BAB
I
PENDAHULUAN
Mikroba telah lama dan banyak
dimanfaatkan oleh umat manusia dalam berbagai macam hal, seperti pengolahan
makanan, minuman dan proses pengolahan sebagian obat-obatan, seperti
antibiotik, hormon, dan sebagainya.
Bakteri memproduksi produk-produk yang
diperdagangkan manusia seperti alkohol, yogurth, tempe, nata de coco, dan
sebagainya itu melalui serangkaian reaksi metabolisme panjang.
Maka makalah ini akan membahas
mengenai metabolisme, berbagai proses yang terjadi selama metabolisme.
Bakteri-bakteri yang berjasa dalam terbentuknya produk dari hasil metabolisme.
BAB
II
METABOLISME
MIKROBA
2.1. Definisi
Metabolisme
Metabolisme
adalah keseluruhan proses reaksi enzim dan kimiawi dalam sel. Metabolism dapat
dibedakan menjadi dua yakni metabolism primer dan sekunder. Metabolisme primer
adalah metabolisme yang selalu dilakukan oleh semua organism yang ada di alam.
Sedangkan metabolism sekunder hanya dilakukan oleh organism tertentu dan
menghasilkan zat tertentu pula.
Metablisme primer terdapat dibesar
organisme. Keduanya terlibat menghasilkan energi metabolisme, disebut
katabolisme dan anabolisme. Produk dari metabolisme primer seperti alkohol,
asam amino, asam organik, nukleotida, enzim dan mikroba sel (biomassa).
Sedangkan metabolism sekunder
hanya dilakukan oleh organism tertentu dan menghasilkan zat tertentu pula. Metabolisme
sekunder menghasilkan produk yang beragam dan spesifik seperti alkaloid,
antibiotik, racun dan beberapa pigmen. Metabolit sekunder tertentu dapat
memberikan suatu ekologi keuntungan, sedangkan yang lain tidak memiliki nilai
nyata untuk organisme yang memproduksinya.
2.2. Katabolisme
Katabolisme merupakan reaksi yang
menghasilkan energi dengan memecah molekul kompleks menjadi molekul sederhanan.
Proses ini juga disebut exergonic (menghasilkan
energi) (McKane and Judy Kandel,1950).
Semua sel mikoba memerlukan energi
secara kontinou untuk proses yang terkait terkait dengan pertumbuhan,
transportasi, gerakan dan pemeliharaan. Pada chemoheterotrophic mikroorganisme,
energi organik Sumber yang diperoleh dari lingkungan dan kemudian ditransformasikan
oleh serangkaian enzim yang mengendalikan reaksi dalam jalur metabolik. Katabolisme
menghasilkan generasi
energi
potensial dalam bentuk adenosin 5’-trifosfat (ATP) dan reduksi Koenzim, seperti
nikotinamida adenin dinukleotida (NADH), nicotinamide adenin dinukleotida
fosfat (NADPH) dan flavin adenin dinukleotida (FADH2), dan panas. Mikroorganisme
memiliki keragaman dalam proses metabolisme untuk menghasilkan ATP dan koenzim
tereduksi (Waiter, Michel J. At all, 2001).
2.2.1. Respirasi
Respirasi
merupakan proses terjadinya pembongkaran suatu zat makanan sehingga
menghasilkan energi yang diperlukan oleh mikroorgnisme tersebut. Jika oksigen
yang diperlukan dalam proses respirasi maka disebut respirasi aerob.Ada juga spesies bakteri yang mampu melakukan
respirasi tanpa adanya oksigen, maka peristiwa itu disebut respirasi anaerob (dwidjoseputro D.,1981).
2.2.1.1.
