Bioenergetik Mikroba

Bioenergetik mikroba mempelajari penghasilan dan penggunaan energi oleh mikroba

Mikroba melakukan proses metabolisme yang terdiri atas katabolisme dan anabolisme

Katabolisme merupakan proses perombakan bahan disertai pembebasan energi (reaksi eksergonik)

Anabolisme merupakan proses biosintesis yang memerlukan energi (reaksi endergonik)

A. Biooksidsi dan Pemindahan Energi

§ Energi yang berasal dari cahaya harus diubah menjadi energi kimia sebelum digunakan dalam reaksi endergonik

§ Dalam sel, energi kimia terdapat dalam bentuk gugus organik berenergi tinggi. yang mengandung S atau P, Adenosin trifosfat (ATP) salah satu gugus berenergi tinggi yang terpenting

§ Energi yang dibebaskan ATP tergantung pada keadaan hidrolisisnya, terutama pH dan kadar reaktan. Meskipun ATP mengandung 2 fosfat berenergi tinggi, dalam reaksi umumnya hanya satu fosfat berenergi tinggi digunakan untuk aktivasi

§ Oksidasi dalam sel dikatalisis oleh enzim yang mempunyai kofaktor atau gugus prostetis

B. Fermentasi

§ Suatu reaksi oksidasi-reduksi disebut fermentasi (respirasi anaerob) apabila sebagai aseptor elektron yang terakhir bukan oksigen, dan fermentasi merupakan bagian perombakan gula secara anaerob

§ Banyak jasad yang dapat melakukan fermentasi lewat (jalur) rangkaian reaksi kimia tertentu, antara lain melalui jalur:

- Jalur Emden-Meyerhof-Parnas (EMP)

- Jalur Entner-Doudoroff (ED)

- Jalur Heksosa Mono Fosfat (HMP)

- Jalur Heterofermentatif bakteri asam laktat

- Jalur Metabolisme asam piruvat secara anaerob

C. Respirasi

- Respirasi adalah proses oksidasi biologis dengan O₂ sebagai aseptor elektronnya yang terakhir

- Pada respirasi dihasilkan banyak energi yang dapat digunakan untuk proses biosintesis

- Reaksi ini lewat bagan terutama siklus Krebs, meskipun ada yang lewat terobosan asam glioksilat

A. Fotosintesis

Fotosintesis menggunakan cahaya sebagai sumber energi. Proses ini menggunakan pigmen klorofil untuk mengabsorpsi energi cahaya dan mengubahnya menjadi energi kimia. Jika klorofil terkena cahaya, akan mengabsorpsi sebesar h sehingga terangsang dan membebaskan elektron; klorofil menjadi bermuatan positif, elektron yang lepas akan bergerak lewat sistem transpor elektron dan kembali ke pusat reaksi klorofil

E. Penggunaan Energi Oleh Jasad

Energi digunakan dalam setiap reaksi endergonik dan reaksi eksergonik

Untuk memulai reaksi diperlukan energi aktivasi

Dalam setiap reaksi enzim mempunyai peranan penting

B. Katabolisme Makromolekul

Terjadi proses peruraian, antara lain:

1. Peruraian Karbohidrat

2. Peruraian Lemak

3. Peruraian Protein

4. Peruraian Asam Nukleat

Dibantu oleh enzim, dan selanjutnya dimetabolisme lewat siklus Krebs

Enzim Mikroba

Enzim adalah katalisator organik (biokatalisator) yang dihasilkan oleh sel yang berfungsi untuk mempercepat reaksi kimia. Enzim juga tidak mengalami perubahan jumlah dan mempunyai selektivitas spesifitas yang tinggi terhadap reaktan yang direaksikan dan jenis reaksi yang dikatalisasi.

A. Mekanisme Bekerjanya Enzim

· Enzim meningkatkan kecepatan reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi

· Energi aktivasi adalah energi yang diperlukan untuk mengaktifkan suatu reaktan sehingga dapat bereaksi untuk membentuk senyawa lain

· Saat berlangsungnya reaksi enzimatik terjadi ikatan sementara antara enzim dengan substratnya (reaktan) yang bersifat labil dan hanya untuk waktu yang singkat saja. Selanjutnya ikatan enzim-substrat akan pecah menjadi enzim dan hasil akhir

· Enzim yang terlepas kembali setelah reaksi dapat berfungsi lagi sebagai biokatalisator untuk reaksi yang sama

B. Struktur Enzim

· Pada umumnya enzim tersusun dari protein, dapat berupa protein sederhana atau protein yang terikat pada gugusan non-protein

· Dialisis enzim dapat memisahkan bagian-bagian protein, yaitu bagian protein yang disebut apoenzim dan bagian nonprotein yang berupa koenzim, gugus prostetis dan kofaktor ion logam. Masing-masing bagian tersebut apabila terpisah menjadi tidak aktif.

