metabolisme mikroba

METABOLISME MIKROBA

Standar Kompetensi     : Siswa dapat mengetahui dan memahami tentang

                                          metabolisme mikroba.

Kompetensi Dasar         : Siswa mampu menjelaskan dan mengapresiasikan

  tentang  metabolisme mikroba.

A.  Metabolisme Mikroba

Metabolisme adalah reaksi-reaksi kimia yang terjadi di dalam sel. Reaksi kimia ini akan mengubah suatu zat menjadi zat lain. Semua mahkluk hidup mengalami metabolisme, bahkan bakteri pun mengalaminya.

Bakteri adalah organisme mikro dan tidak dapat dilihat dengan mata telanjang. Keberadaan bakteri umumnya bersifat merugikan organisme lainnya yang dikenal dengan istilah phatogen, seperti: Escherichia coli, Vibrio sp, Shalmonella sp dan sebagainya. Bakteri ini banyak ditemukan hampir diseluruh media atau tempat seperti: tanah, udara, air, di tubuh makhluk hidup dan sebagainya.

Menurut cara memperoleh makanannya, bakteri dapat dikelompokkan menjadi bakteri heterotrof dan bakteri autotrof.

1.    Bakteri Heterotrof

Bakteri heterotrof adalah bakteri yang hidup dan memperoleh makanan dari lingkungannya karena tidak dapat membuat makanan sendiri. Bakteri ini dapat hidup secara saprofit dan parasit.

Bakteri saprofit adalah bakteri yang hidup pada jasad yang sudah mati, misalnya, sampah, bangkai, atau kotoran. Bakteri ini sering disebut sebagai bakteri pembersih karena dapat menguraikan sampah-sampah organik sehingga menguntungkan bagi manusia, contohnya,bakteri Eschericia coli yang berperan sebagai pembusuk sisa makanan dalam usus besar dan bakteri Lactobacillus garicus yang berperan dalam pembuatan yogurt.

Bakteri parasit adalah bakteri yang hidup menumpang pada makhluk hidup lain. Bakteri ini biasanya bersifat merugikan makhluk hidup yang ditumpanginya karena dapat menimbulkan penyakit. Contoh penyakit yang disebabkan oleh bakteri ini, antara lain, kolera disebabkan oleh bakteri Vibrio cholerae, TBC disebabkan oleh bakteri Mycobacterium tuberculosis, disentri disebabkan oleh bakteri Shigella dysenterriae, sifilis disebabkan oleh bakteri Treponema pallidum, dan radang paruparu (pneumoniae) disebabkan oleh bakteri Diplococcus pneumoniae. Penularan penyakit yang disebabkan oleh bakteri dapat melalui makanan, minuman, pernapasan, ataupun kontak langsung dengan penderita, baik secara langsung maupun tidak langsung.

Berdasarkan asal energi yang digunakan, bakteri heterotrof dapat dibedakan menjadi dua, yaitu bakteri yang bersifat fotoheterotrof dan bakteri yang bersifat kemoheterotrof. Bakteri fotoheterotrof adalah bakteri yang sumber energinya berasal dari cahaya matahari, dan sumber karbonny berasal dari bahan-bahan kimia organik seperti lignin, monomer, dan komponen-komponen organik lainnya. Sedangkan bakteri kemoheterotrof, baik sumber energy maupun sumber karbonnya berasal dari komponen-komponen organik.

2.    Bakteri Autotrof

Bakteri autotrof adalah bakteri yang dapat membuat makanannya sendiri. Berdasarkan asal energi yang digunakan, bakteri autotrof dapat dibedakan menjadi dua, yaitu bakteri yang bersifat kemoautotrof dan bakteri yang bersifat fotoatotrof. Bakteri kemoautotrof adalah bakteri yang membuat makanannya dengan bantuan energi yang berasal dari reaksi-reaksi kimia, misalnya, proses oksidasi senyawa tertentu, serta sumber karbon dari CO2. Contohnya, bakteri nitrit dengan mengoksidkan NH3, bakteri nitrat dengan mengoksidkan HNO2, bakteri belerang dengan mengoksidkan senyawa belerang, Nitosococcus, dan Nitrobacter. Bakteri fotoautotrof adalah bakteri yang membuat makanannya dengan bantuan energi yang berasal dari cahaya matahari, dan sumber karbon yang berasal dari CO2. Bakteri ini adalah bakteri yang mengandung zat warna hijau sehingga dapat melakukan fotosintesis, seperti tumbuhan hijau. Contohnya bakteri-bakteri yang mempunyai zat warna, antara lain, dari golongan Thiorhodaceae (bakteri belerang berzat warna).

