METABOLISME MIKROBA

1
METABOLISME MIKROBA
I
2
PETA KONSEP
3
DEFINISI METABOLISME Semua proses kimiawi yang
dilakukan oleh organisme atau semua reaksi yang
melibatkan transformasi energi kimia di dalam
mahluk hidup

• Definisi Metabolisme, Katabolisme dan
  Anabolisme
• Metabolisme sebagai proses produksi energi untuk
  kehidupan sel
• Senyawa pembawa energi, ATP dan ADP

4
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
5
MENGAPA MIKROBA MEMERLUKAN ENERGI ?

• 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)

6
ENERGI KIMIA
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)
REAKSI BIOKIMIA DIKATALIS OLEH ENZIM Berperan
penting dalam setiap reaksi metabolisme
7
ENZIM

• Karaktersitik enzim
• Faktor yang mempengaruhi kerja enzim
• Pengaturan sistem enzim
• Penamaan enzim

8
DEFINISI DAN KARAKTERISTIK KERJA ENZIM
Protein dengan aktivitas katalitik yang
mempercepat reaksi kimia tanpa ikut dalam reaksi
tersebut
Teori Kunci-Anak kunci
Ukuran molekul enzim gt substrat
Penurunan energi aktivasi
Reaksi dipercepat pada suhu alami
9
KOFAKTOR ENZIM

• Ada enzim yang mengandung komponen kimia lain
  selain protein. Komponen ini disebut kofaktor,
  suatu komponen yang bukan protein
• Kofaktor berupa 
• Molekul anorganik seperti Fe2, Mn2, Cu2, Na
  atau molekul organik kecil yang disebut koenzim
  misalnya vitamin B, B1, dan B2
• Koenzim yang terikat kuat secara kovalen pada
  protein enzim disebut gugus prostetik.
• Enzim yang strukturnya sempurna dan aktif
  mengkatalisis, bersama-sama koenzim atau gugus
  logamnya disebut holoenzim.

10
FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KERJA ENZIM
pH dan suhu
Konsentrasi Substrat
11
PENGATURAN ENZIM
Penghambat kompetitif (competitive inhibitor)
molekul inhibitor berkompetisi dengan substrat
untuk menempati sisi aktif enzim.
Penghambat non kompetitif(allosteric inhibition)
Molekul penghambat bergabung dengan enzim di luar
sisi aktif, menyebabkan konformasi enzim berubah
12
Penghambatan umpan balik (Feedback
Inhibition)Penumpukan produk akhir menghambat
kerja enzim pertama dalam rangkaian reaksi
tersebut sehingga produksi enzim selanjutnya
ditunda
13
PENAMAAN ENZIM

• Oxidoreductases (EC1)
• Transferases (EC2)
• Hydrolases (EC3)
• Lyases (EC4)
• Isomerases (EC5)
• Ligases (EC6)

EC1 sd EC6 subclass dalam penamaan enzim (enzyme
nomenclature)
14
TIPE METABOLISME MIKROBA

• Heterotrof
• Ototrof
• Fotosintesis

15
Metabolisme Sumber C Sumber N Sumber energi Sumber H
Heterotrof/ Kemoorganotrof Organik Organik Atau anorganik Oksidasi senyawa organik -
Ototrof/ kemolitotrof CO2 anorganik Oksidasi Senyawa anorganik -
Fotosintesis Fotolitotrof Bakteri Sianobakteri Fotoorganotrof Bakteri CO2 CO2 CO2 Anorganik Anorganik Anorganik Cahaya matahari Cahaya matahari Cahaya matahari H2S atau H2 Fotolisis H2O Bahan organik
16
METABOLISME HETEROTROF

• Jamur dan bakteri tertentu
• mendapatkan energi dari oksidasi senyawa organik.
  
• Senyawa organik mengandung karbon dan nitrogen
  yang digunakan secara aerob atau anaerob untuk
  menghasilkan tenaga pereduksi seperti
  nicotinamide adenine dinucleotide tereduksi (NADH
  H), dan energi (ATP)

17
Respirasi (Oksidasi) aerob vs anaerob

• Respirasi aerob Katabolisme bahan organik dengan
  akseptor elektron terminal berupa O2 dan donor
  elektron berupa bahan organik, misalnya
  katabolisme gula
• C6H12O6 6O2 ? 6CO2 6H2O energi
• Efisiensi respirasi aerob 55
• Respirasi anaerob Katabolisme dengan akseptor
  elektron terminal berupa NO3, SO4, senyawa
  organik fumarate, dan CO2 dan donor elektron
  berupa bahan organik, misalnya, bakteri metanogen
  
