PENDAHULUAN

Latar Belakang

Dewasa ini, setiap perkembangan ilmu yang dihasilkan manusia pasti diikuti dengan

penerapannya dalam kehidupan. Ilmu tersebut dikembangkan dengan metode ilmiah dan

diterapkan dalam bentuk teknologi. Hal ini juga terjadi pada Biologi. Biologi telah berkembang

dengan pesat, terutama cabang-cabang mikrobiologi dan genetika, serta cabang kimia yaitu

biokimia. Cabang-cabang biologi dan kimia ini kemudian diterapkan dalam bentuk bioteknologi.

Bioteknologi merupakan cabang ilmu yang mempelajari pemanfaatan makhluk hidup (bakteri,

fungi, virus, dan lain-lain) maupun produk dari makhluk hidup (enzim, alkohol) dalam proses

produksi untuk menghasilkan barang dan jasa. Berkembangnya bioteknologi ini tidak lepas dari

peranan mikroba. Mikroba merupakan organisme yang berukuran kecil yang tidak kasat mata.

Mikroba sering disebut jasad renik karena ukurannya yang kecil (kurang dari 0,1 mm),

sehingga sukar dilihat dengan mata biasa, umumnya hanya dapat dilihat dengan alat pembesar

atau mikroskop, ada mikroba yang berukuran besar sehingga dapat dilihat tanpa alat pembesar,

pengaturan kehidupannya yang lebih sederhana dibandingkan dengan jasad tingkat tinggi.

Adapun berbagai macam mikroba antara lain jamur mikroskopis, protozoa, bakteri, dan virus.

Mikroba dalam mendapatkan energi melakukan berbagai macam cara metabolisme

misalnya dengan cara fermentasi, respirasi aerobik atau anaerobik, dan fotosintesis. Fermentasi

adalah suatu reaksi oksidasi-reduksi di dalam sistem Biologi yang menghasilkan energi, dimana

sebagai donor dan aseptor elektron digunakan senyawa organik.

ISI

Metabolisme

Metabolisme (dari bahasa Yunani, metabole = ‘berubah’), merupakan suatu rangkaian

atau proses yang terarah dan teratur di dalam sel tubuh melalui reaksi-reaksi kimiawi, sehingga

diperlukan atau dihasilkan bahan-bahan tertentu seperti unsur, molekul, senyawa, atau energy.

Berdasarkan proses dan hasilnya, metabolisme dibedakan menjadi dua yaitu katabolisme

dan anabolisme. Katabolisme adalah proses perombakan senyawa-senyawa yang kompleks

menjadi senyawa yang lebih sederhana melalui reaksi-reaksi kimiawi, sehingga dihasilkan

energi. Sedangkan, anabolisme adalah proses pembentukan senyawa-senyawa kompleks dari

senyawa-senyawa yang lebih sederhana melalui reaksi-reaksi kimiawi sehingga diperlukan

adanya energi.

Tabel Perbedaan Katabolisme dan Anabolisme

No. Katabolisme Anabolisme

1. Pengertian : Proses

pembongkaran/penguraian suatu molekul

Pengertian : Proses penyusunan/sintesis

suatu molekul

2. Substar awal molekul besar

(kompleks)

Substrat awal molekul kecil

(sederhana)

3. Produk akhir molekul kecil

(sederhana)

Produk akhir molekul besar (kompleks)

4. Bersifat eksergonik (menghasilkan

energy)

Bersifat endergonik (butuh energi)

5. Contoh : Respirasi, fermentasi Contoh : Fotosintesis, Kemosintesis

Sumber : http://perpustakaan.or.id/2012/10/04/metabolisme-katabolisme-dan-anabolisme/

Katabolisme/Dissimilasi 

Katabolisme adalah reaksi pemecahan / pembongkaran senyawa kimia kompleks yang

mengandung energi tinggi menjadi senyawa sederhana yang mengandung energi lebih rendah.

Tujuan utama katabolisme adalah untuk membebaskan energi yang terkandung di dalam

senyawa sumber. Bila pembongkaran suatu zat dalam lingkungan cukup oksigen (aerob) disebut

proses respirasi, bila dalam lingkungan tanpa oksigen (anaerob) disebut fermentasi.