Respirasi aerob
Respirasi aerob
merupakan serangkaian reaksi enzimatis yang mengubah glukosa secara sempurna
menjadi CO2, H2O dan menghasilkan energi. Menurut penyelidikan energi yang
terlepas sebagai hasil pembakaran 1 grammol glukosa adalah 675 Kkal. Dalam respirasi aerob, glukosa dioksidasi oleh oksigen, dan reaksi
kimianya dapat digambarkan sebagai berikut:
C6H12O6 + 6 O2 —-> 6 CO2 + 12 H2O + 675 Kkal
(Dwidjoseputro
D.,1981)
Dalam
kenyataan reaksi yang terjadi tidak sesederhan itu. Banyak tahap reaksi yang
terjadi dari awal hingga terbentuknya energi. Reaksi-reaksi tersebut dibedakan
menjadi tiga tahap yakni glikolisis, siklus kreb (the tricarboxylic acid cycle)
dan tranfer elektron.
I. Glikolisis
Glikolisis
adalah serangkaian reaksi enzimatis yang memecah glukosa (terdiri dari 6 atom
C) menjadi dua
molekul asam piruvat (terdiri dari 3 atom C). Glikolisis
juga menghasilkan ATP dan NADH + H+
(Waiter, Michel J. At all, 2001).
Sebagian besar
mikroorganisme memanfaatkan karbohidrat sebagai sumber karbon dan energi.
Heksosa, gula enam karbon (C6), glukosa adalah lebih dari substrat
untuk sebagian besar mikroorganisme dan sebagian kecil mikroorganisme tidak
bisa mengolahnya. Di alam, glukosa bebas biasanya tidak tersedia, tetapi dapat
diperoleh melalui berbagai rute. Ini berasal dari interkonversi heksosa
lainnya, hidrolisis disakarida, oligosakarida dan polisakarida
dari
lingkungan, atau dari sel penyimpanan material, seperti pati, glikogen dan
trehalosa. Pembentukan energi dari glukosa yang didahului oleh proses fosforilasi
sampai menghasilkan piruvat (C3). Namun, jumlah terbatas ATP yang diproduksi,
yang
dibentuk melalui substrat-tingkat fosforilasi. Maksimum dua molekul ATP yang
dihasilkan untuk setiap satu molekul glukosa teroksidasi. menghasilkan piruvat menempati
posisi penting dalam metabolismedan merupakan titik awal untuk katabolisme
lanjut (McKane and Judy Kandel,1950).
Setiap organisme mempunyai
perbedaan jalur glikolisis yang menjadi kunci pembeda organisme tersebut. Jalur
glikolisis dibagi menjadi empat yakni:
1. Jalur
EMP (The Embden-Mayerhof-Parnas)
Jalur EMP
merupakan jalur yang banyak ditemukan di
semua kelompok organisme, termasuk jamur, yeasts dan bakteri. jalur ini dapat
beroperasi di bawah kondisi anaerobik atau aerobik dan terdiri dari 10
enzim-katalis reaksi terletak di dalam matriks sitoplasma. Kunci pembeda ketiga
jalur lainnya (heksokinase, fosfofruktokinase dan kinase piruvat) yakni reaksi
terjadi secara reversibel. Sedangkan jalur EMP reaksinya yang terjadi yakni
secara irreversible.
Gambar .
Embden-Mayerhof-Parnas
Untuk setiap molekul glukosa
dioksidasi menjadi dua piruvat molekul, keuntungan bersih hanya dua ATP, karena
yang Konsumsi dalam reaksi sebelumnya.
Glucose (C6)
+ 2ADP + 2Pi + 2NAD+ →
2
pyruvate (C3) + 2ATP + 2NADH + 2H+
(Waiter, Michel J. At all, 2001).
2.
Jalur PP (The Pentose Phosphate)
The
fosfat pentosa (PP) atau jalur heksosa jalur monofosfat ditemukan di banyak
bakteri dan sebagian besar organisme eukariotik. Jalur ini seringkali
beroperasi pada waktu yang sama dengan jalur EMP. Dalam ragi, misalnya, 10-20%
glukosa (lebih selama pertumbuhan pesat) yang terdegradasi melalui jalur PP,
dan sisanya katabolisme dari jalur EMP. Jalur PP bisa berfungsi pada kondisi
aerobik atau anaerobik, baik katabolik
maupun anabolik. Jalur ini sangat penting dalam penyediaan NADPH, terutama
untuk digunakan untuk langkah reduktif dalam proses anabolik, intermediet untuk
asam amino aromatik sintesis, terutama erythrose-4-fosfat; pentosa, terutama
ribosa untuk biosintesis asam nukleat, dan biosintesis intermediet lainya. Gula
pentosa seperti xylose juga dapat dikatabolisme melalui jalur ini.
