2017_bio100_kuliah_8_prokariot And Protista.pdf

BIO 100 BIOLOGI

MINGGU KE- 8 MONERA, PROTISTA, FUNGI

PROGRAM PENDIDIKAN KOMPETENSI UMUM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2017

Source Material PowerPoint® Lecture Presentations for Biology 8th Edition Neil Campbell and Jane Reece 10th Edition Neil Campbell and Jane Reece

Main content of the lecture is derived from the sources above

Learning Outcome

Di akhir kuliah, diharapkan mahasiswa dapat

menerangkan keragaman, struktur dan fungsi biologi dari prokariot, Protista, dan cendawan

(fungi).

Prokariot • Dikelompokkan dalam 2 domain: Archaea dan bakteri • Umumnya uniseluler, beberapa spesies membentuk koloni • Umumnya berukuran 0.5–5 µm (sel eukariot antara 10–100 µm)

• Bentuk umum sel: kokus (cocci), batang (bacilli), dan spiral

Perbedaan Gram Negatif dan Gram Positif

Bagian karbohidrat pada lipopolisakarida

Dinding sel

Lapisan Peptidoglikan

Dinding sel Membran plasma

Membran plasma

Protein

Protein Bakteri Grampositif

a. Gram-positif: ungu kristal terperangkap dalam peptidoglikan

Bakteri Gramnegatif 20 µm (b) Gram-negatif: ungu kristal akan terhapus dan digantikan pewarna merah.

STRUKTUR PERMUKAAN SEL • Banyak prokariot yang memiliki lapisan polisakarida atau protein yang disebut kapsul • Beberapa prokariot memiliki fimbriae atau pili untuk menempel, yang memungkinkan mereka melekat pada substrat atau membentuk koloni. • Pili sex lebih panjang dari fimbriae and digunakan untuk pertukaran DNA kapsul

fimbriae

Pergerakan (Motility) • Bakteri yang motil bergerak dengan flagella yang secara struktur dan fungsi berbeda dengan flagela pada eukariot • Pada lingkungan yang berubah ubah, banyak bakteri memperlihatkan taxis, kemampuan bergerak mendekati atau menghindari stimulus tertentu. Flagellum Filament 50 nm Dinding sel

Hook Basal apparatus

Membran plasma

Bahan Genetik • DNA pada genom prokariot lebih sedikit dibanding pada eukariot • Kromosom prokariot umumnya berbentuk sirkuler • Beberapa spesies bakteria DNA tambahan berbentuk cincin yang disebut plasmid • Genom prokariot berbentuk cincin dari DNA,tidak dikelilingi membran dan terletak di daerah yang disebut nukleoid, kromosom

Plasmid

Reproduksi and Adaptasi • Prokariot bereproduksi dengan cepat melalui pembelahan biner dan dapat membelah setiap 1–3 jam • Banyak prokariot dapat membentuk endospore sebagai bentuk yang tidak aktif dan dapat bertahan pada lingkungan ekstrem dalam jangka waktu yang panjang. • Prokariot dapat berevolusi dengan cepat karena waktu generasinya yang singkat endospora

0.3 µm

Keragaman Nutrisi dan Metabolism Prokariot

Peranan Oksigen dalam Metabolisme Keragaman metabolisme prokariot berdasarkan ketersediaan oksigen: • obligat aerob : membutuhkan O2 untuk respirasi seluler • obligat anaerob: - O2 merupakan racun - menggunakan fermentation or anaerobic respiration • facultatif anaerob: dapat hidup dalam kondisi ada atau tidak ada O2

Metabolisme Nitrogen • Prokariot dapat menggunakan nitrogen dengan berbagai cara • Pada fiksasi nitrogen, beberapa prokariot mengubah nitrogen (N2) di atmosfer ke ammonia (NH3)