Berdasarkan kebutuhan akan oksigen, respirasi internal bakteri dibagi menjadi respirasi aerobik (memerlukan oksigen) dengan tiga tahap yaitu glikolisis, siklus  Krebs, dan transpor elektron serta respirasi anaerobik (tidak membutuhkan oksigen) yang  menghasilkan fermentasi alkohol, asam laktat, atau asam sitrat.

a.    Bakteri Aerob

Bakteri aerob adalah bakteri yang hidupnya memerlukan oksigen bebas. Bakteri yang hidup secara aerob dapat memecah gula menjadi air, CO2, dan energy berupa ATP, NADH, FADH, dan sebagainya. Bakteri aerob secara obligat adalah bakteri yang mutlak memerlukan oksigen bebas dalam hidupnya, misalnya, bakteri Nitrosomonas.

b.    Bakteri Anaerob

Bakteri anaerob adalah bakteri yang dapat hidup tanpa oksigen bebas, misalnya, bakteri asam susu, bakteri Lactobacillus bulgaricus, dan Clostridium tetani. Metabolisme bakteri anaerob akan menghasilkan produk-produk fermentasi seperti asam, alcohol, CO2 dan sebagainya. Jika bakteri tersebut dapat hidup tanpa kebutuhan oksigen secara mutlak atau dapat hidup tanpa adanya oksigen, bakteri itu disebut bakteri anaerob fakultatif.

B.    Katabolisme dan Anabolisme

1.    Pengertian

Anabolisme:

Pembentukan senyawa  yang memerlukan energi  (Rekasi endergonik):

FOTOSINTESIS: MEMBENTUK C₆G₁₂O₅ DARI CO₂ DAN H₂O

Katabolisme:

Penguraian senyawa yang menghasilkan energi (Reaksi eksergonik):

Respirasi Menguraikan Karbohidrat Menjadi Asam Piruvat Dan Energi

2.   Metabolisme sebagai produksi sumber energi bagi kehidupan.

Mengapa mikroba memerlukan energy?

•       Synthesa bagian sel (dinding sel, membran sel, dan substansi sel lainnya)

•       Synthesis Enzim, Asam Nukleat, Polysakarida, Phospholipids, atau komponen sel lainnya

•       Mempertahankan kondisi sel (optimal) dan memperbaiki bagian sel yang rusak

•       Pertumbuhan dan Perbanyakan

•       Penyerapan hara dan ekskresi senyawa yang tidak diperlukan atau waste products

•       Pergerakan (Motilitas)

3.   Senyawa Pembawa Energi, ATP dan ADP.

·      Komponen kimia berenergi tinggi:

Adenosin Diphosphate (ADP) dan Adenosine Triphosphate (ATP) yang dibentuk dari Adenosine Monophosphate

·      ADP adalah  AMP ~ P  dan  ATP adalah AMP ~ P~ P

·      Energi kimia juga dapat disimpan dalam komponen dengan ikatan thioester seperti  Acetyl-S-Coenzym A (Acetyl SCoA).

C.    Pengertian Enzim

Enzim merupakan substansi yang ada dalam sel dalam jumlah yang amat kecil dan mampu menyebabkan terjadinya perubahan-perubahan yang berkaitan dengan proses-proses seluler dan kehidupan. Nama lain dari enzim adalah fermen; nama enzim berasal dari bahasa Yunani yang berarti “dalam ragi”.

Struktur Enzim

     Keseluruhan bagian enzim yang disebut holoenzim tersusun atas dua komponen utama, yaitu komponen protein (apoenzim) dan komponen nonprotein (gugus prostetik). Fungsi enzim sangat ditentukan oleh gugus apoenzimnya karena pada bagian tertentu merupakan tempat melekatnya substrat dan sekaligus tempat mereksikan substrat. Bagian pada gugus protein yang berfungsi sebagai pusat katalitik enzim disebut sisi aktif. Komponen nonprotein (gugus prostetik) dibedakan menjadi gugus kofaktor dan koenzim. Gugus kofaktor tersusun atas zat anorganik yang umumnya berupa logam, misalnya Cu, Fe, Mn, Zn, Ca, K dan Co. Gugus koenzim merupakan senyawa organik nonprotein yang tidak melekat erat pada bagian protein enzim, contohnya NAD, NADP dan koenzim A.

Gambar Struktur Enzim

Ada dua tipe enzim, yaitu eksoenzim atau enzim ekstraseluler atau enzim di luar sel dan endoenzim atau enzim intraseluler atau enzim di dalam sel. Fungsi utama dari eksoenzim adalah melangsungkan perubahan-perubahan pada nutrien di sekitarnya sehingga memungkinkan nutrien tersebut memasuli sel; dengan mengambil zat makanan yang ada di sekeliling sel. Misalnya, enzim amilase menguraikan zat pati menjadi unit-unit gula yang lebih kecil. Sedangkan fungsi endoenzim untuk mensintesis bahan seluler dan menguraikan nutrien untuk menyediakan energi yang dibutuhkan oleh sel, misalnya heksokinase mengkatalisis fosforilase glukosa dan heksosa (senyawa-senyawa gula sederhana) di dalam sel.

