoglikan.
Sebagai contohnya penicillin menghambat reaksi transpeptidasi dan bacitracin
menutup atau menghentikan fosforilasi pada baktoprenol pirofosfat.
B. Pola Pembentukan Dinding Sel
Untuk dapat
tumbuh dan membelah secara efisien sebuah sel bakteri harus menambahkan
peptidoglikan yang baru pada dinding selnya secara tepat dan diatur dengan baik
ketika sedang mempertahankan bentuk dinding dan kekompakan dalam keadaan
tekanan osmotik yang begitu tinggi. Karena pada prinsipnya peptidoglikan
dinding sel adalah sebuah selapis jaringan kerja yang begitu luas, maka bakteri
yang sedang tumbuh harus bisa mendegradasi petidoglikan untuk pembentukan unit
peptidoglikan yang baru. Dan juga perlu untuk mereorganisasi struktur
peptidoglikan ketika keadaan memang membutuhkan. (Dewick : 1999)
Digesti
peptidoglikan yang terbatas ini dipenuhi oleh enzim yang dikenal sebagai
Autolisin yang beberapa menyerang rantai polisakarida sedangkan yang lainya
menyerang hubungan peptida silang.
C. Penghambatan
Sintesis Dinding Sel
Bakteri
dibekakan menjadi 2 kelompok berdasarkan properti dinding selnya, yaitu Gram
positif dan Gram negatif. Dinding sel bakteri gram positif mengandung
peptidoglikan, asam teikoat dan teikuronat, mengandung (atau tidak) amplop
(pembungkus) polisakarida atau protein. Dinding sel bakteri gram negatif
mengandung peptidoglikan, lipopolisakarida, pipoprotein, fosfolipid, dan
protein. Lokasi kritis penyerangan agen
anti dinding sel adalah peptidoglikan (Gambar 3). Peptidoglikan merupakan
lapisan esensial bagi keberlangsungan hidup bakteri pada lingkungan hipotonis.
Kerusakan lapisan ini mengakibatkan kerusakan kekakuan dinding sel bakteri,
sehingga menyebabkan kematian.
Gambar 3.
Mekanisme aksi agen antimikroba dalam menghambat sintesis dinding sel bakteri
Mekanisme
aksi agen antimikroba dalam menghambat sintesis peptidoglikan melalui 3 tahapan
:
a. Tahap
pertama adalah sintesis prekursor peptidoglikan dan aransemen awal prekursor
peptidoglikan di sitoplasma. Sejumlah agen antimikroba dapat mengganggu proses
ini. Fosfomisin memblok kerja enzim piruviltransferase. Sikloserin menghambat
alanin rasemase dan D-alanil-D-alanin sintase.
b. Tahap
kedua adalah katalisasi enzim terikat membran. Basitrasin (antibiotik peptida)
berinteraksi dengan derival undecaprenil alkohol, mencegah transfer lanjut
muramilpentapeptida dari prekursor nukleotida ke peptidoglikan.
c. Tahap
ketiga adalah polimerisasi dan perlekatan peptidoglikan ke dinding sel.
Antibiotik b-laktam
(Gambar 3.) seperti penisilin, cefalosporin (oxacefem, cefamisin), penem,
thienamisin (carbapenem), dan aztreonam (monobaktam) menghambat formasi dinding
sel melalui protein-potein pengikat penisilin. Beberapa antibiotik b-laktam
membentuk septum di antara sel anakan, sehingga dihasilkan sel filamen panjang
dan mudah mati. Pengikatan protein pengikat penisilin lainnya dapat
mengakibatkan rapid-lisis.
BAB III
PENUTUP
A. Kesimpulan
Berdasarkan
makalah mengenai sintesis peptidoglikan dapat disimpulkan bahwa sintesis peptidoglikan merupakan
proses multistep yang berhasil dipelajari dengan baik pada bakteri Gram
Positif. Dua buah protein
carrier
terlibat antara lain: uridin difosfat (UDP) dan Baktoprenol. Baktoprenol merupakan alkohol yang memiliki panjang rantai
karbon sebanyak 55 atom C karbon yang melekat pada NAM melalui sebuah gugus
pirofosfat dan memindahkan komponen peptidoglikan melewati membran hidrofobik.
B. Saran
Dalam
penyusunan makalah ini sebaiknya diperlukan lebih banyak lagi kajian pustaka
yang mendukung pembahasan dalam materi sintesis peptidoglikan sehingga dapat
dijadika referensi bagi pembaca.
DAFTAR
PUSTAKA
Dewick, P.M. 1999. Medicinal Natural Products, a Biosinthetic Approach. London: Wiley &Sons Ltd. England.
Michael, T.
Madigan. et al.1991. Biology of
Microorganisms. New York : Prentice Hall International.