Kerjasama Metabolik • Kerjasama antar prokariot membuatnya dapat menggunakan sumberdaya alam yang tak dapat digunakannya sebagai individu • Cyanobacterium, Anabaena, sel fotosintetik dan sel pemfiksasi nitrogen yang disebut heterosit bertukar produk metabolisme • Pada beberapa spesies prokariotik kerjasama metabolik terjadi pada koloni yang melapisi permukaan yang disebut biofilms

biofilm

Heterocyte sel fotosintetik

Sistematika Molekuler Memperjelas Filogeni Prokariot

Korarcheotes Euryarchaeotes Crenarchaeotes UNIVERSAL ANCESTOR

Nanoarchaeotes

Domain Domain Archaea Eukarya

Eukaryotes

Proteobacteria

Spirochetes Cyanobacteria Gram-positive bacteria

Domain Bacteria

Chlamydias

Perbandingan Tiga Domain Prokariot

Archaea  Archaea memiliki beberapa kesamaan sifat dengan bakteri dan sifat lain dengan eukariot  Beberapa Archaea hidup dalam lingkungan yang ekstrem - ekstrim halofil: hidup dalam berkadar garam tinggi - ekstrim thermofil: hidup dalam lingkungan panas  Metanogen: hidup dalam rawa rawa dan menghasilkan metan anaerob obligat dan akan mati bila bertemu O2  Melalui studi genetik ditemukan berbagai grup Archaea baru yang memberi petunjuk evolusi bumi.

Prokariot Memiliki Peranan Penting di Biosfer • Bila prokariot punah: kehidupan berbagai makhluk hidup lain akan terganggu • Berperanan dalam daur ulang elemen kimia antara komponen biotik dan abiotik dalam ekosistim • Prokariot kemoheterotrofik: dekomposer, mengurai bangkai, vegetasi mati, dan limbah • Prokariot pemfiksasi nitrogen: menambat nitrogen yang dapat digunakan ke dalam lingkungan

Uptake K 0leh tanaman (mg)

Peningkatan Kadar Nitrogen, Fosfor dan Potasium untuk Pertumbuhan Tanaman

Tanpa bakteri

Strain 1

Strain 2

Perlakuan tanah

Strain 3

Mutualisme: Lampu Bakteri • Simbiosis : hubungan secara ekologi dimana dua spesies hidup bersama (yang besar: host, yang kecil: simbion)

• Bagian oval dibawah mata yang bercahaya → organ dengan bakteri berpendar. Digunakan untuk menarik mangsa dan pasangan (bakteri mendapatkan nutrisi dari ikan )

Photoblepharon palpebratus

Prokariot Patogenik • Parasit: organisme yang membahayakan namun tidak mematikan inang (parasitisme) • Parasit yang menyebabkan penyakit: patogen • Setengah penyakit pada manusia disebabkan prokariot, contohnya lyme disease.

Prokariot dalam Penelitian dan Teknologi • Percobaan menggunakan prokariot telah menyebabkan kemajuan pesat dalam teknologi • Prokariot adalah agen utama dalam bioremediasi, penggunaan organisme untuk menghilangkan polutan dari lingkungan

• Manfaat lain dari prokariot: – ekstraksi metal dari bijih – sintesis vitamin – produksi antibiotik, hormon, dan produk lain

Protista • Dalam setetes air danau dapat terlihat beragam protista menggunakan mikroskop sederhana. • Protista: kingdom eukariot dengan anggota yang umumnya uniseluler namun beberapa spesies membentuk koloni dan multiselluler. • Kemajuan dalam sistimatika eukariot menyebabkan perubahan besar dalam klasifikasi protista.

• Protists merupakan group paraphyletic, dan bukan lagi suatu kingdom. • Protista adalah eukariot, memiliki organel dan lebih kompleks dari prokariot

Endosimbiosis pada Evolusi Eukariot Plastid

Dinoflagellates

Apicomplexans Sianobakteri Alga merah

Endosimbiosis pertama

Stramenopiles Plastid

Melalui evolusi, Membran ini hilang

Euglenids Alga hijau Chlorarachniophytes

Protista • Protista dapat bereproduksi secara aseksual atau seksual, atau melalui proses seksual meioses dan syngami • Protista: kelompok eukariot yang sangat beragam metabolismenya, termasuk: – Fotoautotrof: yang memiliki kloroplas – Heterotrof: yang menggunakan molekul organik atau memakan partikel mkanan yang besar – Mixotrof: yang mengkombinasikan photosintesis dan heterotrof.

