MAKALAH MIKROBIOLOGI

Disusun oleh :

Kelompok 9

1. Astihawa Indah Setiani (8617)

2. Amalina Hafizah (8618)

3. Rifqi Zahroh Janatunaim (8619)

4. Sri Nopitasari (8620)

5. Eka Cahyaningrum (8621)

FAKULTAS BIOLOGI

UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

2013

PRAKATA

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat,

dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah yang berjudul

“Metabolisme Penghasilan Energi oleh Mikrobia Melalui Jalur Kemoorganotrofik dan

Kemolitotrofik”. Makalah ini penulis susun untuk memenuhi tugas mata kuliah

Mikrobiologi.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Prof. Drs. Langkah Sembiring, M.Sc.,

Ph.D.  karena beliau telah membimbing dan bersedia membagikan ilmunya kepada penulis

sehingga penulis dapat menyusun laporan penelitian ini. Terima kasih juga penulis ucapkan

kepada orang tua yang selalu mendoakan penulis, dan pihak-pihak lain yang turut membantu

penyusunan makalah ini sehingga dapat dinikmati oleh pembaca.

Akhir kata, penulis bersedia menerima baik kritik maupun saran yang dapat

membangun baik penulis maupun pembaca agar dapat berkarya dengan lebih baik lagi. Selain

itu penulis meminta maaf jika terdapat kekurangan dalam makalah ini. Semoga makalah ini

bermanfaat.Terima kasih.

                                                                                    Yogyakarta, April 2013

                                                                                   

Penulis

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL…………………………………………………………….i

PRAKATA………………………………………………………………………ii

DAFTAR ISI……………………………………………………………………iii

BAB I PENGANTAR

Latar Belakang…………………………………………….……..1

Permasalahan…………………………………………………….2

Tujuan……………………………………………………………2

Cara Untuk Memenuhi Tujuan…………………………………..2

Hasil Yang Dicapai………………………………………………2

BAB II ISI

1. Proses Metabolisme Kemoorganotrofik……………...…………3

a. Respirasi Aerobik

i. Glikolisis

ii. Siklus Trikarboksilat

iii. Transpor elektron dan Fosforilasi Oksidatif

b. Respirasi Anaerobik

c. Fermentasi

2. Proses Metabolisme Kemolitotrofik

BAB III PENUTUP

Simpulan……………………………………………………….12

DAFTAR PUSTAKA……………………………………………………...…13

BAB II

ISI

I. Proses Metabolisme Kemoorganotrofik

Hewan dan banyak mikrobia merupakan kemoorganotrofik. Organisme ini

menggunakan molekul organik sebagai penghasil energi,karbon,dan elektron.

Kemoorganotrof mengoksidasi sumber energi organik dan menghemat pelepasan energi

pada pembentukan ATP. Kemoorganotrof dapat menggunakan satu atau lebih proses

katabolik seperti fermentasi, respirasi aerobik, dan respirasi anaerobik yang akan

diuaraikan sebagai berikut.

A. Respirasi Aerobik

Respirasi aerobik merupakan suatu pross penghasilan energi yang molekulnya

(seringkali organik) dioksidasi dengan oksigen sebagai aseptor elektron terakhir.

Respirasi aerobik ini terdiri atas tiga proses yaitu glikolisis, siklus asam trikarboksilasi,

serta transfer elektron dan fosforilasi oksidatif. Secara umum makromolekul yang

mengalami katabolisme adalah glukosa. Namun, banyak mikroorganisme yang mampu

melakukan katabolisme pada banyak karbohidrat. Pada monosakarida glukosa,

fruktosa, dan manosa, difosforilasi menggunakan ATP dan memasuki jalur Embden-

Meyerhof, sedangkan pada galaktosa harus diubah menjadi uridin difosfat galaktosa

sesudah fosforilasi awal, lalu diubah ke dalam glukosa 6-fosfat pada tiga proses

tahapan. Pada disakarida secara umum dapat dipecah menjadi monosakarida oleh

paling tidak dua mekanisme. Pada maltosa, sukrosa dan laktosa dapat secara langsung

pada gula unsurnya. Banyak disakarida (contohnya maltosa,celobiosa, dan sukrosa)

juga dibagi dengan dibantu fosfat pada ikatan bersama dua gula, yang dinamakan

fosforolisis. Pada polisakarida seperti disakarida, dipecah dengan hidrolisis dan

fosforolisis.

