-
Lecture 3Overview of cell structure and significance of
smallnessCytoplasmic membrane: structureCytoplasmic membrane:
functionCell wall of prokaryotes: peptidoglycanOuter membrane of
gram negative bacteriaCell wall synthesis and cell
divisionArrangement of DNA in prokaryotes
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Mikrobia pada
makananSpiralBacteriaRod-ShapedBacteriaMoldsYeastStaph
aureusCocciBacteriaC. botulinumListeriaE.coli 0157:H7Salmonella
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Sel prokariot dan eukariot
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Bakteri Sel tunggal (uniseluler)Tidak memiliki membran inti
(prokariot)Bentuk :Bulat (cocci) dengan ukuran 0.4-1.5 mContoh :
Staphylococci (kluster seperti buah anggur) Streptococci
(berantai)Batang (rods) dengan ukuran 0.25-1.0 m atau 0.5-6.0
mContoh : bacilli (batang lurus)Spirilla (batang spiral)
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
EndosporaBeberapa bakteri mampu membentuk endospora Endospora
dihasilkan saat bakteri mengalami stress lingkungan seperti
kekurangan nutrisi, kekeringan, dsb.Endospora digunakan untuk
mempertahankan diriEndospora tidak melakukan metabolisme (berada
dalam bentuk dorman) dan tahan terhadap suhu tinggi, disinfektan,
sinar UVSaat kondisi lingkungan membaik, endospora melakukan
germinasi dan tumbuh menjadi sel bakteriContoh bakteri penghasil
endospora : Bacillus dan ClostridiumDiperlukan sterilisasi untuk
membunuh sporaSpora Clostridium Spora Bacillus
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Endospora
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Bakteri - Reproduksi / Berkembang biakAseksual melalui
pembelahan sel (fission)Waktu ganda (waktu generasi) : 20 menitSatu
sel setelah 11 jam dapat menjadi 1,0 x 106Namun demikian di alam
pertumbuhan bakteri dibatasi oleh kekurangan nutrisi, akumulasi
toksin dan metabolit, suhu yang tidak sesuai, kekeringan, dllJumlah
maksimum bakteri 1x109 CFU/g atau ml CFU - Colony Forming Unit
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Reproduction Binary fission12 4 8 16 32 64 128Millions
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Waktu yang diperlukan bakteri untuk tumbuhDalam kondisi ideal,
beberapa bakteri dapat melakukan duplikasi dalam waktu 15-30
menitContoh bakteri dengan doubling time 20 menitSTART20 menit40
menit1 jam
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Latihan (diasumsikan waktu ganda =20 menit)1 bakteri terdapat
pada hamburger dengan suhu kamar (30 C) Berapa jumlah bakteri
setelah 1 jam? 4 jam? 8 jam?Apa yang terjadi jika jumlah bakteri
awal pada hamburger tersebut adalah 10.000 ?
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Yeast Ukuran lebih besar dari bakteriMemiliki membran inti
(eukariot)Uniseluler (bentuk : bulat, elip, silinder, 5-8
mPseudohifa
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Yeast - ReproduksiAseksual :Fission : pembelahan sel
Budding : pembentukan tunasSeksual :Pembentukan spora
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
MoldBerfilamen, multiseluler, ukuran lebih besar dari bakteri
dan yeast (10-40 m)Hifa (masing-masing filamen)Miselia (kumpulan
hifa)
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Mold - ReproduksiAseksual :FragmentasiPembentukan spora aseksual
(konidia, sporangium)Seksual :Pembentukan spora seksual
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
MoldsMucorRhizopusPenicilliumGeotrichumFusariumNeurosporaBotrytisAlternariaAspergillusPenicillium
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
MoldPertumbuhan Aw rendahInterval pH yang luasMesophilic and
PsychrotrophicaerobSignificancePembusukanIndex sanitasiHealth
IssuesMenghasilkan makanan
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Different Shapes
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Different Sizes
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Surface Area vs. VolumeFig. 3.15Size affects rate of nutrient
and waste transport across the cell membrane
Small size more efficient exchange, support of higher metabolic
rate
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Phospholipid BilayerFig. 3.16
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Structure of Cytoplasmic MembraneFig. 3.18
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Lipids in Bacteria and Archaea have different chemical
bondsEster - BacteriaEther - ArchaeaFig. 3.20
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Table 3.1 Comparative Permeability of Membranes to Various
Molecules
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
Substance
Rate of Permeability
Water
100
Glycerol
0.1
Tryptophan
0.001
Glucose
0.001
Cl-
0.000001
K+
0.0000001
-
Fuction of Cytoplasmic MembranePermeability Barrieronly small,
uncharged, hydrophobic molecules can pass through by diffusion (see
Table 3.1)Protein Anchortransport, generation of energy,
