METABOLISME SEL MIKROBA
METABOLISME SEL MIKROBAMAHRENI1DEFINISI UMUMMetabolisme adalah segala proses reaksi kimia yang terjadi di dalam mahluk hidup, mulai dari mahluk ber sel satu yang sangat sederhana seperti bakteri, protozoa, jamur, alga, tumbuhan, hewan sampai kepada manusia (mahluk yang susunan tubuhnya sangat kompleks). Di dalam proses metabolisme mahluk hidup mendapat, mengubah, dan memakai senyawa kimia dari sekitarnya untuk mempertahankan kelangsungan hidupnya.2Proses metabolismeMetabolisme merupakan proses biokimia di dalam sel hidup. Metabolisme terbagi menjadi dua bagian proses yaitu proses peruraian (katabolisme) substrat atau nutrien menjadi molekul-molekul kecil.Molekul kecil dirangkai kembali menjadi komponen komponen yang diperlukan oleh sel dalam proses (anabolisme) Katabolisme) terdiri atas tahapan-tahapan reaksi yang melibatkan enzim sebagai katalis untuk mempercepat reaksi: Serangkaian reaksi biokimia di dalam sel disebut jalur metabolisme. Metabolisme mencakup sintesis (pembentukan suatu molekul) dan penguraian makanan di dalam sel melalui serangkaian oksidasi, reduksi, polimerisasi yang kompleks.
3Untuk melakukan metabolisme, mikroorganisme membutuhkan sumber energi dan nutrisi: Sumber energi mikroorganisme terbagi menjadi dua : sinar matahari atai energi kimia hasil reaksi komponen organik atau anorganik. Nutri mengandung komponen komponen yang diperlukan oleh sel (C, O, H, P, N, S, Ion logam dan mineral). Sumber karbon dapat berupa karbohidrat, protein, lemak, mineral dan zat-zat gizi yang terdapat dalam substrat.
Dalam proses biokimia mikroorganisme pertama kali akan menyerang karbohidrat, kemudian protein dan selanjutnya lemak. Bahkan terjadi tingkatan penyerangan terhadap karbohidrat yaitu terhadap gula, kemudian alkohol. Baru setelah itu terhadap asam.
4Anabolisme dibedakan dengan katabolisme dalam beberapa hal: 1. Anabolisme merupakan proses sintesis molekul kimia kecil menjadi molekul kimia yang lebih besar, sedangkan katabolisme merupakan proses penguraian molekul besar menjadi molekul kecil2. Anabolisme merupakan proses membutuhkan energi, sedangkan katabolisme melepaskan energi3. Anabolisme merupakan reaksi reduksi, katabolisme merupakan reaksi oksidasi4. Hasil akhir anabolisme adalah senyawa pemula untuk proses katabolisme.
5Metabolit primer dan sekunderHasil metabolisme disebut metabolit. Metabolit ada dua yaitu metabolt primer dan metabolit sekunder. Metabolit primer adalah komponen-komponen yang digunakan oleh sel itu sendiri misalnya komponen pembentuk dinding sel, protein pembentuk DNA-RNA dll. Metabolit sekunder adalah komponen-komponen yang sudah tidak diperlukan oleh sel baik yang diekskresikan ke luar dari dinding sel maupun yang ada di dalam sel.Cabang biologi yang mempelajari komposisi metabolit dinamakan metabolomika.