SIFAT ENZIM

Sebagai molekul zat yang mempunyai peranan besar dalam metabolisme, enzim memiliki beberapa sifat penting, di antaranya sebagai berikut:

1)        Enzim adalah Suatu Protein                                                                                        Ini terbukti karena enzim di dalam larutan membentuk suatu koloid. Keadaan ini akan memungkinkan luasnya permukaan enzim sehingga bidang aktivitasnya juga besar.

2)        Bekerja Secara Khusus (Spesifik)   
Enzim tertentu hanya dapat mempengaruhi reaksi tertentu dan tidak dapat mempengaruhi reaksi lainnya.

3)        Enzim sebagai Katalisator

Artinya sebagai zat yang mampu mempercepat reaksi kimia, tetapi enzim tidak ikut bereaksi.

4)        Dapat digunakan Berulang Kali     
Enzim dapat digunakan berulang kali karena enzim tidak berubah pada saat terjadi reaksi..

5)        Rusak oleh Panas      
Enzim adalah suatu protein yang dapat rusak oleh panas disebut denaturasi. Kebanyakan enzim rusak pada suhu di atas 50°C.

6)        Dapat Bekerja Bolak-Balik  
Umumnya enzim dapat bekerja secara bolak-balik. Artinya, suatu enzim dapat bekerja menguraikan suatu senyawa menjadi senyawa-senyawa lain dan sebaliknya dapat pula bekerja menyusun senyawa-senyawa itu menjadi senyawa semula. Pada tumbuhan, proses fotosintesis menghasilkan glukosa. Apabila glukosa yang dihasilkan dalam jumlah banyak, maka glukosa tersebut diubah dan disimpan dalam bentuk pati. Pada saat diperlukan, misalnya untuk pertumbuhan, pati yang disimpan sebagai cadangan makanan tersebut diubah kembali menjadi glukosa.

MEKANISME KERJA ENZIM

Reaksi enzimatis akan berlangsung apabila substrat tersedia dan bagian sisi aktif enzim dalam keadaan kosong. Substrat akan memasuki bagian sisi aktif enzim dan bagian sisi aktif tersebut akan mengalami perubahan bentuk dengan mengelilingi substrat. Kemudian terbentuklah ikatan lemah enzim-substrat. Di dalam sisi aktif, substrat akan diubah menjadi produk, selanjutbya akan dilepaskan dari enzim. Begitu seterusnya sampai bagian sisi aktif tersebut dapat ditempati oleh substrat yang lain.

Enzim dapat bekerja dengan beberapa cara:  

1.      Menurunkan energi aktivasi dengan menciptakan suatu lingkungan yang mana keadaan transisi terstabilisasi. Contohnya mengubah bentuk substrat menjadi konformasi keadaan transisi ketika ia terikat dengan enzim.

2.      Menurunkan energi dalam keadaan transisi tanpa mengubah bentuk substrat dengan menciptakan lingkungan yang memiliki distribusi muatan yang berlawanan dengan keadaan transisi.

3.      Menyediakan lintasan reaksi alternatif. Contohnya bereaksi dengan substrat sementara waktu untuk membentuk kompleks enzim-substrat antara.

4.      Menurunkan perubahan entropi reaksi dengan menggiring substrat bersama pada orientasi yang tepat untuk bereaksi. Menariknya, efek entropi ini melibatkan destabilisasi keadaan dasar dan kontribusinya terhadap katalis relatif kecil.  

Mekanisme kerja enzim dapat dijelaskan dengan dua hipotesis, yaitu hipotesis gembok dan anak kunci dan hipotesis kecocokan yang terinduksi.

a.         Hipotesis Gembok dan Anak Kunci (Lock and Key)

Menurut hipotesis yang dikemukakan oleh Emil Fischer, bagian sisi aktif enzim mempunyai bentuk spesifik dan tidak fleksibel. Suatu enzim hanya dapat ditempati oleh substrat tertentu saja. Enzim dan substrat bergabung bersama membentuk kompleks, seperti kunci yang masuk dalam gembok. Di dalam kompleks, substrat dapat bereaksi dengan energi aktivasi yang rendah. Setelah bereaksi, kompleks lepas dan melepaskan produk serta membebaskan enzim.

 

Gambar Hipotesis Gembok dan Anak Kunci (Lock and Key)

b.        Hipotesis Induced Fit

Menurut hipotesis ini, bagian sisi aktif enzim bersifat fleksibel terhadap substrat yang masuk. Apabila ada substrat yang masuk ke bagian sisi aktif, maka bagian ini akan mengalami perubahan bentuk mengikuti substrat. Ketika produk sudah terlepas dari kompleks, selanjutnya enzim tidak aktif menjadi bentuk yang lepas. Sehingga, substrat yang lain kembali bereaksi dengan enzim tersebut.

FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KERJA ENZIM

Faktor-faktor yang berpengaruh pada kerja enzim adalah suhu, pH, zat penghambat (inhibitor), konsentrasi substrat dan hasil akhir.