· Apoenzim apabila bergabung dengan bagian nonprotein disebut holoenzim yang bersifat aktif sebagai biokatalisator

· Koenzim dan gugus prostetik berfungsi sama. Koenzim adalah bagian yang terikat secara lemah pada apoenzim (protein), sedangkan gugus prostetik adalah bagian yang terikat dengan kuat pada apoenzim

· Koenzim berfungsi menentukan jenis reaksi kimia yang dikatalisis enzim

C. Penggolongan Enzim

1. Berdasarkan tempat bekerjanya

a. Endoenzim, disebut juga enzim intraseluler, yaitu enzim yang bekerjanya di dalam sel

b. Eksoenzim, disebut juga enzim ekstraseluler, yaitu enzim yang bekerjanya di luar sel

2. Berdasarkan daya katalisis

a. Oksidoreduktase, mengkatalisis reaksi oksidasi-reduksi, yang merupakan pemindahan elektron, hidrogen, atau oksigen

b. Transferase, mengkatalisis pemindahan gugusan molekul dari suatu molekul ke molekul yang lain

c. Hidrolase, mengkatalisis reaksi-reaksi hidrolisis

d. Liase, mengkatalisis pengambilan atau penambahan gugusan dari suatu molekul tanpa melalui proses hidrolisis

e. Isomerase, mengkatalisis reaksi isomerisasi

f. Ligase, mengkatalisis reaksi penggabungan 2 molekul dengan dibebaskannya molekul pirofosfat dari nukleosida trifosfat

g. Enzim lain dengan tatanama berbeda, enzim yang penamaannya tidak menurut cara di atas, misalnya enzim pepsin

3. Penggolongan enzim berdasar cara terbentuknya

a. Enzim konstitutif, enzim yang jumlahnya dipengaruhi kadar substratnya, misalnya: enzim amilase

b. Enzim adaptif, enzim yang pembentukannya dirangsang oleh adanya substrat, contoh: enzim beta galaktosidase yang dihasilkan oleh bakteri E.coli yang ditumbuhkan di dalam medium yang mengandung laktosa

D. factor-Faktor Yang Mempengaruhi Reaksi Enzimatik

1. Substrat (reaktan)

Penambahan kadar substrat sampai jumlah tertentu dengan jumlah enzim yang tetap, akan mempercepat reaksi enzimatik sampai mencapai maksimum. Namun penambahan substrat selanjutnya tidak akan menambah kecepatan reaksi

2. Suhu

Kenaikan suhu sampai optimum akan diikuti pula oleh kenaikan kecepatan reaksi enzimatik

3. Kemasaman (pH)

pH dapat mempengaruhi aktivitas enzim, daya katalisis enzim menjadi rendah pada pH rendah maupun tinggi, karena terjadinya denaturasi protein enzim

4. Penghambat Enzim (Inhibitor)

Inhibitor enzim adalah zat atau senyawa yang dapat menghambat enzim dengan beberapa cara penghambatan, yaitu Penghambat Bersaing (Kompetitif), Penghambat Tidak Bersaing (Non-kompetitif), Penghambat Umpan Balik (Feed Back Inhibitor), Penghambat Represor, dan Penghambat Alosterik

5. Aktivator (Penggiat) atau Kofaktor

Aktivator atau kofaktor adalah suatu zat yang dapat mengaktifkan enzim yang semula belum aktif. Enzim yang belum aktif disebut pre-enzim atau zymogen (simogen)

6. Penginduksi (Induktor)

Induktor adalah suatu substrat yang dapat merangsang pembentukan enzim

Nutrisi dan Medium Mikroba

1. Interaksi Dalam Satu Populasi Mikroba

· Ietaraksi Positif

- Meningkatkan kecepatan pertumbuhan dan kepadatan populasi

- Disebut juga kooperasi, contoh: pertumbuhan satu sel mikroba menjadi koloni

· Interaksi Negatif

- Menurunkan kecepatan pertumbuhan dengan meningkatnya kepadatan populasi

- Disebut juga kompetisi, contoh: interkasi jamur Fusarium dan Verticillium menghasilkan asam lemak dan H₂S yang bersifat meracun

2. Interaksi Antar Populasi Mikroba

· Netralisme

· Komensalisme

· Sinergisme

· Mutualisme ( Simbiosis )

· Kompetisi

· Amensalisme ( Antagonisme )