66Manfaat metabolit primer dan sekunderMetabolit primer dan sekunder dimanfaatan oleh manusia. Protein sel tunggal adalah sel (dimanfaatkan sebagai makanan ternak)Asam asetat, alkohol, enzim-enzim, hidrogen, antibiotik adalah metabolit sekunder yang sangat bermanfaat untuk manusia.Racun aflatoksin, botulinum merupakan metabolit sekunder yang merugikan manusia 7Peranan Enzim dalam metabolismeDalam proses anabolisme dan katabolisme diperlukan enzim.Enzim adalah suatu zat yang digunakan oleh sel sebagai katalis di dalam serangkaian reaksi yang kompleks untuk mempercepat terjadinya reaksi sehingga reaksi anabolisme dan katabolieme dapat berlangsung pada kondisi suhu dan tekanan rendah.Tanpa enzim, metabolisme tidak dapat berlangsung.Di dalam sel terdapat ribuan jenis enzim yang mempunyai fungsi spesifik.Enzim bekerja secara terkoordinasi sehingga reaksi reaksi di dalam sel berlangsung sesuai dengan urutan tertentu. (pada waktu yang tepat, menghasilkan produk reaksi yang tepat dengan penggunaan energi yang minimal).8Jenis enzimEnzim dihasilkan oleh sel dan jumlahnya tetap sebelum dan sesudah reaksi. Ada dua jenis enzim yaitu enzim ekstra seluler dan intra seluler.Enzim ekstra seluler digunakan oleh sel untuk menguraikan substrat yang ada di luar sel sebelum masuk ke dalam sel melalui dinding sel.Misalnya enzim amilase menguraikan polisakarida menjadi mono sakarida.Enzim protease menguraikan protein atau polipeptida menjadi asam amino. Enzim lipase menguaraikan lemak menjadi asam lemak dan gliserol.Selannjutnya mono sakarida dan asam amino melalui dinding sel masuk ke dalam sel.9Enzim intraselulerSebagai contoh enzim heksokinase mengkatalisis reaksi pengikatan fosat ke dalam molekul glukosa (fosforilasi glukosa dan heksosa lain) di dalam sel.Contoh lain lihat penjelasan jalur metabolisme EMP (Embden Meryerhof Parnas)
10Sifat enzim secara umumEnzim terdapat dalam jumlah sedikit tetapi keberadaanya sangat penting untuk mempercepat reaksi. Enzim dapat mempercepat reaksi jutaan kali lebih cepat dibandingkan dengan reaksi tanpa enzim. Pada prinsipnya enzim dapat menurunkan energi aktivasi suatu reaksi.Enzin sangat spesifik, satu jenis enzim hanya dapat mempercepat satu jenis reaksi. Jumlah enzim tetap sebelum dan sesudah reaksi.Enzim merupakan protein. Ditambah dengan koenzim (kofaftor)
11Sebagian jenis enzim bekerja bolak balik artinya dapat mempercepat reaksi ke kanan dan juga ke kiri.Kondisi reaksi enzimatis terbatas pada kondisi di mana enzim itu dalam kondisi aktif (terionisasi) dan tidak terdenaturasi. Keadaan ion ditentukan oleh pH dan denaturasi enzim disebabkan oleh suhu. Dari kedua parameter (suhu dan pH). Enzim hanya dapat bekerja pada suhu dan pH tertentu12Kerja enzimEnzim terdiri dari apoenzim dan koenzim. Gabungan apoenzim dan koenzim disebut Holoenzim. Apoenzim adalah bagian protein enzim dan memerlukan ko-enzim untuk dapat berperan seabagai katalis. Ko-enzim adalah komponen anorganik (K, Mg, Fe, Mn) disebut kofaktor. Logam penghambat kerja enzim (Hg dan F).
Apoenzim + Koenzim --------------> Holoenzim Tidak aktif Tidak aktif Aktif Molekul organik Anorganik Koenzim bisa juga dari golongan vitamin. Misalnya vitamin B. Kadang dibutuhkan kedua jenis koenzim baik anorganik maupun organik.