chemotaxisGeneration of proton motive force
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Different types of transportAccumulation of solutes against the
concentration gradientSpecificity
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Cell Walls of BacteriaPeptidoglycan is found only in
bacteriaKeeps cells from lysing, due to turgor pressure
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Protoplast FormationHigh solute solutionLow solute
solutionLysozyme -- a protein that breaks 1,4-glycosidic bonds in
peptidoglycan
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Peptidoglycan Structure
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Peptidoglycan SheetGlycosidic linksPeptide cross-links
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Teichoic AcidsAcidic polysaccharides found in gram positive cell
walls
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Gram Positive Cell Wall
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Archaeal Pseudopeptidoglycan
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Lipopolysaccharide (LPS)Only in gram negative bacteriaPart of
the outer membrane
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Gram Negative Outer MembranePorins - proteins that allow small
molecules to cross membrane -- specific and non-specific
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Cell Wall SynthesisCell wall is opened up by autolysins, and new
peptidoglycan is deposited
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Peptidoglycan SynthesisBactoprenol (a C55 isoprenoid alcohol) --
lipid carrier that transports dissacharide pentapeptide from
cytoplasm to periplasm and inserts it into growing cell wallThe
next step, transpeptidation, is inhibited by penicillin
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Transpeptidation
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Genome Size
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Chromosomal DNA
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Lecture 4.Flagella and motilityBacterial behavior: chemotaxis,
phototaxisBacterial cell surface structures and cell inclusionsGas
vesiclesEndospores
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
The Flagellum> 40 genes involved1000 H+ / rotation
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Absence of chemical attractantPresence of chemical attractant
chemical gradient sensed in a temporal manner
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Other types of taxesphototaxis - lightaerotaxis -
oxygenosmotaxis - osmotic strength
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Cell structures and inclusionsfimbriae - aid cell adherence to
surfacespili - conjugation, attachment to host cellglycocalyx -
polysaccharide layer outside cell, attachment to host cells,
protection from host immune system, resistance to
dessicationpolyhydroxyalkanoate deposits - intracellular carbon and
energy storepolyphosphate - intracellular reserveselemental sulfur
- intracellular granulesmagnetosomes - intracellular magnetite
crystals (iron oxide)gas vesicles - cell buoyancy
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Poly--hydroxybutyrate (PHB)
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Poly-3-hydroxybutyrate (PHB)Carbon and energy reserveAccumulates
intracellularly when carbon source is not limiting for growthCan be
utilized under carbon starvation conditionsBiodegradable
bioplastics CH3OCHCH2C O[]n ~ 25,000
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Gas Vesicle Proteinswatertight, gas-permeable
structure(hydrophobic proteins)
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
EndosporesResistant to heat, radiation, acids, drying,
chemicalsDo not contain RNADehydrated (only 10-30% H2O as
vegetative cell)
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
Dipicolinic acidCharacteristic of endospores
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
-
How long can spores survive?See page 92, report that 25-40
million year old spores have been revivedThese spores were
preserved in the gut of a bee that was trapped in amber
Endang S. Rahayu Fak Teknologi Pertanian UGM
Problem in grainspH of 2.0 8.5 spoilage in acid products
Can grow at refrigeration temperatures, but low temps slow
growth
SpoilageCan grow/spoil in lower Aw/higher NaCl content foods,
but do not compete well with bacteria
Mycotoxin ProductionAFLATOXINS are concinogenicMainly produced
on grain and nut productsFeeding high moisture corn to dairy cattle
can cause aflatoxins to show up in milkAflatoxins Aspergillus
Flavis carcinogenicRye Ergot Claviceps purpurea neurotoxin
Toxin effects carcinogenic, liver damage, neurotoxins, rashes,
kidney damage
Mold Allergies
Sanitation IndexYeast and molds are less resistant to sanitizers
therefore if they are present, sanitizers are not working
FoodsBlue cheese, Brie, Roquefort, Sake