1)       Suhu                                                                                                     Peningkatan suhu dapat meningkatkan kecepatan reaksi sampai batas suhu tertentu. Hal ini disebabkan jika molekul bergerak lebih cepat, maka substrat akan berikatan lebih cepat pada sisi aktif. Setelah melewati batas suhu tertentu, enzim akan mengalami denaturasi. Denaturasi adalah perubahan struktur secara kimiawi karena terjadi gangguan pada ikatan hidrogen, ikatan ionik dan ikatan lemah lainnya yang menyebabkan struktur enzim rusak. Jika kenaikan suhu terus terus menerus, maka kemampuan kerja enzim menurun, bahkan berhenti. Demikian pula jika terjadi penurunan suhu, maka enzim tidak bisa bekerja karena menjadi tidak aktif pada suhu rendah (0°C atau di bawahnya), tetapi tidak rusak. Jika suhunya kembali normal enzim mampu bekerja kembali. Setiap enzim mempunyai suhu optimum tertentu, yaitu suhu yang paling baik untuk melangsungkan reaksi secara maksimal. Enzim bekerja optimal pada suhu 30°C atau pada suhu tubuh.

Gambar Faktor Suhu yang Mempengaruhi Kerja Enzim

2)        pH (Derajat Keasaman)          
Enzim bekerja optimal pada pH tertentu, umumnya pada pH netral. Pada kondisi asam atau basa, kerja enzim terhambat. Agar enzim dapat bekerja secara maksimal, pada penelitian/percobaan yang menggunakan enzim, kondisi pH larutan dijaga agar tidak berubah, yaitu dengan menggunakan larutan penyangga (buffer).

3)        Zat Penghambat (Inhibitor)    
Zat yang dapat menghambat kerja enzim disebut inhibitor. Inhibitor merupakan senyawa kimia yang bersifat menghambat kerja enzim. Zat tersebut memiliki struktur seperti enzim yang dapat masuk ke substrat atau ada yang memiliki struktur seperti substrat sehingga enzim salah masuk ke penghambat tersebut. Hambatan enzim dapat dikelompokkan ke dalam tipe reversible (dapat balik) dan non-reversible (tidak dapat balik). Inhibitor reversibel adalah zat penghambat yang tidak berkaitan secara kuat dengan enzim, sedangkan inhibitor irreversible merupakan penghambat yang berkaitan dengan sisi aktif enzim secara kuat sehingga tidak dapat terlepas. Hambatan reversible dibagi menjadi inhibitor kompetitif dan non kompetitif. Inhibitor kompetitif merupakan senyawa kimia yang menyerupai substrat yang dapat bereaksi dengan sisi aktif enzim. Jika sisi aktif enzim sudah terisi oleh inhibitor kompetitif, maka substrat tidak dapat berikatan dengan enzim. Untuk mengatasi hal ini, jumlah substrat harus ditingkatkan sehingga substrat mempunyai kesempatan dalam bersaing memperebutkan sisi aktif enzim. Inhibitor nonkompetitif merupakan senyawa kimia yang menghambat kerja enzim dengan cara melekat pada bagian selain sisi aktif. Hal ini menyebabkan terjadinya perubahan bentuk enzim. Akibatnya bagian sisi aktif enzim sulit berikatan dengan substrat dan enzim tidak dapat mengubah substrat menjadi produk.

4)        Konsentrasi Substrat   
Jumlah substrat yang berlebihan dapat menyebabkan penurunan kerja enzim. Biasanya, sel akan menambah jumlah enzim dengan cara melakukan sintesis enzim untuk mengatasi hambatan tersebut.

5)        Hasil akhir       
Kerja enzim dipengaruhi hasil akhir. Hasil akhir yang menumpuk menyebabkan enzim sulit “bertemu’ dengan substrat. Semakin menumpuk hasil akhir, semakin lambat kerja enzim.

PENGENDALIAN ENZIM           

Enzim bekerja secara serentak dan terkoordinasi sehingga semua kegiatan kimiawi dalam sel menjadi saling terpadu. Salah satu akibatnya yang jelas adalah sel hidup membutuhkan dan menguraikan bahan-bahan yang dibutuhkan bagi metabolisme dan pertumbuhan normal. Hal ini mengisyaratkan adanya mekanisme pengendalian metabolisme selular yang tepat yang pada akhirnya menyangkut pengendalian kegiatan enzim. Aktivitas enzim dapat diatur melalui 2 cara, yaitu pengendalian katalis secara langsung dan pengendalian genetik. 

Pengendalian langsung mekanisme katalitik itu terjadi dengan mengubah konsentrasi substrat atau reaktan. Artinya, jika konsentrasi substrat bertambah, maka laju reaksi meningkat sampai tercapai suatu nilai pembatas dan jika produk menumpuk maka laju reaksi menurun. 

