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.
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..
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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
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:
Karbondioksida
+ air + energi cahaya → karbohidrat + oksigen + air.
Seringkali 2n molekul air dibatalkan pada kedua pihak,
sehingga menghasilkan:
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 + (AsO33–) +
foton → (AsO43–) + 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 – 35oC.
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
Tidak ada komentar:
Posting Komentar