13Koenzim vitaminNoVitaminKoenzim1Tiamin (Vitamin B1)Kokarboksilase2Riboflavin (Vitamin B2)Riboflavin adenin dinukleotida3NiasinNikotiamida adenin dinukleotida4Piridoksin (Vitamin B6)Piridoksal fosfat5Asam folatAsam tetrahidrofolat14Penamaan enzimPenamaan dan tatanama enzim ditentukan oleh : Commision on enzymes of the international union bochemistry.Penamaan enzim dengan menambahkan kata ase pada reaksi yang di katalisis: misalkan enzim yang dapat mengkatalisis reaksi dehidrogenasi suksinat, enzimnya adalah suksinat dehidrogenase.Ada beberapa kelas utama enzim:15Enzim kelas 1 (oksidoreduktase)Kerja enzim ini adalah mentransfer elektron atau memindahkan ion H+.Terbagi menjadi dua: enzim oksidase dan reduktase.Enzim oksidase dibagi dua: enzim dehidrogenasi dan katalase.Enzim dehidrogenase bertugas mengoksidasi bahan organik menjadi produk produk oksidasi.Enzim katalase menguraikan hidrogen peroksidase menjadi air dan hidrogen.16Enzim kelas 2 (transferase)Enzim transferase mentransfer gugus fungsional (forfat, amino, metil, dll). Salah satu contoh enzim transferase adalah enzim transaminase yaitu enzim yang mentransfer gugus amina dari satu asam amino ke asam organik sehingga menghasilkan asam amino
17Enzim kelas 3 (Hidrolase)Terbagi menjadi 3 iaitu: Karbohidrase, Esterase dan Proteinase.Karbohidrase adalah enzim yang memecah karbohidrat terbagi menjadi beberapa golongan enzim:Amilase adalah enzim yang menguraikan amilum (polisakarida) menjadi maltosa (disakarida).Sukrase adalah enzim yang merubak sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa.Laktase adalah enzim yang merubak katosa menjadi glukosa dan galaktosa.Selulase adalah enzim yang meribah selulosa menjadi selebiosa (disakarida).Pektinase: Enzim yang menguraikan pektin menjadi asam pektin.18EsteraseAdalah enzim yang memecah golongan esterMisalnya Lipase dan Posfatase: Lipase menguraikan lemak atau lemak menjadi gliserol dan asam lemak.Fosfatase adalah enzin yang menguraikan ester sehingga melepaskan asam fosfat.Protease adalah segolongan enzim yang menguraiakan protein misalnya: adalah peptidase adalah enzim yang menguraikan senyawa peptida menjadi asam amino. Gelatinase adalah enzim yang menguraikan gelatin. Renin menguraikan kasein dari susu.
19Enzim kelas 4, 5 dan 6Kelas 4 (Liase) adalah enzim yang mengkatalisis reaksi penambahan ikatan ganda dan pengusian gugus.Kelas 5 (Isomerase)Kelas (ligase): Enzim yang berperan dalam penambahan gugus ATP.
20Jalur Metabolisme Karbohidrat (Glikolisis)Glikolisis adalah serangkaian reaksi biokimia di mana glukosa dioksidasi menjadi dua molekul asam piruvat. Glikolisis adalah salah satu proses metabolisme yang paling universal yang kita kenal, dan terjadi (dengan berbagai variasi) di banyak jenis sel dalam hampir seluruh bentuk organisme. Proses glikolisis sendiri menghasilkan lebih sedikit energi per molekul glukosa dibandingkan dengan oksidasi aerobik yang sempurna. Energi yang dihasilkan disimpan dalam senyawa organik berupa adenosine triphosphate atau yang lebih umum dikenal dengan istilah ATP dan NADH (Hidrogen Nikotinamida Adenin Dipospat).Lintasan glikolisis yang paling umum adalah lintasan Embden-Meyerhof-Parnas (bahasa Inggris: EMP pathway), yang pertama kali ditemukan oleh Gustav Embden, Otto Meyerhof dan Jakub Karol Parnas. Selain itu juga terdapat lintasan EntnerDoudoroff yang ditemukan oleh Michael Doudoroff dan Nathan Entner terjadi hanya pada sel prokariota, dan berbagai lintasan heterofermentatif dan homofermentatif.