Selain glukosa, mikroorganisme kemoorganotrofik juga menggunakan lipid

sebagai sumber energi. Trigliserida atau triasilgliserol, ester dari gliserol, dan asam

lemak merupakan sumber energi secara umum. Ketiganya dapat dihidrolisis menjadi

gliserol dan asam lemak oleh lipase mikrobia. Gliserol difosforilasi, oksidasi menjadi

dihidroksiaseton fosfat dan dipecah pada jalur Embden-Meyerhof. Asam lemak dari

triasilgliserol dan lipid lainnya sering dioksidasi pada jalur β-oksidasi setelah diubah

menjadi ester koenzim-A. Pada jalur ini asam lemak dipotong oleh dua karbon pada

setiap jalur. Dua karbon dilepaskan sebagai asetil KoA, yang dapat masuk ke dalam

siklus TCA. Pada beberapa bakteri dan fungi patogenik, pengurai, dan mikroorganisme

tanah dapat mengggunakan protein sebagai sumber karbon dan energi. Sekeresi enzim

protease pada mikroroganisme tersebut mampu menghidrolisis protein dan polipeptida

menjadi asam amino., yang ditransportasikan ke sel dan dikatabolisis. Pada tahap awal

asam amino dideaminasi, penghilangan beberapa amino dari asam amino yang sering

diperoleh dari transaminasi. Beberapa amino ditransfer dari asam amino menjadi

aseptor asam α-keto. Asam organk hasil dari deaminasi dapat diubah

menjadi piruvat, asetil KoA, atau siklus TCA intermediet dan

secepatnya dioksidasi pada siklus TCA untuk menghasilkan energi.

Gambar 1. Tiga tingkatan respirasi aerobik

Ketiga tingkatan katabolisme kemoorganotrofik yaitu glikolisis, TCA, dan transpor

elektron pada glukosa secara umum dapat diuraikan sebagai berikut.

1. Glikolisis

Mikroorganisme melakukan sebagian jalur metabolisme untuk memecah

glukosa dan gula lainnya. Jalur mikroorganisme untuk memecah glukosa menjadi asam

piruvat adalah jalur glikolisis. Jalur glikolisis yang dilakukan oleh makhluk hidup

secara umum yaitu Embden-Meyerhof. Jalur Embden-Meyerhof terjadi di matriks

sitoplasma dari prokariotik maupun eukariotik. Jalur ini dibagi menjadi dua bagian

yaitu pemanfaatan energi dan penghasilan energi. Pada awal fase enam karbon, energi

digunakan glukosa untuk dua kali fosforilasi dan membentuk fruktosa 1,6-bisfosfat.

Pada proses pertama, glukosa difosforilasi dengan mengikat fosfat pada C6 membentuk

glukosa 6-fosfat sehingga terjadi perubahan ATP menjadi ADP (pemanfaatan energi).

Kemudian terjadi isomerisasi glukosa 6-fosfat (aldehid) menjadi fruktosa 6-fosfat

(keton dan prekusor metabolit). ATP digunakan kembali pada pengikatan fosfat pada

C1 dari fruktosa dan membentuk fruktosa 1,6-bisfosfat. Fase selanjutnya adalah fase

penghasilan energi. Fase ini diawali dengan pemecahan fruktosa 1,6-bisfosfat menjadi

dua molekul 3-karbon yang salah satunya adalah prekusor metabolit. Pada fase ini

dihasilkan gliseraldehid 3-fosfat dan dihidroksi aseton fosfat yang mudah berubah

menjadi gliseraldehid 3-fosfat. Gliseraldehid 3-fosfatdioksidasi dan mengalami

fosforilasi dengan mengikat fosfat inorganik pada C3 dan membentuk 1,3-

difosfogliserat. Elektron yang lepas mereduksi NAD+ menjadi NADH. Kemudian ATP

dihasilkan pada fosforilasi tingkat substrat dengan melepas fosfat yang ada pada C1

membentuk 3-fosfogliserat. Gugus fosfat yang terikat pada C1 berpindah ke C2

membentuk 2-fosfogliserat yang disebut fosfogliseromutase. Kemudian 2-fosfogliserat

didehidrasi dengan melepas H2O untuk membentuk molekul berenergi tinggi kedua,

fosfoenolpiruvat. Molekul ini kemudian melepas fosfat untuk mengubah ADP menjadi

ATP kedua dan piruvat yang merupakan produk akhir dari jalur ini. Karena dua

gliseraldehid 3-fosfat terbentuk dari satu molekul glukosa, maka pada jalur ini

dihasilkan 4 ATP, 2 NADH, dan 2 piruvat.

B. Respirasi Anaerobik

Proses ini merupakan proses respirasi yang menggunakan aseptor elektron terminal

eksogen selain O2 pada transpor elektron, yang dibawa oleh banyak bakteria dan arkaea.