Posisi Protista dalam Pohon Filogenetik Choanoflagellates Animals Fungi Amoebozoans Nenek moyang eukariot

Diplomonads Euglenozoans Alveolates Stramenopiles DHFR-TS gene fusion

Rhizarians Red algae Green algae Plants

bifunctional “dihydrofolate reductase-thymidylate synthase” (dhfr-ts)

Alveolata  Dinoflagellata: - mixotrof dan heterotrof akuatik. - ledakan dinoflagellate menyebabkan “red tides” yang beracun  Ciliata: memiliki makronuclei and mikronuklei. Contractile vacuole

Cilia along oral groove

Oral groove

red tide

Cilia

Micronucleus Macronucleus

Food vacuoles

Alveolata  Apicomplexan: - Plasmodium (penyebab malaria)

Stramenopiles • Diatom: alga uniseluler, dinding selnya seperti kaca dari silika, reproduksi aseksual, kadang kadang seksual • Alga keemasan (golden algae): biflagelata, fotosintetik, beberapa heterotrofik

• Alga coklat (brown algae): disebut “seaweeds”, multiseluler, kebanyakan hidup di laut

Diatom

Golden alga

brown alga

Alga Merah (Red Algae) Alga merah mendapatkan warna merah dari pigmen yang disebut fikoeritrin, yang menutupi warna hijau dari klorofil

Nori. Alga merah Porphyra sumber makanan tradisional Jepang

Nori setipis kertas, mengkilat, kaya akan mineral, pembungkus nasi, seafood, dan sayur pada sushi.

Alga Hijau (Green Algae) • Alga hijau: - warna hijau – kloroplas - leluhur tumbuhan • Dua group utama: chlorophytes dan charophyceans

Ulva, or sea lettuce

Caulerpa, an intertidal chlorophyte

Unikonta: Berkerabat Dekat dengan Fungi dan Hewan • Supergroup Unikonta, termasuk hewan, fungi, dan beberapa protista

• Amoebozoans: amoeba yang memiliki bentuk lebih seperti daun dan tabung daripada bentuk benang, pseudopodia (termasuk gymnamoebas, entamoebas, dan slime molds). • Entamoeba histolytica: penyebab penyakit desentri pada manusia

Unikonta amoeba, Amoeba proteus menggunakan pseudopodia untuk bergerak

Amoebozoans Kapang lendir atau mycetozoans, pernah dimasukkan dalam fungi

Sistematika molekular menempatkan kapang lendir dalam kelompok Amoebozoa

Protista: produsen utama dalam lingkungan akuatik • •

Protista fotosintetik adalah produsen utama Jumlah nutrien mempengaruhi jumlah protista

Cendawan (khamir, kapang, Jamur)

khamir yeast

jamur kapang

Moyang Cendawan •

Cendawan berkerabat dekat terhadap hewan daripada tumbuhan ataupun eukariot lain • Cendawan, hewan, dan protista membentuk clade opisthokonts • Analisis DNA menunjukkan: - cendawan berkerabat lebih dekat dengan nucleariid unisel - hewan berkerabat lebih dekat dengan choanoflagellata unisel

34

Cendawan dan kerabat dekatnya Hewan (dan protista kerabat dekatnya) Moyang berflagel, uniseluler

Nucleariid

Cendawan

Khitrid

• Cendawan dan hewan berkembang dari Cendawan lainnya moyang unisel yang berflagel • Organisme multiseluler muncul terpisah pada 2 grup: - clade hewan - clade nucleariid dan cendawan 35

Kolonisasi Daratan •

Awal cendawan mengkolonisasi daratan diduga melalui simbiosis dengan tumbuhan awal yang berada di daratan

