METABOLISME MIKROBADepi Praharani S. Bagian Mikrobiologi

Metabolisme karbohidrat monosakarida: glukosa; disakarida: laktosa, sukrosa & maltosa; polisakarida: amilum, selulosa sintesis polisakarida anabolisme

Metabolisme protein Dengan adanya ensim protease, protein dirombak menjadi peptidapeptida dan menjadi asam amino. Asam amino ini dapat memasuki siklus Krebs.

Metabolisme lemak Lemak adalah ester dari gliserol dan asam-asam lemak. Dengan adanya ensim lipase, lemak dihidrolisa menjadi gliserol dan asam lemak Gliserol dirombak secara glikolisis Asam lemak melalui proses beta oksidasi dirubah menjadi asetil Ko-A dan dapat dioksidasi melalui siklus Krebs

Biooksidasi (respirasi) Mrp reaksi pemindahan elektron scr biologi, ada atau tdk ada oksigen Bila oksigen digunakan sbg aseptor elektron (hidrogen) yg terakhir respirasi aerob Bila aseptor elektron (hidrogen) bukan oksigen respirasi anaerob

Pada respirasi aerob glukosa piruvat Acetil Co A memasuki Tri Carboxylic Acid Cycle (TCA cycle = Krebs cycle) energi (ATP)

Siklus Krebs (siklus trikarboksilat) Adl urut-urutan reaksi siklus yg mrp urutan reaksi umum yg terakhir dlm metabolisme senyawa karbon yg berasal dari karbohidrat, asam lemak & asam amino

Misalnya asam piruvat masuk ke dlm siklus dirubah mjd asetil koenzim A & asam oksaloasetat (dari asam piruvat oleh proses karboksilasi) Asetil koenzim A & asam oksaloasetat bergabung asam sitrat sitrat kmd mengalami serangkaian

reaksi yg dikenal sbg siklus asam sitrat (siklus Krebs / siklus trikarboksilat) Reaksi keseluruhan menghasilkan oksidasi sempurna asam piruvat mjd CO2 & H2O

Bila dlm respirasi anaerob digunakan bahan organik sbg aseptor elektron (hidrogen) fermentasi

Fermentasi Proses oksidasi biologi dlm keadaan anaerob Sbg substrat adl karbohidrat Yg bekerja sbg pembawa hidrogen (elektron) NAD atau NADP, sbg aseptor hidrogen akhir bahan organik asam piruvat

Dpt dilakukan oleh jasad fakultatif anaerob (misalnya Saccharomyces cereviseae), mikrobia obligat (misalnya Lactobacillus sp) Hasil akhir fermentasi tdk dipengaruhi oleh ada tdk nya oksigen

Clostridium sp memfermentasi glukosa mjd butil alkohol, alkohol lainnya & asam tertentu Lactobacillus lactis memfermentasi glukosa mjd asam laktat Lactobacillus brevis menghasilkan asam laktat & asam cuka, ethanol & karbondioksida

Pada fermentasi terdapat 3 jalur untuk memecah glukosa (glikolisis), yaitu: 1. Embden-Meyerhof Parnas Pathway (EMP-Pathway) glukosa glukosa 6 fosfat fosfogliseral dehid fosfogliserat fosfoenolpiruvat piruvat total dihasilkan 2 ATP

2. Pentose Phosphate Pathway (Hexose Monophosphate Shunt = HMP-shunt) glukosa glukosa 6 fosfat 6 fosfoglukonat pentosa fosfat utk bakteri yg tdk punya ensim aldolosa & triosa PO4 isomerase

3. Entner-Duodoroff Pathway merupakan jalur tambahan disamping jalur EMP Pathway & HMP shunt, dijumpai pada Psedudomonas glukosa 6 fosfoglukonat ketodeoksiglukonat piruvat + gliseraldehid

Asam piruvat hasil antara (intermediate product) yg penting pd banyak proses biooksidasi glukosa dpt pula dicapai melalui metabolisme zat gula lainnya (selain glukosa), metabolisme asam lemak & asam amino

Mrp stasiun pusat (grand central station) mrp titik datang & per ginya macam-macam substrat & hasil metabolisme Berperan sbg aseptor elektron pd kebanyakan proses fermentasi pd banyak sel Direduksi mjd asam laktat

Didekarboksilasi menghasilkan alkohol sbg hasil akhir Mrp sumber bahan utk membangun asam amino, asam lemak, aldehid atau bahan pembangun sel lainnya yg penting

Pemindahan elektron pd jasad yg aerob & fakultatif anaerob dilakukan oleh sistem cytochrom cytochrom jarang dijumpai dlm sel yg tdk dpt menggunakan oksigen sbg aseptor hidrogen terakhir jasad yg anaerob dpt mengguna kan oksigen yg terikat dlm bentuk senyawa (misalnya sulfat & karbonat)

cytochrom mrp gol enzim porfirin protein yaitu enzim yg mengandung koenzim Fe porfirin reaksi redoks yg reversible tjd pd atom Fe dari Fe porfirin

Senyawa yg mempunyai sifat dpt menyimpan energi senyawa kaya energi senyawa 1,3-difosfo asam gliserat tdp 2 gugusan fosfat yg masing-masing terikat pd gugusan karboksil & gugusan alkohol

Ikatan fosfat yg berenergi tinggi ekivalen P Adenotrifosfat (ATP) : senyawa kaya energi yg umum tdp pd jasad mrp gudang energi bagi jasad hidup mempunyai 2 gugusan fosfat yg kaya energi & 1 gugusan fosfat yg berenergi rendah

Yg berfungsi sbg penangkap energi di dlm jasad hidup senyawa adenosindifosfat (ADP) menangkap 1 ekivalen P ATP melepaskan 1 ekivalen P ADP Reaksi perubahan ATP jadi ADP jembatan penghubung antara reaksi yg menghasilkan energi & yg memerlukan energi