Gambar
jalur PP ( the phentose phosphat )
Jalur PP merupakan
siklus dan seperti semua jalur glycolytic,
enzim ini berada di matrik sitoplasma. Ini dimulai dengan oksidasi dua langkah glucose 6-phospate (G6P) ke pentose (C5)
fosfat, ribulosa 5-fosfat (Rump), melalui 6-phosphogluconate. Proses Ini
melibatkan satu karbon yang hilang sebagai CO2 dan pembentukan dua
NADPH. Setelah fase oksidatif ini, RuMP mengalami serangkaian penataan ulang menjadi
serangkaian dua-karbon dan tiga-karbon pertukaran fragmen, dikatalisis oleh
enzim transketolase dan transaldolase.Untuk setiap tiga unit glukosa diproses,
satu GAP, enam NADPH dan dua fruktosa 6-fosfat (F6P) molekul yang dihasilkan.
Molekul F6P dikonversi kembali ke G6P untuk mempertahankan operasi dari siklus.
Itu GAP dapat dioksidasi menjadi piruvat dengan jalur EMP enzim atau juga dapat
dikembalikan ke awal jalur melalui konversi dari dua GAP satu G6P.
3 glucose 6-phosphate
(C6) + 6NADP+ + 3H2O → 2 fructose 6-phosphate
(C6) + glyceraldehyde 3-phosphate (C3) + 3CO2
+ 6NADPH + 6H+
(Waiter, Michel J. At all, 2001).
3.
Jalur ED (The Entner-doudoroff)
Jalur
ED adalah jalur metabolisme yang relatif sedikit digunakan oleh mikroorganisme
yang tidak memiliki EMP jalur. Kebanyakan bakteri Gram-negatif, termasuk
spesies Azotobacter, Pseudomonas, Rhizobium,
Xanthomonas dan
Zymomonas, tapi jarang dalam jamur. Jalur dimulai dengan pembentukan
6-phosphogluconate, seperti di jalur PP. Meskipun kemudian mengalami
dehidrasi, bukan teroksidasi, untuk membentuk
2-okso-3-deoksi-6-phosphogluconate. Molekul enam-karbon dipecah oleh Aldolase
untuk membentuk dua senyawa C3, piruvat dan GAP, dan terakhir juga
dapat dikonversi menjadi piruvat. Secara keseluruhan, dari glukosa setiap
molekul dimetabolisme, pada jalur yang dapat
Gambar
jalur PP ( The Pentose Phosphat )
menghasilkan dua molekul piruvat,
satu ATP, satu NADH dan satu NADPH, yang merupakan hasil energi yang lebih
rendah daripada jalur EMP (Waiter, Michel J. At all, 2001).
4. Jalur PK
(phosphoketolase)
Gambar jalur
PK (The PhosphoKetolase)
The phosphoketolase (PK) atau
jalur Warburg-Dickens jalur metabolisme
yang ditemukan di beberapa bakteri asam laktat, terutama dari spesies
Lactobacillus dan Leuconostoc. Ini melibatkan oksidasi dan dekarboksilasi
glukosa 6-fosfat ke pantat, seperti di jalur PP. RuMP yang berisomer dengan xylulose fosfat 5-(C5) dan dibelah
oleh phosphoketolase menjadi GAP (C2) dan asetil fosfat (C2).
Pada akhirnya dikonversike laktat dan kedua ke etanol. Jalur ini menghasilkan
hanya setengahATP dibandingkan dengan jalur EMP. Namun, tidak dimungkinkan
pembentukan pentosa dari heksosagula untuk sintesis asam nukleat dan
katabolisme pentosa
(Waiter, Michel J. At all, 2001).
II.