Aseptor elektron terminal yang umum diguanakan selama respirasi anaerobik antara

lain nitrat, sulfat, dan CO2, tetapi metal dan sedikit molekul organik juga dapat

direduksi. Meskipun beberapa bakteria dan arkaea tumbuh menggunakan hanya

respirasi anaerobik, banyak yang dapat tumbuh dengan keduanya, respirasi aerobik dan

anaerobik, bergantung pada ketersediaan oksigen. Contohnya adalah Paracoccus

denitrificans, gram negatif, bakteri tanah anaerobik fakultatif yang melakukan

metabolisme sangat serbaguna. Bakteri ini mampu mendegradasi berbagai macam

komponen organik dan dapat tumbuh secara kemolitotrofik. Dibawah kondisi yang

rendah oksigen, P.denitrificans menggunakan NO3- sebagai aseptor elektron. Perbedaan

transpor elektron yang digunakan pada bakteri untuk respirasi aerobik dan respirasi

anaerobik ditampilkan dalam Tabel 1 sebagai berikut.

Tabel 1. Aseptor Elektron Pada Respirasi

Tidak semua mikrobia melakukan respirasi anaerobik fakultatif. Beberapa

merupakan anaerobik obligat yang dapat melakukan hanya repirasi anaerobik. Sebgai

contoh adalah metanogen. Arkaea ini menggunakan CO2 atau karbonat sebagai

aseptorelektron terminal. Arkaea tersebut disebut metanogen karena aseptor elektron

direduksi menjadi metan. Sebagai contoh bakteria seperti Desufovibrio atau yang

lainnya. Bakteri tersebut mendonasi delapan elektron menjadi sulfat, mereduksinya

menjadi sulfida (S2- atau H2S).

SO42- + 8e- + 8 H+ S2- + 4H2O

Harus diperhatikan bahwa keduanya metanogen dan Desulfovibrio berfungsi sebagai

kemolitotrof, menggunakan H2 sebagai sumber energi .

II. Proses Metabolisme Kemolitotrofik

Pada organisme kemolitotrofik digunakan CO2 sebagai sumber karbon dan

reduksi molekul organik sebagai sumber keduanya yaitu energi dan elektron. Mikrobia

ini memperoleh elektron untuk rantai transport elektron dari oksidasi molekul inorganik

lebih dari NADH yang dihasilkan pada oksidasi molekul organik. Setiap spesies lebih

spesifik pada pemilihan untuk donor elektron dan aseptor. Aseptor biasanya O2, tetapi

sulfat dan nitrat juga digunakan. Donor elektron yang paling umum adalah hidrogen,

komponen hidrogen mereduksi, komponen sulfur mereduksi, dan ferrous iron (Fe2+).

Lebih sedikit energi tersedia dari oksidasi molekul inorganik daripada oksidasi lengkap

glukosa menjadi CO2. Hal ini karena NADH mendonasikan elektron untuk rantai

mengikuti oksidasi dari substrat organik seperti glukosa yang memiliki potensial

reduksi lebih negatif daripada kebanyakan substrat inorganik yang digunakan

kemolitotrof sebagai donor elektron langsung untuk rantai transpor elektron. Karena

hasil ATP sangat rendah, kemolitotrof mengoksidasi sejumlah besar material inorganik

untuk tumbuh dan memproduksi ulang. Hal ini jelas yang utama dari kemolitotrof

autotrofik yang mengubah CO2 menjadi karbohidrat. Untuk setiap molekul dari CO2

yang telah diubah, mikroba ini membentuk tiga ATP dan dua molekul NADPH. Karena

bakteri tersebut mengkonsumsi sejumlah besar material inorganik, kemolitotrof

memiliki pengaruh ekologi yang signifikan. Beberapa bakteria menggunakan oksidasi

komponen nitrogen sebagai sumber elektron. Diantaranya adalah kemolitotrof, bakteri

nitrifikasi, yang melakukan nitrifikasi. Secara umum proses penghasilan energi secara

kemolitotrofik digambarkan sebagai berikut

Gambar 2. Proses Penghasilan Energi secara Kemolitotrofik. Bakteri kemolitotrofik dan

arkaea mengoksidasi molekul anorganik (H2S dan NH3), yang menyediakan energi dan

sumber elektron. Elektron yang dilepaskan melewati transor elektron, membentuk PMF

(Proton Motive Force). ATP disintetis dengan cara fosforilasi oksidatif. Sebagin besar

organisme kemolitotrof menggunakan O2 sebagai terminal aseptor elektron. Meskipun

demikian, beberapa bisa menggunakan molekul eksogenus lain sebagai terminal aseptor

elektron. Perlu diperhatikan molekul selain sumber energi menyediakan karbon untuk

biosintesis. Sebagian kemolitotrof adalah autotrof.