• 4H2 CO2 ? CH4 2H2O

18
METABOLISME OTOTROF (kemotrof,
kemoototrof,kemolitotrof)

• Bakteri yang tumbuh lambat dengan keberadaan
  senyawa anorganik (ion mineral) tanpa menggunakan
  sinar matahari sebagai sumber energi
• Sumber karbon CO2
• Sumber N NH3, NO3-, atau N2

19
Bakteri Ototrof
Tipe kemosintetis Oksidasi senyawa anorganik sebagai sumber energi Famili, Genus, spesies pewakil
Pengoksidasi NH3 (aerob) NH3 dioksidasi menjadi NO2 Nitrobacteriaceae (Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrospira)
Pengoksidasi NO2 (aerob) NO2 dioksidasi menjadi NO3 Nitrobacteriaceae (Nitrobacter, Nitrococcus)
Pengoksidasi sulfur (aerob) dan besi (aerob) S2 dioksidasi menjadi SO4, dan Fe2 dioksidasi menjadi Fe3. Thiobacillus thiooxidans Thiobacillus ferrooxidans Ferrobacillus, Leptothrix
Pengoksidasi senyawa sulfur dan pereduski NO3 (denitrifikasi) S2O3 dioksidasi, NO3 direduksi Thiobacillus denitrificans
20
METABOLISME FOTOSINTESIS (Fotoototrof,
Fotoorganotrof)

• Mikroba prokaryotik bakteri dan sianobakteri
  (cyanobacteria)
• Memerlukan sinar matahari (foton) dan pigmen
• Fototrof membuat gula di dalam sel untuk
  respirasi/energi
• Heterotrof mengambil gula di luar sel untuk
  respirasi/energi

21
Fotosintesis Anoksigenik Tidak Menghasilkan O2
Fotosintesis bakteri ungu non belerang CO2
2CH3CHOHCH3 ? (CH2O) H2O 2CH3COCH3
Fotosintesis bakteri hijau belerang CO2 2H2S ?
(CH2O) H2O 2S
Fotosintesis Oksigenik Menghasilkan O2
Fotosintesis Sianobakteri 6CO2 6H2O ? C6H12O6
6O2
22
METABOLISME KARBOHIDRAT

• Glikolisis glukosa menjadi piruvat
• Siklus Kreb (Siklus asam sitrat) piruvat
  menjadi CO2 dan NAD pembawa H
• Oksidasi Transport Elekteron NAD dan H
  memasuki seri reaksi reduksi oksidasi untuk
  menghasilkan energi
• Fosforilasi Oksidatif energi dari transport
  elektron menghasilkan ATP dari ADP dan Pi