Tricarboxylic acid cycle
Gambar
siklus asam tricarboksilik
Tricarboxylic acid cycle (Siklus Krebs) merupakan serangkaian
reaksi metabolisme yang mengubah asetil koA yang direaksikan dengan asam
oksaloasetat (4C) menjadi asam sitrat (6C). Selanjutnya asam oksaloasetat
memasuki daur menjadi berbagai macam zat yang akhirnya akan membentuk
oksaloasetat lagi
(McKane and Judy Kandel,1950).
Pyruvate (C3)
+ NAD+ + CoA →acetyl CoA (C2) +CO2 + NADH + H+
acetyl CoA (C2) + 3NAD+ + FAD + ADP → 2CO2
+ 3NADH + 3H+ + FADH2 + ATP
Asetil
KoA masuk siklus krebs bersama empat
molekul karbon (oksaloasetat). Selanjutnya menjadi senyawa enam carbon atau
asam asitrat. Selama berturut-turut, dua atom karbon dari asetil KoA
teroksidasi menjadi dua molekul CO2, meninggalkan empat Oksaloasetat
untuk menerima asetil KoA lainnya. Siklus ini beberapa energi di keluarkan dari
oksidasi asam sitrat yang digunakan untuk memproduksi satu molekul ATP.
Kebanyakan energi ditranfer oleh empat pasangan elektron dari tiga molekul NAD+ (membentuk NAD + H+) dan
satu molekul FAD (membentuk FADH2 ). Energi dari elektron ini
kemudian digunakan untuk membentuk ATP pada sistem transport elektron. Pada
jalanya satu asetil KoA menghasilkan 12 molekul ATP kemudian dioksidasi oleh
siklus krebs. Sejak dua molekul asetil KoA diproduksi untuk masing-masing
oksidasi glukosa, energi akhir yang dihasilkan dari siklus krebs adalah 12
molekul ATP
III. Transfer
elektron
Setelah proses
tricarboxylic acid maka yang terakhir adalah proses transfer elektron. Transfer elektron merupakan reaksi pemindahan
elektron melelui reaksi redoks (reduksi-oksidasi). karena respirasi mebutuhkan
jumlah ATP dari proses oksidasi NADH dan FADH. Maka dibutuhkan senyawa senyawa
yang memiliki potensial reduksi rendah sebagai akseptor elektron, dan O2
sangat ideal sebagai akseptor. Elektron
yang berasal dari oksidasi substrat NADH atau FADH2, melalui serangkaian redoks
atau reduksi-oksidasi reaksi, lalu ke terminal akseptor. Dalam proses ini,
energi dilepaskan selama aliran elektron digunakan untuk membuat gradien
proton.
Gambar
transfer elektron
Energi yang
ditangkap dalam ikatan energi yang tinggi ketika P (fosfat) anorganik bergabung
dengan molekul ADP untuk membentuk ATP. Proses ini disebut fosforilasi oksidatif.
Energi (ATP)
dalam sistem transpor elektron terbentuk melalui reaksi fosforilasi oksidatif,
Energi yang dihasilkan oleh oksidasi 1 mol NADH atau NADPH2 dapat digunakan
untuk membentuk 3 mol ATP. Reaksinya sebagai berikut.
NADH + H+ + 1/2 O2 + 3ADP + 3H3PO4 → NAD+ + 3ATP + 4H2O
Sementara itu, energi yang dihasilkan oleh oksidasi 1
mol FADH2 dapat menghasilkan 2 mol ATP.
Beberapa jenis
enzim yang terlibat dalam pengangkutan elektron seperti NADH dehidrogenase,
sitokrom reduktase, dan sitokrom oksidase. Pembawa elektron terdiri dari flavoprotein (contohnya FAD dan
mononukleotida flavin, FMN), besi sulfur (FeS), dan sitokrom, protein dengan cincin
yang berisi besi yang disebut heme. Gugus non-protein seperti
lipid-soluble (larutan dalam lemak) yang lebih dikenal dengan quinones (Ibrahim, 2007).
2.2.1.2.
Respirasi anaerob
Beberapa
bakteri fakultatif anaerob dan obligatif anaerob melakukan respirasi anaerob.