- Respirasi

Berdasarkan kebutuhan akan oksigen bebas untuk kebutuhan respirasinya, bakteri

dikelompokkan menjadi 2 yaitu:

-   Respirasi Bakteri Aerob

Bakteri aerob adalah bakteri yang hidupnya memerlukan oksigen  bebas. Bakteri yang

hidup secara aerob dapat memecah gula menjadi air, CO2, dan energi. Bakteri aerob secara

obligat adalah bakteri yang mutlak memerlukan oksigen bebas dalam hidupnya, misalnya,

bakteri bakteri penyebab penyakit TBC (Mycobacterium tuberculosis) Nitrosomonas,

Nitrosococcus,dan Nitrobacter.

-  Respirasi  Bakteri Anaerob

Bakteri anaerob adalah bakteri yang dapat hidup tanpa oksigen bebas, Bakteri anaerob

dalam hidupnya atau dalam memecah zat yang tidak memerlukan oksigen bebas. Bakteri ini

sering disebut bakteri obligat anaerob. Untuk memecah zat makanan pada mediumnya, bakteri

mengeluarkan zat jenis fermen tertentu. Contoh bakteri anaerob antara lain Micrococcus

denitrificans biasa hidup pada lahan yang kaya zat nitrat tetapi miskin oksigen. Dalam kondisi

tersebutMicrococcus denitrificans menguraikan zat HNO3 menjadi NH3 dan O2. Sementara

itu, Clostridium tetani adalah bakteri penyebab penyakit tetanus. Akan tetapi, jika bakteri

tersebut dapat hidup  tanpa kebutuhan oksigen secara mutlak atau dapat hidup tanpa

adanya  oksigen, bakteri itu disebut bakteri anaerob fakultatif.

Jadi bakteri aerob adalah bakteri yang dapat hidup pada kondisi lingkungan yang

mengandung banyak oksigen, sedangkan bakteri anaerob fakultatif adalah bakteri yang bisa

hidup pada daerah yang mengandung oksigen yang jumlahnya sedikit dan bakteri anaerob

obligat adalah bakteri yang tidak dapat hidup pada daerah yang ada oksigennya.

- Fermentasi

Pada kebanyakan tumbuhan den hewan respirasi yang berlangsung adalah respirasi aerob,

namun demikian dapat saja terjadi respirasi aerob terhambat pada sesuatu hal, maka hewan dan

tumbuhan tersebut melangsungkan proses fermentasi yaitu proses pembebasan energi tanpa

adanya oksigen, nama lainnya adalah respirasi anaerob. Dari hasil akhir fermentasi, dibedakan

menjadi fermentasi asam laktat/asam susu dan fermentasi alkohol.

Contoh :

Fermentasi pada Glukosa :

C6H1206 2C2H5OH + 2CO2 + Energi.

(glukosa) (etanol)

Sumber: http://id.shvoong.com/exact-sciences/biology/2200068-metabolisme-sel-

anabolisme-dan-katabolisme/#ixzz2NgNO78iX

http://ervianilestary.blogspot.com/2012/12/proses-metabolisme-pada-bakteri-

anaerob.html

Anabolisme/ Asimilasi/ Sintesis

Anabolisme adalah suatu peristiwa perubahan senyawa sederhana menjadi senyawa

kompleks, nama lain dari anabolisme adalah peristiwa sintesis atau penyusunan. Anabolisme

memerlukan energi, misalnya : energi cahaya untuk fotosintesis energi kimia untuk kemosintesis.

- Fotosintesis

Arti fotosintesis adalah proses penyusunan atau pembentukan dengan menggunakan

energi cahaya atau foton. Sumber energi cahaya alami adalah matahari yang memiliki

spektrum cahaya infra merah (tidak kelihatan), merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila,

ungu dan ultra ungu (tidak kelihatan). Yang digunakan dalam proses fetosintesis adalah

spektrum cahaya tampak, dari ungu sampai merah, infra merah dan ultra ungu tidak

digunakan dalam fotosintesis.