•

Cendawan tersebar pada 3 grup yang berbeda, yaitu cendawan sejati, cendawan protoctista, dan cendawan semu

•

Analisis molekuler membantu klarifikasi hubungan evolusi antara grup cendawan, meskipun masih menyisakan hubungan yang tidak pasti

36

Keragaman Cendawan

(Cendawan Sejati) (Cendawan Protoctista)

(Cendawan Semu)

opisthokonts

STRUKTUR SOMATIK CENDAWAN KELOMPOK

Cendawan sejati

Cendawan Protoctista Cendawan Semu

Sel Penyusun tubuh - Unisel - Hifa septat - Hifa aseptat Plasmodium (amuboid)

Dinding Sel

Jumlah set kromosom

Khitin

Haploid

Tidak berdinding

Haploid

Hifa aseptat

Selulosa

Diploid

Anggota Cendawan Sejati dan Somatiknya Hifa aseptat berupa rhizomiselium Hifa aseptat

Chytrids

Glomeromycetes

Hifa septat Ascomycetes Unisel

Zygomycetes

Basidiomycetes Hifa septat

Morfologi Somatik Cendawan • bersifat heterotrof dan memasukkan nutrisi (molekul sederhana) ke dalam tubuhnya secara absorbsi melalui hifa • Beberapa cendawan memiliki hifa dengan sekat berpori (hifa septat/hifa terbagi menjadi sel-sel) yang dapat dilalui untuk perpindahan organel antara sel • Beberapa spesies cendawan dapat tumbuh dalam 2 bentuk (dimorfisme), karena pengaruh lingkungan, yaitu uniselular/khamir ataupun hifa (multisellular) Contoh Coccidioides (patogen pada manusia)

40

Somatik (Struktur Tubuh) Hifa septat

Hifa aseptat

septum

Uniselular

Plasmodium kapang lendir plasmodial

Plasmodium kapang lendir selular

Morfologi Somatik Cendawan-Dimorfisme

Siklus hidup Coccidioides

Struktur Reproduksi Cendawan dan Perolehan Nutrisi Cendawan mensekresikan enzim untuk mengurai berbagai molekul kompleks menjadi molekul organik lebih kecil

43

Spora Seksual atau Aseksual Cendawan

Siklus hidup Zygomycetes: Rhizopus stolonifer

44

Reproduksi Seksual •

Cendawan menggunakan molekul sinyal (feromon) untuk saling komunikasi antara tipe kawinnya

•

Kedua hifa tetua berplasmogami

•

Dua nukleus haploid berpasangan dalam sel-sel hifa beberapa cendawan yang disebut sebagai miselium dikariotik

•

Dalam kurun waktu beberapa jam, hari ataupun tahun (bergantung jenis cendawan) setelah plasmogami akan terjadi kariogami (fusi nukleus) sel diploid

•

Fase diploid relatif singkat, dan segera mengalami meiosis menghasilkan spora haploid

45

Reproduksi Aseksual Penicillium

• Banyak cendawan dapat bereproduksi secara aseksual • Kapang menghasilkan spora-spora haploid melalui mitosis dan membentuk miselium kasat mata • Banyak kapang dan khamir tidak diketahui fase seksualnya • Reproduksi aseksual khamir melalui pembelahan sel secara sederhana dengan sel tetua membentuk sel tunas Berbagai tahap pertunasan khamir Saccharomyces cerevisiae (SEM)

46

Peranan Cendawan dalam Siklus Nutrisi

Lingkaran jamur pada musim semi

Interaksi cendawan dengan organisme lain berlangsung dengan beberapa cara, yaitu - dekomposer - patogen - mutual 47

Cendawan sebagai Dekomposer • •

Cendawan adalah dekomposer yang efisien Pelaku recycle utama elemen kimia antara organisme hidup dan mati