Pangendalian langsung melalui penggandengan dengan proses-proses lain, maksudnya adalah pengaturan oleh ligan (molekul yang dapat terikat pada enzim) yang tidak ikut berperan dalam proses katalitik itu sendiri. Ada berbagai macam pengendalian seperti itu, diantaranya: 

1.      Hambatan arus balik, ligan pengaturnya adalah produk akhir suatu lintasan metabolik yang dapat menghentikan sintesisnya sendiri dengan cara menghambat aktivitas salah satu enzim pada awal lintasan biosintetiknya.

2.      Aktivasi prekursor, ligan pengaturnya merupakan prekursor pertama suatu lintasan.

3.      Pengendalian yang berkaitan dengan energi, ligan pengaturnya adalah reaksi-reaksi yang berkaitan dengan energi .

4.      Sifat-sifat pengikatan enzim pengatur, tidak semua enzim merupakan enzim pengatur yang aktivitasnya dapat dikendalikan secara langsung. Enzim tersebut dapat dipengaruhi oleh metabolit pengatur. Enzim pengatur disebut enzim alosterik. Enzim yang berperan pada waktu sel beradaptasi pada lingkungan yang berubah dalah induksi dan represi enzim. 

Pengendalian genetis memiliki dua proses, yaitu induksi dan represi enzim. Untuk terjadinya sintesis enzim dibutuhkan suatu induser, yaitu substansi berberat molekul rendah dan bisa berupa substrat atau senyawa dari reaksi yang dikatalis oleh enzim yang bersangkuatan, prosesnya disebut induksi. Bila substansi berberat molekul rendah baik produk ataupun senyawa yang sekerabat bagi reaksi yang bersangkutan, berlaku sebagai korepressor dengan cara mencegah sintesis enzim tersebut, disebut represi.

D.    Fotosintesis Antara Mikroorganisme dan Tumbuhan

1.      Fotosintesis pada tumbuhan

Tumbuhan bersifat autotrof. Autotrof artinya dapat mensintesis makanan langsung dari senyawa anorganik. Tumbuhan menggunakan karbon dioksida dan air untuk menghasilkan gula dan oksigen yang diperlukan sebagai makanannya. Energi untuk menjalankan proses ini berasal dari fotosintesis. Berikut ini adalah persamaan reaksi fotosintesis yang menghasilkan glukosa:

6H₂O + 6CO₂ + cahaya → C₆H₁₂O₆ (glukosa) + 6O₂

Glukosa dapat digunakan untuk membentuk senyawa organik lain seperti selulosa dan dapat pula digunakan sebagai bahan bakar. Proses ini berlangsung melalui respirasi seluler yang terjadi baik pada hewan maupun tumbuhan. Secara umum reaksi yang terjadi pada respirasi seluler berkebalikan dengan persamaan di atas. Pada respirasi, gula (glukosa) dan senyawa lain akan bereaksi dengan oksigen untuk menghasilkan karbon dioksida, air, dan energi kimia.

 Tumbuhan menangkap cahaya menggunakan pigmen yang disebut klorofil. Pigmen inilah yang memberi warna hijau pada tumbuhan. Klorofil terdapat dalam organel yang disebut kloroplas. klorofil menyerap cahaya yang akan digunakan dalam fotosintesis. Meskipun seluruh bagian tubuh tumbuhan yang berwarna hijau mengandung kloroplas, namun sebagian besar energi dihasilkan di daun. Di dalam daun terdapat lapisan sel yang disebut mesofil yang mengandung setengah juta kloroplas setiap milimeter perseginya. Cahaya akan melewati lapisan epidermis tanpa warna dan yang transparan, menuju mesofil, tempat terjadinya sebagian besar proses fotosintesis. Permukaan daun biasanya dilapisi oleh kutikula dari lilin yang bersifat anti air untuk mencegah terjadinya penyerapan sinar Matahari ataupun penguapan air yang berlebihan.

2.      Fotosintesis pada alga dan bakteri

Alga terdiri dari alga multiseluler seperti ganggang hingga alga mikroskopik yang hanya terdiri dari satu sel. Meskipun alga tidak memiliki struktur sekompleks tumbuhan darat, fotosintesis pada keduanya terjadi dengan cara yang sama. Hanya saja karena alga memiliki berbagai jenis pigmen dalam kloroplasnya, maka panjang gelombang cahaya yang diserapnya pun lebih bervariasi. Semua alga menghasilkan oksigen dan kebanyakan bersifat autotrof. Hanya sebagian kecil saja yang bersifat heterotrof yang berarti bergantung pada materi yang dihasilkan oleh organisme lain.

Persamaan umum untuk fotosintesis

2n CO₂ + 2n DH₂ + foton → 2(CH₂O)_n + 2n DO

Karbondioksida + donor elektron + energi cahaya → karbohidrat + donor elektron teroksidasi. Pada fotosintesis oksigen air adalah donor elektron dan, karena merupakan hidrolisis melepaskan oksigen, persamaan untuk proses ini adalah:

2n CO₂ + 4n H₂O + foton → 2(CH₂O)_n + 2n O₂ + 2n H₂O

Karbondioksida + air + energi cahaya → karbohidrat + oksigen + air.