Dengan melibatkan electron transport
system (ETS), tetapi terminal akseptor elektron selain oksigen. Contoh
respirasi anaerob berikut:
1.
Nitrate
respiration
Respirasi nitrat
dilakukan oleh bakteri anaerob fakultatif. Potensi redoks nitrat adalah +0.42
Volt, dibandingkan dengan oksigen yang potensial redoksnya +0,82 volt.
Akibatnya, lebih sedikit energi yang digunakan dibandingkan dengan oksigen
sebagai terminal akseptor elektron dan molekul lebih sedikit ATP yang
terbentuk. Proses ini memiliki beberapa langkah, yang mana nitrat direduksi
menjadi nitrit dan nitrogen oksida menjadi dinitrogen, yang disebut sebagai dissimilatory
Nitrate
reduction
atau denitrifikasi. Reaksi denitrifikasi sebagai berikut:
2NO3- + 12 e- + 12 H+ → N2 + 6 H2O
Denitrifikasi dilakukan oleh spesies
Pseudomonas, Paracoccus denitrificans dan Thiobacillus denitrificans. Sedangkan
bakteri fakultatif Anaerob seperi, E. coli dan sejenisnya, yang hanya mereduksi
nitrat menjadi nitrit, dan enzim.
2.
Sulphate
respiration
Respirasi sulfat dilakukan oleh sebagian kecil
bakteri heterotrophic, yang semuanya oligatif anaerob, sperti bakteri dari
spesies Desulfovibrio. Bakteri ini membutuhkan
sulfat sebagai aseptor proton dan
terduksi menjadi sulfit. Reaksi sulphate respiration sebagai berikut:
SO42- + 8 e- + 8 H+
→ S2- + H2O
3.
Carbonate
respiration
respirasi
Karbonat dilakukan oleh bakteri seperti Methanococcus dan Methanobacterium. Bakteri
tersebut merupakan anaerob obligat yang mereduksi CO2, dan
kadang-kadang karbon monoksida, untuk menjadi metana. Bakteri metanogen yang
biasa menggunakan hidrogen sebagai sumber energi dan ditemukan di lingkungan
yang rendah nitrat dan sulfat, misalnya usus beberapa hewan, rawa, sawah dan
digester limbah lumpur. Reaksi respirasi karbonat hingga membentuk metan
sebagai berikut:
CO2 + 4H2 →CH4 + 2H2O
Selain nitrat,
sulfat dan karbon dioksida, besi besi (Fe3+), mangan (MN4+)
dan beberapa organik senyawa (sulfoksida dimetil, fumarat, glisin dan oksida
trimetilamina) dapat berfungsi sebagai terminal elektron akseptor untuk
respirasi anaerob tertentu bakteri.
Fermentasi
Bila respirasi tidak bisa
dilakukan, organisme harus menggunakan mekanisme alternatif untuk membentuk
pasokan Koenzim, selama oksidasi glukosa menjadi piruvat. Jika NAD (P) H tidak
teroksidasi kembali ke NAD (P)+, katabolisme akan berhenti.
Akibatnya, akseptor terminal elektron yang cocok harus ditemukan untuk
mengambil elektron. Fermentasi adalah
proses perombakan senyawa organik dalam kondisi anaerob menghasilkan produk
berupa asam-asam organik, alkohol dan gas, yang kemudian dikeluarkan dari sel.sedangkan
fermentasi itu bermacam-macam seperti:
A. Fermentasi
alkohol dilakukan oleh yeasts, jamur dan bakteri. Ini proses dua langka, dimana
piruvat dari jalur EMP,atau dari jalur ED seperti Zymomonas, melakukan dekarboksilasi pertama menjadi asetaldehida,
NAD+ kemudian terbentuk selama reduksi asetaldehida menjadi etanol.