21Jalur GlikolisisGlikolisis : Reaksi biokimia di dalam sel yang mencakup urutan perubahan substrat (glukosa) menjadi asam piruvate. Glikolisis.doc22
Penjelasan Glikolisis (melalui 2 tahap)23Glikolisis merupakan rangkaian reaksi yang mengkonversi glukosa menjadi piruvat. Pada organisme aerob, glikolisis adalah pendahuluan daur asam sitrat dan rantai transport electron, saat sebagian besar energi bebas glukosa dihasilkan. Sepuluh reaksi glikolisis terjadi didalam sitosol. Pada tahap pertama, glukosa dikonversi menjadi fruktosa 1,6-bifosfat melalui reaksi fosforilasi, isomerasi, dan fosforilasi kedua. Dua molekul ATP dipakai per molekul glukosa pada reaksi-reaksi ini. Pada tahap kedua, fruktosa 1,6 difosfat dipecah oleh aldolase membentuk dihidroksi aseton fosfat dan gliserildehida 3-fosfat, yang dengan mudah mengalami interkonvensi. Gliseraldehida 3-fosfat kemudian mengalami oksidasi dan fofforilasi membentuk 1-3-bisfosfogliserat, suatu asetil fosfat dengan potensi transfer fosforil yang tinggi. 3-fosfogliserat kemudian terbentuk dan ATP dihasilkan. Pada tahap akhir glikolisis, fosfoenolpiruvat, zat antara kedua dengan potensi transfer yang tinggi, dibentuk melalui pergeseran fosforil dan dehidrasi. ATP lainnya dihasilkan sewaktu fosfienolpiruvat dikonnversi menjadi piruvat. Tedapat keuntungan bersih dua molekul ATP pada pembentukan dua molekul piruvat dari satu molekul glukosa.
2425
26
Ringkasan reaksi glikolisis pada lintasan EMP adalah sebagai berikut
Glikolisis terjadi di sitosol dan merupakan langkah awal dari proses produksi energi utama di dalam tubuh manusia dan mahluk hidup lain dimana asam piruvat menjadi salah satu senyawa prekursor (intermediate molecules) terpenting.
27
SubstratProdukEnzimReaksiKeteranganGlukosa+ ATPGlukosa-6 fosfat+ ADP+ H+Heksokinase+ Kofaktors: Mg2+FosforilasisubstratSebuah molekul ATP dibutuhkan untuk mengkonversi glukosa menjadi G6P. Reaksi ini menjaga kadar gula dalam sitoplasma tetap rendah sebagai stimulasi agar asupan ke dalam sitosol tetap mengalir melalui GLUT dan mencegah glukosa untuk keluar kembali ke dalam periplasma.2829Glukosa-6 fosfatFruktosa-6 fosfatFosfoglukosa isomeraseIsomerasiEnzim fosfoglukosa isomerase akan memindahkan gugus karbonil oksigen dan mengkonversi G6P menjadi bentuk isomernya berupa fruktosa-6 fosfat (F6P). Reaksi ini bersifat umpan balik, namun seringkali terdorong ke reaksi berikutnya karena kadar F6P yang rendah. Saat kadar F6P menjadi tinggi, reaksi umpan balik akan terjadi dengan sendirinya mengkonversi F6P menjadi G6P. Fenomena ini dijelaskan dengan prinsip Le Chatelier.30Fruktosa-6 fosfat+ ATPFruktosa-1,6 bifosfat+ ADP+ H+Fosfofruktokinase+ Kofaktors: Mg2+Fruktosa-1,6 bifosfatDihidroksi aseton fosfat+ Gliseraldehid-3 fosfatAldolaseDihidroksi aseton fosfatGliseraldehid-3 fosfatTrios fosfat isokinaseIsomerasi6Gliseraldehid-3 fosfat+ NAD+ + Pi1,3-bifosfogliserat+ NADH + H+Gliseraldehid-3 fosfat dehidrogenaseOksidasi71,3-bifosfogliserat+ ADP3-fosfogliserat+ ATPFosfogliserat kinase+ Kofaktor: Mg2+83-fosfogliserat2-fosfogliseratFosfogliserat mutase92-fosfogliseratFosfoenolpiruvat + H2OEnolase10Fosfoenolpiruvat+ ADP + H+Pyr + ATPPiruvat kinase+ Kofaktor: Mg2+31Pernafasan32
