MAKALAH MIKROBIOLOGI - SINTESIS PEPTIDOGLIKAN

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.