Gambar Fermentasi Alkohol
B. Fermentasi
asam laktat yang dilakukan oleh sejumlah bakteri, seperti Streptococcus,
Lactobacillus, Lactococcus dan Leuconostoc, serta beberapa jamur, alga dan
protozoa.turunan piruvat, adalah akseptor elektron dan membentuk laktat. Ada
dua bentuk fermentasi ini yakni:
·
Fermentasi homolaktis dilakukan oleh
bakteri seperti Lactobacillus acidophilus dan Lactobacillus casei, yang
mereduksi semua piruvat yang dihasilkan pada proses glikolisis menjadi asam
laktat.
Gambar fermentasi asam laktat
·
fermentasi heterolaktis menghasilkan
produk lainnya dan asam laktat. Organisme yang melakukan ini seperti
Leuconostoc mesenteroides dan Lactobacillus brevis.
C. Fermentasi
asam campuran yang dilakukan oleh E. coli dan bakteri fakultatif anaerob.
Produknya meliputi laktat, asetat, dan etanol. Beberapa organisme memiliki
kemampuan untuk mereduksi piruvat menjadi hidrogen dan CO2.
Gambar Fermentasi
Asam Campuran
D. Fermentasi
2,3-Butanediol dilakukan oleh Enterobacter, Erwinia, Klebsiella dan Serratia.
Sama seperti fermentasi campuran asam, namun menghasilkan butanadiol,netanol
dan asam.
Gambar
Fermentasi 2,3-Butanediol
E. Fermentasi
asam propionat dilakukan oleh beberapa bakteri d usus, seperti
Propionibacterium dan sejenisnya, beberapa terlibat dalam produk komersil
Swiss-keju dan vitamin B12 (cobalamin). Propionat yang terbentuk
dari piruvat yang melalui jalur methylmalonyl CoA, dimana piruvat
terkarboksilasi menjadi oksaloasetat, dan kemudian direduksi menjadi propionat
melalui malate, fumarate dan suksinate
Gambar Fermentasi Asam Propionat
F. Fermentasi
asam butirat dilakukan oleh spesies Clostridium. Bakteri ini memproduksi
aseton, butanol, propanol, alkohol dan asam lainnya. Bakteri ini juga memfermentasi
asam amino dan senyawa nitrogen lainnya, serta karbohidrat.
Gambar
Fermentasi Asam Butirat
Katabolisme
lipid dan protein
Sumber karbon
selain dari karbohidrat harusdiproses sebelum masuk proses katabolisme. seperti
lipid dan trigliserida dihidrolisis oleh enzim lipase untuk menghasilkan bebas
asam lemak dan gliserol. Asam lemak kemudian dipecah oleh jalur b-oksidasi. FAD
dan NAD + yang digunakan untuk menerima
elektron, dan menghapus dua unit karbon, dalam bentuk asetil CoA, yang kemudian
dapat diproses langsung di siklus TCA. Gliserol dapat terfosforilasi menjadi
fosfat gliserol, kemudian dioksidasi menjadi DAP dan berisomerisasi menjadi
GAP. Unit C3 kemudian bisa masuk jalur EMP.
Protein ekstraseluler yang
dihidrolisis oleh protease untuk menghasilkan asam amino bebas yang dapat
diangkut ke dalam sel. Katabolisme asam amino awalnya menghilangkan kelompok
amino. Hal ini biasanya dicapai melalui transaminasi, di mana kelompok amino
yang disumbangkan ke keto, misalnya aminasi piruvat untuk membentuk alanin. The
keto asam yang dihasilkan dari transaminasi dapat dioksidasi dalam siklus TCA. Kelebihan
gugus amino dapat terakumulasi dan sering diekskresikan sebagai ion amonium,
yang menyumbang kenaikan pH media selama pertumbuhan beberapa bakteri.
2.3 ANABOLISME
Anabolisme
adalah suatu proses reaksi kimia yang membentuk suatu molekul besar dari
molekul yang lebih kecil. Dan selama proses anabolisme membutuhkan energy dalam
reaksinya. Atau dapat dikatakan segala
bentuk sintesa dalam mikroorganisme.
Proses metabolisme mikroorganisme
dapat dibedakan menjadi dua berdasarkan sumber energinya yaitu fototrof dan
kemotrof. Sedangkan apabila berdasarkan kemampuan mendapat sumber karbonnya
menjadi dua juga yaitu Autotrof dan heterotrof.