AerobMembutuhkan O2, ATPMenghasilkan 38 ATPTahapanGlikolisis di sitosolDekarboksilasi oxidatif di membran luarSiklus Krebs di matrixTransport electron di membran dalam/kristae4. Transport electron(lanjutan gambar)NADH= 3 ATPFADH= 2 ATPJadi, total ATP yang dihasilkan adalah:10 NADH(6 siklus krebs, 2 DO, 2 Glikolisis)= 30 ATP2 FADH(siklus krebs)= 4 ATP4 ATP(2 Siklus krebs, 2 Glikolisis)= 4 ATPTotal= 38 ATP (bruto)Tetapi saat asam Piruvat memasuki mitokondria dibutuhkan energi sebesar 2 ATP. Jadi energi bersih adalah 36 ATP (nett)
33Pernafasan anaerobik34
35
Fermentasi Alkohol
Dalam beberapa jasad renik seperti ragi, glukosa dioksidasi menghasilkan etanol dan CO2 dalam proses yang disebut fermentasi alkohol. Jalur metabolisme proses ini sama dengan glikolisis sampai dengan terbentuknya piruvat. Dua tahap reaksi enzim berikutnya adalah reaksi perubahan asam piruvat menjadi asetaldehida, dan reaksi reduksi asetaldehida menjadi alkohol. Dalam reaksi yang pertama piruvat didekarboksilasi diubah menjadi asetaldehida dan CO oleh piruvat dekarboksilase, suatu enzim yang tidak terdapat pada hewan.
36Fermentasi asam laktatDua molekul NADH yang dihasilkan oleh reaksi tahap kelima dalam glikolisis (reaksi dengan gliseraldehida 3-fosfat dehodrogenase) tidak dipakai untuk membentuk ATP melainkan digunakan untuk reaksi reduksi 2 molekulasam piruvat menjadi asam laktat. Jadi paad glikolisis anaerob energi yang dihasilkannya hanya 2 molekul ATP saja (Gambar 17). Jumlah ini jauh lebih kecil jika dibandingkan dengan energi yang dihasilkan oleh glikolisis aerob yaitu 8 ATP.
372. AnaerobMikorbia Fakultatif dapat melakukan metabolisme tanpa atau ada oksigen bebas. Mikorbia anaerobik obligat -> dan tidak membutuhkan O2 bebas Menghasilkan 2 ATPDibedakan atas F. Laktat dan F. EtanolFase diawali glikolisis(glukosa -> as. piruvat)
38Katabolisme Reaksi menghasilkan energi: energi yang dihasilkan disediakan untuk melakukan sintesis (anabolisme).Mikroorganisme heterotrofik energi dihasilkan dari reaksi pengusiran elektron atau ion H senyawa anorganik.Mikroorganisme fotosintetilk memperoleh energinya dari sinar matahari.Energi sel juga dapat dihasilkan dari proses respirasi yaitu peruraian nutrien secara oksidasi. Apabila oksidator yang digunakan adalah oksigen bebas, maka disebut respirasi atau pernafasan aerobik.39Pernafasan aerobik.Dalam pernafasan aerob, mikroba menggunakan glukosa atau bahan organik lain sebagai substrat yang akan dioksidasi melalui serangkaian proses sampai menjadi air dan CO2Energi dibebaskan dalam bentuk Adenosin Tri Fosfat (ATP). Setiap 1 gram mol glukosa menghasilkan 675 k kalori. Reaksi kimia keseluruhan pernafasan aerobik adalah:
40Pernafasan aerobik bakteri ototrofSebagai sumber energi adalah bahan anorganikReaksi aerobik :
41Pernafasan anaerobikBeberapa mikroba dapat hidup tanpa oksigen bebas.Bahkan akan mati kalau ada oksigen bebas.Sreptococcus lactis tidak dapat memanfaatkan oksigen bebas karena tidak memiliki enzim yang dapat mereduksi oksigenPernafasan anaerobik bisa dilakukan oleh mikroorganisme melalui pernafasan antarmolekul dan intermolekuler.42Pernafasan anaerobik antar molekulOksigen yang diperlukan untuk mengoksidasi substrat bukan berasal dari oksigen bebas tetapi berasal dari reduksi dan oksidasi senyawa anorganik.