23
TAHAPAN DALAM RESPIRASI
Glukosa
Asam Piruvat
Tahap I Glikolisis
CO2
Tahap II Dekarbiksilasi as. Pyrupat
Acetyl-CoA
Tahap III Siklus Kreb TCA
NADH
Tahap IV Rantai Pernafasan
Rantai Pernafasan
e-
H2O
O2
Fosforilasi oksidatif
Energi
ATP
Elektron akseptor
24
GLIKOLISIS Degradasi glukosa menjadi piruvat
1. Lintasan Fructose Biphosphate Aldolase yang
lebih dikenal sebagai lintasan Embden-Meyerhof-Par
nas (EMP) 2. Lintasan hexose monophosphate
(HMP) 3. Lintasan oxidative pentose phosphate
(PP) 4. Lintasan Entner-Doudoroff (ED).
Lintasan EMP, HMP dan PP pada eukaryotik (jamur,
alga, protozoa) dan prokaryotik (bakteri) Lintasn
ED hanya pada beberapa bakteri aerob obligat
25
lintasan Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) EMP
Pathway Memecah glukosa menjadi 2 piruvat, 2
NADH, dan 2 ATP
26
Lintasan Hexose monophosphate (HMP) Hasil akhir
lintasan HMP adalah 1 piruvat, 1 asetil fosfat, 1
CO2, 1 ATP dan 3 NAD(P)H. Lintasan ini juga
menghasilkan ribulosa 5-fosfat (Gambar 8) yang
merupakan prekursor nukleotida.
27
LIntasan Pentosa phosphate (PP) Hasil akhir dari
pemecahan 1 molekul glukosa adalah 1 piruvat, 3
CO2, 1 ATP dan 3 NAD(P)H.
28
Lintasan Entner Doudoroff (ED) Hasil akhir
pemecahan 1 molekul glukosa adalah 2 piruvat, 1
ATP dan 2 NAD(P)H
29
SIKLUS KREB Piruvat diubah menjadi CO2 dan NAD
Transport elektron
30
TRANSPORT ELEKTRON RANTAI PERNAFASAN Oksidasi
NADH dan reduksi senyawa kimia lain (pembawa
elektron) untuk menghasilkan energi yang
membentuk ATP pada proses fosforilasi oksidatif
Donor e-
Terminal akseptor e
31
MENARA ENERGI
Perbedaan redox menggambarkan besarnya perolehan
energi. Semakin negatif semakin tereduksi dan
sebaliknya semakin teroksidasi
Perbedaan Redox menyebabkan terjadinya pergerakan
elektron
32
Siklus Glioksilat (Glyoxylate Cycle)
Siklus glioksilat dilakukan oleh prokaryotik
yang mengoksidasi asam asetat. Siklus ini mirip
dengan siklus Kreb tetapi isositrat tidak diubah
menjadi oksalokuksinat, tapi dipecah menjadi
glioksilat dan suksinat
33
Fermentasi metabolisme heterotrof dengan senyawa
organik sebagai akseptor elektron (hidrogen)
terminal. substrat dioksidasi tidak sempurna.
Produk akhir disimilasi glukosa adalah senyawa
organik sederhana yang disekresikan ke dalam
medium sebagai waste product biasanya berupa
alkohol dan asam
34
PRODUK AKHIR FERMENTASI
35
METABOLISME PROTEIN
Bakteri, ragi (yeast) dan kapang (molds)
memerlukan senyawa nitrogen dalam bentuk asam
amino, serta asam nukleat purin dan pirimidin.
Mikrorba lainnya dapat menggunakan ammonia atau
nitrat untuk mensintesis senyawa nitrogen
organik. Beberapa bakteri memfiksasi N2 menjadi
amonia
Asimilasi ammonia
L-Glutamat NH4 ATP ? L-glutamine ADP
Pi Selanjutnya glutamate synthase mentrasfer
satu gugus amino dari glutamine ke molekul
?-ketoglutarat sehingga terbentuk dua molekul
L-glutamat ?-ketoglutarat L-glutamine
NADPH2 H ? L-Glutamat NADP
36
Biosintesis asam amino
Asimilasi ammonia menjadi asam amino glutamate
adalah langkah awal dari rangkaian pembentukan
asam amino lainnya.
Katabolisme asam amino
Asam amino dapat digunakan sebagai sumber energi.
Secara umum, 20 asam amino dapat didegradasi
menjadi 6 senyawa antara yang memasuki sistem
metabolisme karbohidrat yaitu piruvat, acetyl
Co-A, Oxaloacetate, fumarat, Suksinil Ca-A, dan
?-ketoglutarat.
37
Biosintesis asam amino
38
Biosintesis nukleotida.
Biosintesis purin
Biosintesis pirimidin
39
METABOLISME LIPID
Bersama-sama karbohidrat dan protein, lemak
adalah metabolit primer yang harus tersedia agar
mikroba dapat tumbuh, berproliferasi dan
beraktivitas. Komponen lemak membran
sitoplasma, mesosom, dan membrane inti pada
mikroba eukaryotic. glycosydilglyserides dan
lipoteichoic acid ditemukan di bakteri gram
positif saja sedangkan lipopolisakarida terdapat
di bakteri gram negatif. Lipid juga didegradasi
untuk mendapatkan energi. lipid lebih banyak
menghasilkan energi daripada glukosa. Total
energi yang dihasilkan dari pemcahan asam lemak
dapat mencapai 49,3 ATP sedangkan dari glukosa
adalah maksimal 41 ATP.
40
Biosintesis asam lemak (fatty acids) jenuh dan
tak jenuh
41
Mikroba dengan biosintesis asam lemak tidak jenuh
melalui lintasan anaerbob dan aerob
Lintasan anaerob LIntasan aerob
Eschericia coli Alkaligenes faecalis
Salmonella typhimurium Corynebacterium diphteriae
Serratia maecesens Mycoibacterium phlei
Azotobacter agilis Bacillus (beberapa spesies)
Lactobacillus plantarum Micrococcus luteus
Agrobacterium tumifaciens Beggiatoa
Clostridium pasteurianum Leptospira caicola
Staphylococcus haemolyticus Sachharomyces cerevisiae
Clostridium butyricum Neurospora crassa
Caulobacter crescentus Candida lipolytica
Propionibacterium Stigmatella aurantiaca
Chloroflexus auranticus
Clorobium limicola
42
Degradasi Lipid
Degradasi lemak menjadi asam lemak (fatty acid)
dan gliserol (glycerol) yang dikatalis oleh enzim
lipase