- Kemosintesis

Tidak semua tumbuhan dapat melakukan asimilasi C menggunakan cahaya sebagai

sumber energi. Beberapa macam bakteri yang tidak mempunyai klorofil dapat

mengadakan asimilasi C dengan menggunakan energi yang berasal dan reaksi-reaksi

kimia, misalnya bakteri sulfur, bakteri nitrat, bakteri nitrit, bakteri besi dan lain-lain.

Bakteri-bakteri tersebut memperoleh energi dari hasil oksidasi senyawa-senyawa

tertentu. 

Jalur Katabolik

 Jalur metabolisme yang melepaskan energi simpanan dengan cara memecah molekul

kompleks disebut jalur katabolik (Campbell, 2003: 159). Pengertian lain tentang jalur katabolik

adalah membebaskan energi dengan cara merombak molekul-molekul kompleks menjadi

senyawa yang lebih sederhana, proses perombakan ini disebut jalur katabolic.

Jalur katabolik dapat terjadi secara aerob (dengan menggunakan oksigen) dan anaerob

(tanpa menggunakan oksigen). Terdapat tiga tahap utama di dalam katabolisme aerobik, yaitu

makromolekul sel dipecahkan menjadi unit-unit pembangun utamanya (tahap I), produk yang

telah terbentuk pada tahap I selanjutnya diubah menjadi molekul yang lebih sederhana (tahap II),

produk akhir dari tahap II yang berupa asetil KoA selanjutnya memasuki lintas akhir (tahap III).

Pada tahap akhir ini, terjadi oksidasi nutrien, menghasilkan karbon dioksida, air dan amonia

sebagai produk akhirnya. 

http://epta86.blogspot.com/2009/07/bab-i-pendahuluan.html

Fermentasi dan Respirasi

Fermentasi dan respirasi merupakan jalur katabolik penghasil energi sebagai proses

bioenergi. Senyawa organik menyimpan energi dalam susunan atomnya. Dengan bantuan enzim,

molekul organik kompleks yang kaya energi potensial dirombak menjadi produk limbah yang

berenergi lebih rendah.Walaupun seluruh mikroorganisme heterotrof secara pasti mendapatkan

energi mereka dari reaksi-reaksi reduksi-oksidasi, jumlah energi yang didapat dan mekanisme

bagaimana mereka melakukan ekstraksi bervariasi. Dua mekanisme yang dapat diterapkan yaitu

fermentasi dan respirasi.

Fermentasi merupakan perombakan parsial gula yang terjadi tanpa bantuan oksigen.

Dalam fermentasi, elektron-elektron dialirkan dari penyumbang electron kepada penerima

elektron, sementara suatu perantara terbentuk dalam pemecahan molekul substrat, yang

merupakan perantara organik dalam beberapa proses fermentasi lainnya. Fermentasi

menghasilkan akumulasi campuran produk-produk akhir, beberapa lebih teroksidasi, dan

beberapa lebih tereduksi dari substratnya. Tingkat oksidasi rata-rata dari produk-produk akhir

dalam fermentasi selalu identik dengan substrat asalnya. Fermentasi dapat berjalan baik secara

anaerob obligat

maupun anaerob fakultatif.

Jalur katabolik yang paling umum dan paling efisien ialah respirasi aerob, dimana

oksigen dikonsumsi sebagai reaktan bersama-sama dengan bahan bakar organik. Respirasi

adalah sebuah proses dimana oksigen molekuler biasanya berperan sebagai penerima elektron

utama. Jika oksigen adalah penerima utama, prosesnya disebut respirasi aerobik yang berbeda

dengan respirasi anaerobik, dimana menggunakan sebuah unsur anorganik seperti nitrat, sulfat,

atau karbonat. Fermentasi merupakan mekanisme yang lebih tidak efisien daripada respirasi

untuk mengekstrasi energi dari molekul substrat. Saat organisme menfermentasi glukosa, hanya

sejumlah kecil energi secara potensial tersedia pada molekul glukosa yang dilepaskan.