Phalus, cendawan dengan aroma daging busuk

Trametes, dekomposer penting pada kayu

Jamur beracun menyemburkan spora

48

Cendawan sebagai Patogen • Sekitar 30% spesies cendawan bersifat patogen pada tumbuhan • Beberapa cendawan menyerang tanaman pangan dan bersifat toksik terhadap manusia, Contoh toksin deoxynivalenol/ nivalenol dari Fusarium graminearum Cendawan gosong • Hewan umumnya kurang rentan terhadap pada jagung cendawan patogen dibandingkan tumbuhan • Istilah umum untuk penyakit akibat infeksi cendawan pada hewan dan manusia disebut mikosis Bercak cendawan pada daun maple 49

Cendawan Patogen: Hifa Terspesialisasi Beberapa cendawan unik memiliki hifa khusus yang disebut haustorium (hifa spesialis untuk penetrasi jaringan inang)

haustoria

Hifa perangkap dan membunuh mangsa

Cendawan Mutualistik • Cendawan dapat membentuk hubungan mutualistik dengan tumbuhan, alga, cyanobacteria, dan hewan • Hubungan mutualisme tersebut sangat berpengaruh secara ekologi

51

Mutualisme Cendawan-Tumbuhan: Mikoriza •

Mikoriza: asosiasi mutualisme antara cendawan dan akar tumbuhan

•

Mikoriza sangat penting dalam ekosistem alami dan budidaya

•

Hifa cendawan ektomikoriza membentuk mantel (hifa yang membungkus perakaran inang) dan tumbuh pada bagian ekstrasel korteks akar

•

Hifa cendawan mikoriza arbuskula memperluas jangkauannya melewati dinding sel akar dan membentuk kantung-kantung menjari melalui invaginasi membran sel akar

52

Mutualisme Cendawan-Tumbuhan: Endofit • cendawan endofit: cendawan yang hidup dalam jaringan tumbuhan, namun tidak patogen pada inangnya

Tidak ada endofit; ada patogen (E-P+)

Ada endofit dan patogen (E+P+)

• Endofit dapat menghasilkan toksin sehingga mencegah herbivora dan sebagai pertahanan inang terhadap patogen Efek keberadaan endofit dan kerusakan oleh Phytophthora pada pohon kakao

53

Mutualisme Cendawan-Alga/Cyanobacteria: Likhen •

• •

•

Likhen: simbiosis antara mikroorganisme fotosintetik dan cendawan; jutaan sel fotosintetik bergabung dalam massa hifa cendawan Cendawan pembentuk likhen yang paling umum adalah anggota Ascomycetes Alga atau Cyanobacteria berada di lapisan bawah bagian dalam dari permukaan likhen Alga memberikan senyawa karbon hasil fotosintatnya, Cyanobacteria memberikan nitrogen organik, dan cendawan menyediakan kondisi lingkungan untuk pertumbuhan

54

Variasi Bentuk Pertumbuhan dan Anatomi Likhen Likhen frutikos (seperti akar)

Likhen folios (seperti lembaran)

apotesium cendawan

Likhen krustos (seperti kerak)

Anatomi Ascomycetes Likhen • Reproduksi cendawan likhen dapat secara seksual dan aseksual

56

Simbiosis Cendawan-Hewan • Beberapa cendawan hidup pada saluran pencernaan hewan • Cendawan membantu mengurai bahan tumbuhan dalam usus sapi dan ruminansia lainnya • Banyak spesies semut dan rayap memanfaatkan daya cerna cendawan melalui peningkatan jumlah cendawan di “lahan” tempat hewan hidup

“kebun cendawan” milik serangga 57

Pemanfaatan Cendawan •

•

Dapat dimakan, memfermentasi menghasilkan keju, alkohol, minuman, roti Contoh aplikasi penelitian bioteknologi cendawan: produksi insulin menggunakan Saccharomyces cerevisiae

• Beberapa cendawan digunakan dalam produksi antibiotik untuk pengobatan infeksi bakteri, contoh Ascomycetes Penicillium

58

Peranan Cendawan di Alam

59

terima kasih

Giardia: parasit

Caulerpa: autotrof

Euglena: miksotrof