43Pernafasan anaerobik intermolekul(Fermentasi)
Dilakukan oleh Sacharomyces cerevisiae
44Tingkatan pernafasanAnaerobik, pertumbuhan terlihat pada dasar tabung yang diisi media cair atau padat.Anaerobik fakultatif, pertumbuhan menyebar dari dasar tabung sampai permukaan Mikroaerofil, pertumbuhan hanya pada bagian tengah tabungAerobik, pertumbuhan pada permukaan tabungProses pernafasan anaerobik intramolekuler yang melibatkan substrat glukosa disebut fermentasi, apabila substratnya adalh protein atau senyawa yang mengandung N, disebut pembusukan karena mennimbulkan bau.45Zat zat yang dihasilkan oleh mikrobaDalam proses metabolisme terjadi pemasukkan, penyusunan, pembongkaran dan engeluaran hasil metabolisme.Produk produk hasil metabolieme baik yang digunakan oleh sel dan yang dikeluarkan ke luar sel disebut metabolit.Metabolit primer adalah produk metabolit yang digunakan oleh selMetabolit sekunder adalah produk metaboilit yang dikeluarkan (ekskret) ke luar sel contonya adalah asam-asam, karbon dioksida, air, etanol, enzim, hidrogen dll.Ekskret dapat menekan pertumbuhan mikroba apabila dibiarkan terakumulasi di lingkungan tumbuh sel. 46Bakteri penghasil ekskreteBakteri denitrifikasi (Nitrosomonas dan nitrobacter) menghasilkan ekskrete berupa nitrat dan nitrit, air dan energi.Bakteri jenis Streptococcus thermopillus dan R palutris menghasilkan ekskrete gas hidogen.Untuk mengukur gas hidrogen ini bisa menggunakan respirometer Warburg atau tabung fermentasi Smith (cukup sederhana).47Gas gas yang dihasilkan oleh mikrobaHidrogen, metana, nitrogen, hidrogen sulfida dan amoniak, karbondioksida.CO2 dihasilkan dari proses respirasi aerobik atau anaerobik. Kalau jumlahnya banyak dapat nempak membentuk buih.Gula merupakan substrat yang diubah oleh mikroorganisme menghasilkan banyak karbondioksida.Gas hidrogen dapat dihasilkan oleh bakteri S. termopilus bersama dengan karbondioksida. Eschericiacoli pada kondisi tertentu dapat menghasilkan hidrogen.Bakteri Methanobacterium omelianski dalam keadaan anaerobik dapat menghasilkan metana dengan substrat asam cuka:
48
Thiobacillus denitrificansMerupakan bakteri yang hidup pada ruang tertutup dapat menguraikan nitrat dan nitrit menjadi gas nitrogen (N2).Bakteri ini dapat mengurangi kesuburan tanah49Dapat menguraikan protein yang mengandung sulfida menjadi gas hidrogen sulfidaDesulfovibrio desulfuricansBakteri penghasil gas amonik (NH3)Protein mengandung unsur N dapat diuraikan oleh enzim urease menghasilkan asam amino. Enzim urease dimiliki oleh beberapa spesies. Asam amino oleh bakteri Clostridium sporogenes diuraikan menjadi amoniak. 50Bakteri penghasil gas amonik (NH3)Asam asam yang dihasilkan oleh mikrobaAsam sulfat: Dihasilkan oleh bakteri Thiobacillus thiooxydans dapat hidup pada pH 0,5. pH optimum (2-3,5).Asam nitrat: Bakteri nitrosomonas mengoksidasi amoniak menjadi nitrit. Kemudian nitrit yang terbentuk didioksidasi menjadi nitrat oleh bakteri Nitrobacter hingga erbentuk asam nitrat.Asam susu: Dihasilkan oleh bakteri asam susu dari substrat gula yang ada di dalam susu iaitu laktosa. Laktosa merupakan substrat yang sangat baik bagi bakteri Srepococcus lactis, dan Lactobacillus.Asam cuka: Bila alkohol dibiarkan kontak dengan udara akan beruah menjadi asam cuka yang dihasilkan oleh bakteri Acetobacter.Asam lemak : Propionat, butirat, valerat, kaproat, kaprilat. Asam propionat sangat penting dalam pembuatan keju.51Toksin (racun)Toksin adalah senyawa yang dapat membahayakan mahluk hidup. Ada dua macam toksin yang dihasilkan oleh bakteri iaitu endotoksin dan eksotoksin.Bakteri difteri, tetanus dan botulinum. Toksin botulinum adalah eksotoksin yang dapat dipisahkan dan dikristalkan. Toksin ini didapati pada makanan basi. Toksin sebanyak 0,0024 mg dapat mematikan manusia. Kebanyakan eksotoksin dapat dengan mudah terurai setelah perebusan atau pemanasan. Toksin botulinum akan mematikan apabila masuk dalam pencernaan atau peredaran darah.52Termogenesis dan Fotogenesis, fosforesensi dan luminisensiFotobacterium sp. Menghasilkan sinar (cahaya).Fosforesensi sering timbul pada ikan yang membusuk karena kadar garam tinggi dan oksigen.Simbiosis antara bakteri dan ikan menyebabkan pemantulan cahaya (fluoresensi).53KatabolismeMenghasilkan energi yang berasal dari peruraian nutien dengan bantuan enzim.Energi yang dihasilkan digunakan untuk kerja biologi oleh sel. Dalam memperoleh energi untuk mikroorganisme heterotropik, berasal dari oksidasi senyawa organik atau pelepasan elektron dan ion hidrogen dari senyawa anorganik. Mikroba fotosintetik memperoleh energinya dari sinar matahari.54Pernafasan atau respirasiProses peruraian nutrien dengan menggunakan oksidator.Pernafasan erob menggunakan oksigen bebas sebagai oksidator.5556Pada dasarnya metabolisme glukosa dapat dibagi dalam dua bagian yaitu yang tidak menggunakan oksigen atau anaerob dan yang menggunakan oksigen atau aerob. Reaksi anaerob terdiri atas serangkaian reaksi yang mengubah glukosa menjadi asam laktat. Proses ini disebut glikolisis. Tiap reaksi dalam proses glikolisis ini menggunakan enzim tertentu, misalnya seperti enzim heksokinase, fosfoheksoisomerase, fosfofruktokinase, enolase, laktat dehidrogenase, piruvat kinase, fosfogliseril kinase, dan lain-lain. Enzim yang mengkatalis reaksi dalam tahapan glikolisis dijumpai di sitoplasma sel. Disinilah glikolisis berlangsung. Glikolisis dimulai dengan fosforilasi glukosa menjadi glukosa 6 fosfat57
58
592. AnaerobMembutuhkan sedikit O2 -> Fakultatif dan tidak membutuhkan O2 -> obligatMenghasilkan 2 ATPDibedakan atas F. Laktat dan F. EtanolFase diawali glikolisis(glukosa -> as. piruvat)
60
61Glikolisis merupakan rangkaian reaksi yang mengkonversi glukosa menjadi piruvat. Pada organisme aerob, glikolisis adalah pendahuluan daur asam sitrat dan rantai transport electron, saat sebagian besar energi bebas glukosa dihasilkan. Sepuluh reaksi glikolisis terjadi didalam sitosol. Pada tahap pertama, glukosa dikonversi menjadi fruktosa 1,6-bifosfat melalui reaksi fosforilasi, isomerasi, dan fosforilasi kedua. Dua molekul ATP dipakai per molekul glukosa pada reaksi-reaksi ini. Pada tahap kedua, fruktosa 1,6 difosfat dipecah oleh aldolase membentuk dihidroksi aseton fosfat dan gliserildehida 3-fosfat, yang dengan mudah mengalami interkonvensi. Gliseraldehida 3-fosfat kemudian mengalami oksidasi dan fofforilasi membentuk 1-3-bisfosfogliserat, suatu asetil fosfat dengan potensi transfer fosforil yang tinggi. 3-fosfogliserat kemudian terbentuk dan ATP dihasilkan. Pada tahap akhir glikolisis, fosfoenolpiruvat, zat antara kedua dengan potensi transfer yang tinggi, dibentuk melalui pergeseran fosforil dan dehidrasi. ATP lainnya dihasilkan sewaktu fosfienolpiruvat dikonnversi menjadi piruvat. Tedapat keuntungan bersih dua molekul ATP pada pembentukan dua molekul piruvat dari satu molekul glukosa.