Seringkali 2n molekul air dibatalkan pada kedua pihak, sehingga menghasilkan:

2n CO₂ + 2n H₂O + foton → 2(CH₂O)_n + 2n O₂

Karbondioksida + air + energi cahaya → karbohidrat + oksigen

Proses lainnya menggantikan senyawa lainnya (Seperti arsenit) dengan air pada peran suplai-elektron; mikroba menggunakan cahaya matahari untuk mengoksidasi arsenit menjadi arsenat: Persamaan untuk reaksinya adalah sebagai berikut:

CO₂ + (AsO₃^3–) + foton → (AsO₄^3–) + CO

Karbondioksida + arsenit + energi cahaya → arsenat + karbonmonoksida (digunakan untuk membuat senyawa lainnya dalam reaksi berikutnya)

Ø  Produksi energi melalui fotosintesis

Tumbuhan, alga, dan sianobakteri adalah fotoautotrof. Mereka menggunakan cahaya sebagai sumber energinya dan karbon dioksida ebagai sumber karbon satu-satunya. Supaya karbon dioksida dapat berguna bagi metabolisme, maka pertama-tama harus direduksi menjadi karbohidrat. Porses ini. Yang menggunakan cahaya untuk mengubah karbon dioksida menjadi karbohidrat diebut fotointesis. Dengan reaksinya

2H₂O + CO₂ → (CH₂O)_x + O₂ + H₂O

CH₂O)_x  adalah rumus bagi karbohidrat mana saja.

Porses ini mempunyai dua persyaratan penting yaitu : (1) sejumlah besar energi dalam bentuk ATP dan (2) sejumlah besar reduktan kimiawi dalam hal ini air.

Beberapa kelompok bakteri yaitubakteri fotoautotrofik hijau dan ungu juga dicirikan menurut kesanggupanya untuk melakukan fotosintesis. Tetapi lain halnya dengan tumbuhan, alga dan sainobakteri, bakteri- bakteri ini tidak menggunakan air sebagi reduktan kimiawinya dan juga tidak menghasilkan oksigen sebagi salah satu produk akhir fotointeisnya. Persamaan umum bagi fotosintesis bakterial adalah:

            2H₂A + CO₂ → (CH₂O)_x + 2A + H₂O

Di sini H₂A menyatakan reduktan kimiawi, seperti senyawa anorganik H₂, H₂S atau H₂S₂O₂ atau senyawa organik laktat atau suksinat. Bila H₂A dalam persamaan ini adalah H₂S maka A adalah S. Kedua persamaan tersebut di atas menyatakan hasil keseluruhan fotosintesis.

E.     Respirasi Bakteri

Respirasi didefinisikan sebagai penggunaan rantai angkut electron untuk mengantarkan electron ke penerima electron anorganik akhir. energi diperoleh melalui fosforilasi oksidatif tetapi prosesnya dapat menggunakan oksigen sebagai penerima electron terakhir (respirasi aerob) atau senyama anargonik lainnya (respirasi anaerob) (wheelr,1993:103).

Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Pertumbuhan Bakteri, yaitu :

a.    Temperatur, umumnya bakteri tumbuh baik pada suhu antara 25 – 35^oC.

b.    Kelembaban, lingkungan lembab dan tingginya kadar air sangat menguntungkan untuk pertumbuhan bakteri

c.    Sinar Matahari, sinar ultraviolet yang terkandung dalam sinar matahari dapat mematikan bakteri.

d.   Zat kimia, antibiotik, logam berat dan senyawa-senyawa kimia tertentu dapat menghambat bahkan mematikan bakteri (Anonymous,2005).

1.      Respirasi Aerob

Banyak organisme dapat menggunakan oksigen sebagai penerima hydrogen terakhir, dalam hal demikian, tidak perlu mereduksi hasil antara seperti halnya pada fermentasi sebagai akibat, hasil antara semacam itu dapat dioksidasi secara sempurna menjadi CO2 Dan H2O. Hal ini merupakan keuntungan luar biasa bagi organisme itu karena banyaknya energi yang tersedia dari oksidasi sempurna molekul glukosa lebih besar dari pada energi yang diperoleh dari fermentasi glukosa. Hal ini terjadi karena jalan bertahap setiap pasangan electron dari NADH ke oksigen melalui serangkaian pengangkutan tiga molekul ATP (wheelr,1993:103).

2.        Respirasi Anaerob

Ada kelompok organisme terakhir yang terpisahkan karena organisme ini bukan pula fermetatif. Bakteri ini adalah anaerob obligat, tetapi, bukannya menggunakan hasil antara mtabolismenya, organisme tersebut menggunakan ion-ion anorganik sebagai penerima electron terakhir. organize semacam ini dapat dibagi lagi menjadi tiga tipe: pereduksi netrat , pereduksi sulfat, pereduksi metan (Suriawiria, 1986: 47).