· Parasitisme

· Predasi

Nutrisi dan Medium Mikroba

- Medium adalah tempat untuk menumbuhkan mikroba

- Mikroba memerlukan nutrisi untuk memenuhi kebutuhan energi, bahan pembangun sel, dan sintesis protoplasma serta bagian-bagian sel lainnya

- Setiap mikroba mempunyai sifat fisiologi tertentu, sehingga memerlukan nutrisi tertentu pula

- Susunan kimia sel mikroba relatif tetap, baik unsur kimia maupun senyawa yang terkandung di dalam sel. Penyusun utama sel adalah C, H, O, N, dan P, yang jumlahnya + 95 % dari berat kering sel, sedangkan sisanya tersusun dari unsur-unsur lain

- Air 80-90 %, dan bagian lain 10-20 % terdiri dari protoplasma, dinding sel, lipida untuk cadangan makanan, polisakarida, polifosfat, dan senyawa lain

A. Fungsi Nutrisi Untuk Mikroba

- Setiap unsur nutrisi mempunyai peran tersendiri dalam fisiologi sel.

- Mikroba dapat menggunakan makanannya dalam bentuk padat (tergolong tipe holozoik ) maupun cair (tergolong tipe holofitik)

- Mikroba holofitik dapat pula menggunakan makanan dalam bentuk padat, tetapi makanan tersebut harus dicernakan lebih dulu di luar sel dengan pertolongan enzim ekstraseluler (extracorporeal digestion)

Bahan makanan yang digunakan berfungsi sebagai sumber energi, bahan pembangun sel, dan sebagai aseptor atau donor elektron

Dalam garis besarnya bahan makanan dibagi menjadi tujuh golongan yaitu:

- Air

- Sumber Energi

- Sumber Karbon

- Sumber Reseptor Elektron

- Sumber Mineral

- Faktor Tumbuh

- Sumber Nitrogen

B. Penggolongan Mikroba Berdasarkan Nutrisi Dan Oksigen

Berdasarkan Sumber Karbon

1. Jasad Ototrof ialah jasad yang memerlukan sumber karbon dalam bentuk anorganik, misalnya CO₂ dan senyawa karbonat

2. Jasad Heterotrof ialah jasad yang memerlukan sumber karbon dalam bentuk senyawa organik, yang dibedakan menjadi:

a. Jasad Saprofit ialah jasad yang dapat menggunakan bahan organik yang berasal dari sisa jasad hidup atau sisa jasad yang telah mati

b. Jasad Parasit ialah jasad yang hidup di dalam jasad hidup lain dan menggunakan bahan dari jasad inang (hospes)-nya, jasad parasit yang dapat menyebabkan penyakit pada inangnya disebut jasad patogen

Berdasarkan Sumber Energi

1. Jasad Fototrof : jika menggunakan energi cahaya

2. Jasad Khemotrof : jika menggunakan energi dari reaksi kimia

Jika didasarkan atas sumber energi dan karbonnya, maka dikenal jasad Fotoototrof, Fotoheterotrof, Khemoototrof dan Khemoheterotrof

Berdasarkan Sumber Donor Elektron

1. Jasad Litotrof ialah jasad yang dapat menggunakan donor elektron dalam bentuk senyawa anorganik seperti H2, NH3, H2S, dan S

2. Jasad Organotrof ialah jasad yang menggunakan donor elektron dalam bentuk senyawa organik

Berdasarkan Kebutuhan Oksigen

1. Jasad Aerob ialah jasad yang menggunakan oksigen bebas (O₂) sebagai satu-satunya aseptor hidrogen yang terakhir dalam proses respirasinya

2. Jasad Anaerob, sering disebut anaerob obligat ialah jasad yang tidak dapat menggunakan oksigen bebas sebagai aseptor hidrogen terakhir dalam proses respirasinya

3. Jasad Mikroaerob ialah jasad yang hanya memerlukan oksigen dalam jumlah yang sangat sedikit

4. Jasad Aerob Fakultatif ialah jasad yang dapat hidup dalam keadaan anaerob maupun aerob. Jasad ini juga bersifat anaerob toleran

5. Jasad Kapnofil ialah jasad yang memerlukan kadar oksigen rendah dan kadar CO₂ tinggi

C. Medium Pertumbuhan Mikroba

Macam Medium Pertumbuhan

1. Medium Dasar/Basal Mineral

Medium yang mengandung campuran senyawa anorganik yang selanjutnya ditambah zat lain apabila diperlukan

2. Medium Sintetik

Medium yang seluruh susunan kimia dan kadarnya telah diketahui dengan pasti

3. Medium Kompleks

Medium yang susunan kimianya belum diketahui dengan pasti

4. Medium Diperkaya

Medium yang ditambah zat tertentu yang merupakan nutrisi spesifik untuk jenis mikroba tertentu