Mikroorganisme fototrof adalah mikroorganisme yang menggunakan cahaya sebagai sumber energi
utamanya. Fototrof dibagi menjadi dua yakni: fotoautotrof dan Fotoheterotrof.
A.
Fotoautotrof
Organisme yang
termasuk fotoautrotrof melakukan fotosintesis. Sedangkan fotosintesis adalah proses mensintesis senyawa organik kompleks
dari unsur-unsur anorganik dengan menggunakan energi cahaya matahari. Fotosintesis
tidak hanya dilakukan oleh tumbuhan namun juga dilakukan oleh mikroba. Mikroba
yang melakukan fotosintesis seperti Cyanobacteria, serta beberapa jenis algae.
Pada Reaksi umum yang terjadi dpat
dituliskan sebagai berikut :
6H2O + 6CO2 + cahaya → C6H12O6
+ 6O2
dalam fotosintesis terjadi dua
tahapan reaksi terang dan reaksi gelap. Reaksi terang atau fosforilasi reaksi ini
terjadi di tilakoid dan reaksi gelap terjadi di dalam stromokloroplas.
Pada
reaksi terang
ADP menjadi ATP dan pada reaksi terang terjadi reduksi NADH sebagai pembawa
elektron menjadi NADPH. pada reaksi ini terjadi penyerapan cahaya matahari oleh
klorofil. Reaksi terang atau
fotofosforilasi dibagi menjadi dua yakni fotofosforilasi siklik dan
fotofosforilasi nonsiklik.
Fosforilasi siklik atau dukenal pula sebagai fotosistem 1. fotositem ini sangat
peka dengan gelombang cahay yang memiliki panjang 700nanometer maka disebut
sebagai P700. Pada fotosistem ini elektron kembali lagi ke dalam fotosistem.
Fotofosforilasi siklik merupakan proses yang sangat sering diketemukan,
elektron yang terlepas tidak kembali lagi melainkan membentuk NADPH. Dan elektron
yang hilang tersebut digantikan oleh elektron yang terbentuk pada saat oksidasi
H2O atau dari unsur-unsur
yang mudah teroksidasi seperti H2S. Hasil dari reaksi terang adalah
ATP yang terbentuk melalui proses chemiosmosis,
O2, NADPH. Setelah
reaksi
Gambar
reaksi terang
Reaksi
gelap
Setelah
reaksi terang maka berikutnya adalah reaksi
gelap. Reaksi ini disebut reaksi gelap karena tidak membutuhkan cahaya.
Didalam reaksi ini terjadi fiksasi CO2 pada siklus calvin, dimana CO2
di fiksasi oleh RuBP kemudian membentuk
asam fosfogliserat hingga membentuk glukosa. Setelah terbentuk glukosa RuBP
diregenerasi untuk fiksasi CO2 untuk lebih jelas lihat gambar
dibawah.
Gambar
siklus Calvin-Benson
B.
Fotoheterotrof
Fotoherotrof adalah kelompok
kecil bakteri yang menggunakan energi cahaya tapi membutuhkan zat organik
seperti alkohol, asam lemak, atau karbohidrat sebagai sumber karbon. Organisme
ini meliputi bakteri non-sulfur, bakteri ungu, dan hijau.
Mikroorganisme kemotrof,
mikroorganisme ini bergantung kepada reaksi oksidasi dan reduksi akan zat
anorganik atau organik sebagai sumber energi mereka. Mikroorganisme kemotrof
dibagi menjadi dua yakni kemoautotrop dan kemoheterotrop.
A.
Kemoautotrof adalah
organisme Kemotrof yang sumber karbonnya berasal dari CO2, contohnya
adalah carbon monoxide oxidizing bacteria. Chemoheterotrof adalah organisme
chemotrof yang sumber karbonnya dari senyawa-senyawa organik.
B.
Kemoheterotrof dibagi
menjadi dua lagi berdasar akseptor elektron terakhirnya. Apabila akseptor
terakhirnya adalah O2 contohnya adalah hewan dan hampir semua fungi,
protozoa, serta bacteria. Apabila akseptor terakhirnya bukan O2
adalah Streptococcus sp dan Clostridium sp.