Reaksi respirasi merupakan reaksi katabolisme yang memecah molekul-molekul gula menjadi molekul anorganik berupa CO2 dan H2O. Tujuan respirasi adalah untuk mendapatkan energi melalui proses glikolisis. Kemudian glukosa fosfat akan dipecah menjadi piruvat dan masuk ke dalam siklus Krebs. Selama glikolisis berlangsung dan dalam siklus Krebs akan dihasilkan gas CO2 yang akan dikeluarkan dari dalam sel. Gas tersebut dengan berdifusi akan terkumpul dalam rongga-rongga antarsel dan bila tekanan telah cukup akan keluar dari jaringan. C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O glukosa oksigen karbon dioksida air

Respirasi seluler adalah proses perombakan molekul organik kompleks yang kaya akan energi potensial menjadi produk limbah yang berenergi lebih rendah pada tingkat seluler. Pada respirasi sel, oksigen terlibat sebagai reaktan bersama dengan bahan bakar organik dan akan menghasilkan air, karbon dioksida, serta produk energi utamanya ATP. ATP (adenosin trifosfat) memiliki energi untuk aktivitas sel seperti melakukan sintesis biomolekul dari molekul pemula yang lebih kecil, menjalankan kerja mekanik seperti pada kontraksi otot, dan mengangkut biomolekul atau ion melalui membran menuju daerah berkonsentrasi lebih tinggi. Secara garis besar, respirasi sel melibatkan proses-proses yang disebut glikolisis, siklus Krebs atau siklus asam sitrat, dan rantai transpor elektron.

Rantai transpor elektron menerima elektron dari produk hasil perombakan glikolisis dan siklus Krebs dan mentransfer elektron dari satu molekul ke molekul lain. Energi yang dilepaskan dari setiap pelepasan elektron tersebut digunakan untuk membuat ATP.

Ø  Faktor yang mempengaruhi respirasi

Faktor-faktor yang mempengaruhi respirasi dapat di bedakan menjadi dua bagian yakni faktor internal dan internal, diantaranya :

a.         Jumlah plasma dalam sel. Jaringan-jaringan meristematis muda yang mana sel-selnya masih penuh dengan plasma biasanya mempunyai kecepatan respirasi yang lebih besar dari pada jaringan-jaringan yang lebih tua dimana jumlah plasmanya sudah lebih sedikit.

b.         Struktur fisikokimia dari protoplasma, misalnya tentang sifat hidratasi dari protoplasma.

c.         Banyaknya enzim-enzim respirasi yang ada dalam plasma

d.        Jumlah substrat respirasi dalam sel

Ø  Respirasi Selular

Tahap metabolisme energi berikutnya akan berlangsung pada kondisi aerobik dengan mengunakan bantuan oksigen (O2). Bila oksigen tidak tersedia maka molekul piruvat hasil proses glikolisis akan terkonversi menjadi asam laktat, dengan kata lain sama dengan kondisi an aerobik. Dalam kondisi aerobik, piruvat hasil proses glikolisis akan teroksidasi menjadi produk akhir berupa H2O dan C2O di dalam tahapan proses yang dinamakan respirasi selular. Proses respirasi selular ini terbagi menjadi 3 tahap utama yaitu produksi Acetyl-CoA, proses oksidasi Acetyl-CoA dalam siklus asam sitrat (Citric-Acid  Cycle) serta Rantai Transpor Elektron (Electron Transfer Chain/Oxidative Phosphorylation).

Tahap kedua dari proses respirasi selular yaitu Siklus Asam Sitrat merupakan pusat bagi seluruh aktivitas metabolisme tubuh. Siklus ini tidak hanya digunakan untuk memproses karbohidrat namun juga digunakan untuk memproses molekul lain seperti protein dan juga lemak. Siklus Asam Sitrat (Citric Acid Cycle) berfungsi sebagai pusat metabolisme tubuh.

Ø  Respirasi Aerob

Proses respirasi disebut aerob karena dibutuhkan oksigen sebagai akseptor elektron, selain itu disebut respirasi anaerob atau fermentasi. Respirasi aerob terdapat 4 tahap utama yaitu Glikolisis, Dekarboksilasi Oksidatif, Siklus Krebs dan Transpor Elektron.

Ø  Respirasi anaerob pada beberapa bakteri

Sebagian bakteri yang biasanya bersifat aerobik dapat tumbuh secara anaerobik bila da nitrat. Mislanya Spirillum itersonii, sejenis bakteri akuatik, bergantung pada oksigen kecuali bila kalium nitrat ditambahakan kedalam medium. Pada hakekatnya nitrat menggantikan oksigen sebagai penerima terakhir elektron dalam rantai respirasi. Proses ini disebut respirasi anaerobik. Lintasan-lintasan yang dipergunakan untuk disimilasi sumber-sumber karbon dan energi adalah sama dengan dipergunakan dalam respirasi aerobik, dan angkutan elektron berlangsung melalui rantai respirasi serupa seperti pada sel-sel aerobik.