Beberapa mcm reaksi metabolisme yg dpt mendorong terbentuknya ATP fosforilasi tingkat substrat (glikolisis / fermentasi), fosforilasi oksidatif & fosforilasi fotosintetik

Fosforilasi oksidatif

Tjd selama proses perjalanan hidrogen (elektron) dari substrat melalui enzim dehidrogenase & cytochrom sampai aseptor elektron terakhir (respirasi aerob) Pd respirasi aerob, fosforilasi oksidatif tjd dlm mitokondria yg mengandung enzim utk pemindahan elektron tsb

Fosforilasi fotosintetik Cahaya matahari mrp sumber energi Ada 2 fase reaksi yaitu : fase reaksi dlm keadaan terang (menggunakan cahaya) fase reaksi dlm keadaan gelap

Yg terpenting adl fase reaksi dlm keadaan terang cahaya diabsorpsi oleh chlorofil chlorofil aktif & membebaskan elektron sebagian energinya utk memecahkan H2O scr fotolisis terbentuk atom hidrogen & oksigen sebagian lagi utk merubah ADP + P mjd ATP

Hasil fotolisis dibebaskan ke udara, hidrogennya akn diikat oleh aseptor hidrogen (NADP) NADPH2 terbentuk energi dlm jml besar Mikrobia yg dpt melakukan fotosintesa bakteri yg mempunyai pigmen fotosintetik & golongan algae Pigmen yg tdp pd bakteri fotosintetik mirip dg chlorofil pd tumbuhan

tingkat tinggi Chlorofil pd bakteri yg berwarna ungu (purple bacteria) mengandung pigmen karotenoid Pd beberapa algae pigmen fotosintetiknya disebut fikobilin ganggang merah (Cyanophyceae) & ganggang biru (Rhodophyceae)

Chlorofil bakteri dpt mengabsorpsi cahaya yg dekat dg daerah cahaya infra merah bakteri dpt melakukan fotosintesa dg cahaya yg tdk dpt dilihat mata manusia

Kesimpulan Reaksi fermentasi & glikolisis menghasilkan 4 ATP 2 ATP dipakai hasil bersih 2 ATP Hasil akhir proses tsb (alkohol & asam laktat) dioksidasikan utk menghasilkan energi lebih banyak melalui siklus Krebs hasil akhir CO2 & H2O

Bioluminesensi Proses biooksidasi yg ditemukan pd beberapa bakteri, fungi & jasad tingkat tinggi Energi kimia dirubah mjd energi sinar (cahaya) Tjd dari pengambilan elektron substrat yg diteruskan scr langsung dari NADH2 ke FMN (flavin

mononukleotide) elektron tsb dipindahkan ke molekul oksigen melalui reaksi enzimatik khusus yg dpt menghasilkan cahaya Jadi energi cahaya dpt dirubah mjd energi kimia (pembentukan energi pd fotosintesa ATP) & energi kimia dpt dirubah mjd cahaya (bioluminesensi)

Biosintese Senyawa penyusun sel hidup tdd makromolekul yg terbentuk dari molekul yg lebih kecil (monomer) melalui proses penggabungan yg sebagian besar mrp proses anhidrosintese atau polimerisasi

Bila satuan molekul yg menyusun polimer sama (identik) homopolimer contoh : amilum (satuan molekulnya alfa glukose), selulose (satuan molekulnya beta glukose) Bila polimer tersusun dari satuan yg sejenis tetapi tdk sama atau tdd bermacam-macam satuan molekul heteropolimer contoh : prote-

tein (satuan molekulnya asam amino), mukokompleks (satuan molekulnya asam murat & peptide) Tipe polimerisasi : polimerisasi scr penambahan (additional polymerization) reaksi berlangsung spontan atau krn daya katalise dari oksigen,

ion H+ atau OH- atau beberapa logam; rumus empirisnya mrp penggandaan dari rumus empiris monomer yg berpolimerisasi anhidroppolimerisasi (polimerisasi krn kondensasi) tiap monomer digabungkan dg monomer berikutnya dg mengambil H+ dari monosatunya & OH- dari monomer lain-

nya shg terbentuk molekul air; rumus empirisnya tdk mrp penggandaan rumus empiris monomernya krn dibebaskannya molekul air; pd umumnya memerlukan sedikitnya 2 mcm enzim yaitu enzim yg mengaktifkan monomer & enzim yg dpt menarik OH- & H+ shg menyebabkan penggabungan

monomer yg kehilangan ion-ion itu Polimerisasi mrp proses endothermik energinya berasal dari biooksidasi bahan makanan energi tsb dirubah mjd ikatan fosfat ATP atau senyawa sejenisnya energi dilepaskan lagi bila tjd hidrolise

Penambatan nitrogen scr biologi (fiksasi N2) Beberapa jenis mikrobia dpt menggunakan nitrogen utk pertumbuhannya

2 tipe penambatan nitrogen oleh mikrobia : 1. penambatan N2 simbiotik adl hasil kerja sama yg mutualistik antara tumbuhan tingkat tinggi dg mikrobia tertentu, jika masing-masing jasad tadi hidup sendiri-sendiri tdk mampu menambat N2

contoh : simbiose tanaman leguminose dg bakteri dari genus Rhizobium 2. penambatan N2 yg non simbiotik adl jasad-jasad yg hidup bebas & mampu menambat N2 sbg satu-satunya sumber nitrogen utk hidupnya

contoh : ganggang biru (Cyanophyceae), bakteri dari genus Clostridium, Azotobacter proses penambatan N2 mrp proses reduksi N2 direduksi mjd NH3 (amonia) utk memenuhi kebutuhan sintese