Aktivitas
biosintesis
Salah
satu bentuk anabolisme adalah
biosintesis. Ada berbagai macam biosintesis seperti biosintesis
polisakarida, biosintesis asam amino, biosintesis lipid, biosintesis purin dan
pirimidin. Biosintesis polisakarida
tejadi pada saat glikolisis. Polisakarida dihasilkan dari produk intermediete.
Hal ini terjadi ketika bakteri sudah mensintesis glukosa, maka glukosa akan
dibentuk menjadi senyawa yang lebih komplek sperti glikogen.
Gambar
biosintesis polisakarida
Lipid
adalah senyawa kimia yang paling bervariasi komposisi kimianya. Lipid
disintesis melalui beberapa rute. Sel menghasilkan lipid dar gliserol dan asam
lemak. Gliserol dihasilkan dari zat perantara dalam proses glikolisis yakni
dihidroksiaseton fosfat. Asam lemak adalah suatu hidrokarbon yang berantai
karbon panjang, yang terbuat dari dua fragment asetil CoA. Biosintesis lipid membutuhkan energi yang besar, dan tidak harus
ATP.
Gambar
biosintesis lipid
Asam
amino dibutuhkan untuk biosintesis protein. Ada beberapa mikroorganisme yang
memilki enzim yang mereka butuhkan dalam proses biosintesis asam amino. Hal ini menyebabkan bakteri seperti E. Coli mampu mensintesis asam amino
dari zat perantara yang dihasilkan pada metabolisme karbohidrat baik secara
langsung atau tidak. Asam amino terbentuk dari piruvat atau asam organik
lain yang ditambah dengan gugus amina,
proses tersebut dikenal dengan aminasi. Dari asam amino tersebut terbentuk
protein yang berpengaruh pada seluruh kegiatan ezimatis sel.
Gambar
biosintesis asam amino
Jalur
amphibolic
Seperti kita ketahui bahwa katabolisme
dan anabolisme saling berintegrasi.anabolisme dan katabolisme juga saling
berbagi jalur, seperti pada siklus krebs. Siklus krebs tidak hanya
berpartisipasi pada oksidasi glukosa namun juga memproduksi zat perantara yang
nantinya diubah menjadi asam amino. Jalur metabolisme yang berfungsi di
anabolisme dan katabolisme disebut jalur
amphibolic.
Gambar jalur
amphibolic
Katabolisme
dan anabolisme adalah bentuk metabolisme primer. Dari metabolisme primer
tersebut menghasilkan produk produk
industri seperti ethanol , buthanol, vitamin dan lain lain.
industrial
product in primary metabolism
(from:
Modern Industrial and Biotechnology ,
Nduka Okafor)
2.4.
Metabolisme sekunder
Mikroorganisme
tidak hanya melakukan metabolisme primer namun melakukan metabolisme sekunder
pula. Metabolisme sekunder berbeda dengan metabolisme primer yang berhubungan dengan
pertumbuhan sel dan
terus adanya organisme
metabolisme sekunder memiliki
karakteristik sebagai berikut (i) metabolisme sekunder tidak
jelas fungsi dalam organisme. Buktinya Organisme tersebut terus ada
jika metabolisme sekundernyadiblokir
oleh alat biokimia yang cocok. Di sisi
lainorganisme itu akan mati jika
metabolisme primernya diberhentikan. (ii) metabolit sekunder yang
dihasilkan dalam menanggapipembatasan
nutrisi. Karena itu mereka diproduksi setelah fase
pertumbuhan.(ii) metabolit sekunder memiliki karakteristik tersendiri. (iv)
metabolit sekunder memiliki struktur yang aneh dan tidak biasa, namun memiliki
sedikit kemiripan dengan organisme yang memiliki strain sama. Salah satu bentuk
metabolite sekunder adalah penicilin, alkaloid, dan lainnya
(from: Modern Industrial and Biotechnology , Nduka Okafor)
Tidak ada komentar:
Posting Komentar