mete&anabolisme

metabolisme mikroba

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 CO_2, 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:

2NO^3- + 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:

SO₄^2- + 8 e^- + 8 H⁺ → S^2- + 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 CO_2.

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)