Ø  Respirasi Anaerob dan Fermentasi

Jika tak ada oksigen, sel tidak memliki akseptor elektron alternatif untuk memproduksi ATP, sehingga terpaksa elektron yang didapatkan dari glikolisis diangkut oleh senyawa organik, proses ini disebut fermentasi. Fermentasi alkohol dilakukan oleh ragi dengan cara melepaskan gugus Co2 dari piruvat melalui dekarboksilasi dan menghasilkan molekul 2 karbon, asetaldehida. Asetaldehida kemudia menerima elektron dari NADH sehingga berubah menjadi etanol. Fermentasi alkohol dilakukan oleh tumbuhan.

Fermentasi asam laktat dilakukan oleh sel hewan dengan cara mentransfer elektron dari NADH kembali ke piruvat sehingga dihasilkan asam laktat yang menyebabkan pegal-pegal. Kondisi aerob dan anaerob berhubungan dengan proses yang berlangsung di dalam dan luar sitoplasma. Proses yang berlangsung di dalam sitoplasma atau dalam substrat disebut Substat Level Phosphorilation, sedangkan proses yang berlangsung di luar sitoplasma Oxidative Phosphorilation.

LEMBAR KEGIATAN MAHASISWA (LKM) MIKROBIOLOGI

METABOLISME MIKROBA

Ø Jawablah pertanyaan berikut ini:

1.      Apa yang anda ketahui tentang metabolisme?

2.      Jelaskan  perbedaan  bakteri heterotrof dengan bakteri autrotrof ?

3.      Apa perbedaan bakteri Aerob dengan bakteri Anaerob?

4.      Bagaimana proses fotosintesis pada tumbuhan?

5.      Faktor-faktor apa saja yang dapat mempengaruhi kerja enzim?

EVALUASI

Perintah :       Bagaimana Pendapatmu Tentang Pernyataan Yang Akan DiBahas Dibawah Ini,   Jawablah Jawabanmu Dengan Ya atau Tidak dan berikan alasanmu

Ø  Pernyataan

1.    Apakah semua bakteri bersifat phatogen ?

2.    Bakteri yang membuat makanannya dengan bantuan energi yang berasal dari cahaya matahari disebut kemoautotrof ?

3.    6H₂O + 6CO₂ + Cahaya                      C6H12O6(Glukosa) + 6O2, Merupakan persamaan reaksi dari respirasi ?

4.    Semua bakteri membuat makanannya sendiri untuk keberlangsungan hidupnya ?

5.    Apakah Semua bakteri heterotrof hidup secara parasit ?

Ø  Jawaban

1.      Tidak, Karena bakteri juga ada yang menguntungkan, jadi tidak dikatakan phatogen.

2.      Tidak, karena Bakteri yang membuat makanannya dengan bantuan energi yang berasal dari cahaya matahari disebut fotoautrotof, sedangkan bakteri yang membuat makanannya dengan bantuan energi yang berasal dari reaksi-reaksi kimia disebut kemoautotrof

3.      Tidak,

6H₂O + 6CO₂ + Cahaya                    C₆H₁₂O₆ (Glukosa) + 6O₂

Merupakan persamaan fotosisntesis, dan untuk persamaan reaksi dari respirasi, yaitu :

C₆H₁₂O₆(Glukosa) + 6O₂                   6H₂O + 6CO₂ + Cahaya         

4.      Tidak, Karena bakteri memiliki dua kelompok bedasarkan cara memperoleh makanannya, diantaranya bakteri heterotrof dan bakteri autotrof

5.      Tidak, Karena bakteri heterotrof dapat hidup secara saprofit dan parasit. Bakteri saprofit adalah bakteri yang hidup pada jasad yang sudah mati, misalnya, sampah, bangkai, atau kotoran, sedangkan Bakteri parasit adalah bakteri yang hidup menumpang pada makhluk hidup lain.

DAFTAR PUSTAKA

Lud Waluyo. 2007. Mikrobiologi Umum. Malang: UMM Press.

Michael J. Pelczar, Jr dan E.C.S. Chan. 1986. Dasar-Dasar Mikrobiologi. Jakarta: UI Press.

Tengku. 2012. Anabolisme dan Katabolisme. (Online). http://tengkugiffary.blogspot.com/2012/11/anabolisme-dan-katabolisme-anabolisme.html. Diakses pada tanggal  22 September 2014 Widianingsih. 2009. Enzim. (Online).http://120409-widianingsih.blogspot.com/2009/12/enzim.html. Diakses pada tanggal 22 September 2014

Yulia Windarsih. 2012. Metabolisme Mikroba. (Online). http://www.slideshare.net/yuliaww/makalah-midas-8-metabolisme-mikroba. Diakses pada tanggal 22 September 2014