62Akseptor elektron pada oksidasi gliseraldehida 3-fosfat adalah NAD+, yang harus dihasilkan kembali agar glikosis dapat dihasilkan kembali agar glikolisis dapat berlangsung terus. Pada organism aerob, NADH yang terbentuk pada glikolisis mentransfer elektronnya ke O2 melalui rantai transport elektron, dan dengan demikian menghasilkan kembali NAD+. Pada keadaan aerob, NAD+ dihasilkan kembali melalui reduksi piruvat menjadi laktat. Pada sejumlah mikroorganisme, NAD+ biasanya dihasilkan kembali oleh sintesis laktat atau etanol dari piruvat. Dua proses ini merupakan contoh fermentasi.
63Jalur glikolisis mempunyai peran ganda: degradasi glukosa untuk menghasilkan ATP, dan memberikan unit-unit penyusun untuk sintesis komponen-komponen sel. Kecepatan konversi glukosa piruvat diatur sesuai dengan dua keperluan utama sel ini. Pada reaksi fisiologis, reaksi-reaksi glikolisis dengan mudah reversible kecuali reaksi-reaksi yang dikatalisis oleh heksokinase, fosfofruktokinase, dan piruvat kinase. Fosfofruktokinase, elemen pengontrol terpenting pada glikolisis, dihambat oleh kadar tinggi ATP dan sitrat, dan diaktifkan oleh AMP dan fruktosa 2,6 bifosfat.64Anabolisme- katabolismeAnbolisme adalah sintesis molekul besar dari molekul kecil, memerlukan energi di mana energi disediakan oleh proses katabolisme (peruraraian molekul besar seperti glukosa menjadi asam piruvat). Katabolisme menghasilkan ATP (Adenosin trifosfat) sebagai simpanan energi sel. ATP dapat terurai menghasilkan ADP (Adenosin di fosfat) dan sejumlah energi. 65EnzimProses anabolisme dan katabolisme dipercepat oleh enzim yang dihasilkan oleh mikroba itu sendiri.Jumlahnya sangat sedikit tetapi perananya sangat vital dalam keberlangsungan metabolisme sel karena tanpa enzim yang aktif, metabolisme tidak akan dapat berlangsung.Di dalam sel terdapat ribuan jenis enzim yang mempunyai tugas yang berbeda dan bekerja sesuai dengan urutan reaksi yang dikendalikan oleh sistem pengendalian terpusat sehingga produk produk yang dihasilkan sesuai dengan yang dikehendaki oleh sel yaitu komponen-komponen untuk menyusun bagian-bagian sel. Enzim tidak habis, jumlahnya tetap sebelum dan sesudah reaksi.
66Enzim intraseluler dan ekstraselulerEnzim dihasilkan oleh mikroba ada yang tetap di dalam sel (intraseluler) dan ada yang dieksresikan keluar dinding sel (ekstra seluler).Enzim intraseluler contohnya: heksokinase, fosfofruktokinase, dan piruvat kinase. Enzim-enzim ini digunakan di dalam siklus glikolisis dan daur asam sitrat. Fosfofruktokinase, elemen pengontrol terpenting pada glikolisis. Piruvat kinase situs pengontrol daur asam sitrat. Heksokinase mengkatalis reaksi fosforilasi senyawa glukosa atau heksosa di dalam sel.Enzim yang dihasilkan oleh mikroba dan bentuk kehidupan lain seperti enzim dari binatang dan manusia mempunyai kesamaan. Fungsi utama eksoenzim adalah melangsungkan perubahan perubahan pada nutrien di luar sel sehingga memungkinkan nutrien memasuki sel. Misalnya enzim amilase menguraikan karbohidrat menjadi monosakarida. 67686970