Kebanyakan energi itu masih terkunci pada produk reaksi, misalnya laktat. Saat organisme

mengoksidasi glukosa secara sempurna menjadi CO2 dan H2O, semua energi yang tersedia dari

molekul glukosa dilepaskan :

Diantara mikroba / mikroorganisme yang melakukan respirasi aerob terdapat aerob

obligat dan anaerob fakultatif. Sebagai tambahan, beberapa dari anaerob fakultatif dapat juga

mempergunakan nitrat sebagai terminal penerima elektronnya. Organisme yang menggunakan

sulfat atau karbonat sebagai penerima-penerima elektron pada respirasi anaerob bagaimanapun

adalah sebagai anaerob obligat. Salah satu contoh jasad renik yang respirasi anaerob dengan zat

anorganik ( NO3- , SO4

2- )

sebagai aseptor elektron adalah Thiobacillus denitrificans :

S SO42-

NO3- N2

file.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR.../REV._BAB_5.pdf

http://perpustakaancyber.blogspot.com/2013/02/metabolisme-mikroba-fermentasi-pembentukan-

ATP-ADP-fotosintesis-siklus-asam-trikarboksilat.html

Produksi Energi dalam Mikroorganisme aerobik

Produksi energi dari respirasi sel secara aerob adalah Fosforilasi Oksidatif. Proses ini

merupakan rangkaian transfer energi dari electron dan proton yang terikat pada NADH dan

FADH hasil reaksi glikolisis dan siklus krebs. Proses ini dikenal sebagai Electron Transport

System (ETS). Respirasi aerob merupakan proses respirasi yang membutuhkan udara terutama

oksigen. Secara garis besar, proses tersebut dibagi dalam 4 tahap, sebagai berikut,

1. Glikolisis

2. Dekarboksilasi Oksidatif

3. Siklus Krebs

4. Rantai Transport Elektron 

a. Glikolisis

Proses yang berlangsung di luar mitokondria dan secara anaerob. Dalam proses ini terjadi

pengubahan 1 molekul glukosa (6 C) menjadi 2 asam piruvat (3 C). Dalam proses glikolisis

dihasilkan 2 asam piruvat, 2 ATP, dan 2 NADH.

b. Dekarboksilasi Oksidatif

Dekarboksilasi oksidatif merupakan reaksi antara yaitu antara glikolisis dengan siklus

krebs. Dalam proses ini terjadi perubahan dari 2 asam piruvat (3 C) menjadi 2 asetil Ko Enzim A

(2 C). Hasil dari proses ini adalah 2 asetil Ko Enzim A, dan 2 NADH.

c. Siklus Krebs atau Asam Sitrat

Siklus Krebs terjadi di mitokondira. Dalam proses ini terjadi perubaha dari 2 asetil ko

enzim A menjadi 2 CO2.. Proses ini berlangsung secara aerob. Hasil dari proses ini adalah 2

CO2, 2 FADH, dan 6 NADH, 2ATP.

d. Rantai Tansport Elektron

Pada proses ini terjadi penerjemahan elektron berenergi tinggi. Pada proses ini dihasilkan

H2O dan terjadi konversi energi dengan rumus

1 NADH : 3 ATP

1 FADH : 2 ATP

Sehingga:

Proses Glikolisis → 2ATP, 2NADH = 8 ATP

Proses Dekarboksilasi Oksidatif → 2NADH = 6 ATP

Proses Siklus Krebs → 2FADH, 6NADH, 2ATP = 24 ATP

Jumlah = 38 ATP

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, A. 2009. http://epta86.blogspot.com/2009/07/bab-i-pendahuluan.html

Anonim, A. 2012. : http://perpustakaan.or.id/2012/10/04/metabolisme-katabolisme-dan- anabolisme/

Anonim, A. 2012. http://ervianilestary.blogspot.com/2012/12/proses-metabolisme-pada-bakteri-anaerob.html

Anonim, A. 2013. http://perpustakaancyber.blogspot.com/2013/02/metabolisme-mikroba-fermentasi-pembentukan-ATP-ADP-fotosintesis-siklus-asam-trikarboksilat.html

Anonim, A. : http://id.shvoong.com/exact-sciences/biology/2200068-metabolisme-sel-anabolisme-dan-katabolisme/#ixzz2NgNO78iX

Anonim, A. http://file.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._BIOLOGI/196805091994031-KUSNADI/BUKU_COMMON_TEXT_MIKROBIOLOGI,_Kusnadi,dkk/REV._BAB_5.pdf