MIKROBIOLOGI METABOLISME BAKTERI

Metabolisme Bakteri Metabolisme : semua reaksi kimia yang terjadi dalam organisme hidup untuk memperoleh dan menggunakan energi, sehingga organisme dapat melaksanakan berbagai fungsi hidup. Metabolisme terdiri dari dua proses yang berlawanan yang terjadi secara simultan. Reaksi tersebut adalah: 1. Sintesis protoplasma dan penggunaan energi yang disebut sebagai Anabolisme. 2. Oksidasi substrat diiringi dengan terbentuknya energi disebut dengan Katabolisme. Bakteri memperoleh energi melalui proses oksidasi-reduksi. Oksidasi adalah proses pelepasan elektron sedang reduksi adalah proses penangkapan elektron. Karena elektron tidak dapat berada dalam bentuk bebas, maka setiap reaksi oksidasi selalu diiringi oleh reaksi reduksi. Hasil dari reaksi oksidasi  energi. - Reaksi oksidasi dikatalisis : enzim dehidrogenase  transfer elektron dan proton yang dibebaskan kepada aseptor elektron intermedier seperti NAD+ dan NADP+  NADH dan NADPH. - Fosforilasi oksidasi terjadi pada saat elektron yang mengandung energi tinggi tersebut ditransfer ke dalam serangkaian transpor elektron sampai akhirnya di tangkap oleh oksingen atau oksidan anorganik lainnya sehingga oksigen akan tereduksi menjadi H2O. - Berbagai carier yang mentransfer elektron menuju O2 : flavoprotein,quinon maupun citekrom. Ada dua macam energi yang digunakan oleh makhluk hidup. 1. Sinar matahari. Organismenya disebut dengan organisme fotosintesis atau di kenal juga dengan organisma fototrofik. 2. Oksidasi senyawa kimia. Organismenya disebut dengan organisme kemosintesis kemotrofik atau autotrofik. Fotosintesis ada 2 macam : 1. Fotosintesis tipe Cyanobacteria.  sama dengan fotosintesis yang terjadi pada tanaman tingkat tinggi. CO2 + 2H2O ……sinar matahari…… H2O + [ CH2O ]n + O2 Klorofil dimana pada sistem fotosintesis ini terdapat 2 fotosistem yaitu fotosistem (PS) I dan II. Aliran elektron dari PS II ke PS I  mengubah NADP+ menjadi NADPH. Aliran eletktron yang demikian dikatakan noncyelic phosphorilation. 2. Fotosintesis tipe Noncyanobacteria.  tidak memiliki fotosistim II untuk menfotolisis H2O  tidak pernah menggunakan air sebagai reduktan sehingga oksigen tidak pernah di hasilkan dari fotosintesis  dikenal dengan fotosintesis anaerob  memerlukan suplai senyawa organik sebagai donor hidrogennya. Sinar matahari CO2 +2H2A……………………….H2O + [CH2O]n + 2A Klorofil Berdasarkan tipe pada reduktan dan pigmen fotosintesisnya, bakteri ini dibagi menjadi 3 : 1. Chlorobiceae. Disebut juga dengan green-sulfur bacteria. Bakteri ini juga menggunakan hidrogen dan beberapa senyawa mengandung sulfat sebagai reduktannya. Sinar matahari a. CO2 + 2H2……………………….. CH2O + H2O b. CO2 + 2H2S ………………….. CH2O + H2O + 2 S c. 3CO2 + 2S + 5H2O ………………. 3 CH2O + 2H2SO2 d. 2CO2 + Na2S2O3 + 3H2O ……………….. 2CH2O + Na2SO4 2. Chromaticeae. Pada prinsipnya sama dengan Chomaticeae tetapi pigmen yang dimilikinya tidak hijau melainkan merah - jingga disebut dengan purple- sulfur- bacteria. 3. Rhodospirillaceae. Bakteri ini menggunakan hidrogen dan berbagai senyawa organik sebagai reduktan . contoh: Rhodospirillum, Rhodopseudomonas. Sinar mathari CO2 + 2CH3CHOHCOOH …………………….CH2O + H2O + 2CH3COCOOH  Hanya dapat berlangsung dalam keadaan anoerob. Akan tetapi ada beberapa anggota Rhodospirillaceae mampu melakukan pertumbuhan nonfotosintesik dengan adanya oksingen apabila media mengandung cukup nutisi untuk tumbuh. Chemotrofik atau Autotrofik Organisme - CO2 digunakan sebagai sumber karbon. - Diperlukan energi dan NADPH untuk mengubah CO2 menjadi material sel. METABOLISME FUNGI A. Metabolisme Karbon Berdasarkan kemampuan untuk memperoleh energi dari sumber karbon organisme dibedakan atas: a). Autotrof : memiliki kemampuan mengasimilasi karbon anorganik (misal CO2, CO3), atau senyawa dengan satu karbon (misalnya CH4)  karbon organik. - Dengan bantuan cahaya matahari : Fotoautotrof - Dengan bantuan oksidasi senyawa anorganik : Kemoautotrof b). Heterotrof : memiliki kemampuan mengasimilasi karbon organik  karbon organik lain. - Dengan bantuan cahaya matahari : Fotoheterotrof - Dengan bantuan oksidasi senyawa organik : Kemoheterotrof.  Fungi : mikroorganisme heterotrof karena tidak memiliki kemampuan untuk mengoksidasi senyawa karbon anorganik, atau senyawa karbon yang memiliki satu karbon.  Senyawa karbon organik  membuat materi sel baru berkisar dari molekul sederhana seperti gula sederhana, asam organik, gula terikat alcohol, polimer rantai pendek dan rantai panjang mengandung karbon, hingga kepada senyawa kompleks seperti karbohidrat, protein, lipid dan asam nukleat (Gadd, 1988; Madigan et al., 2002). A.1. Metabolisme Karbohidrat  Karbohidrat dan derivat : substrat utama untuk metabolism.  2 peranan penting :  Karbohidrat dapat dioksidasi menjadi energi kimia yang tersedia di dalam sel dalam bentuk ATP dan nukleotida phosphopyridine tereduksi  Karbohidrat menyediakan hampir semua karbon yang diperlukan untuk asimilasi konstituen sel fungi yang mengandung karbohidrat, lipid, protein, dan asam nukleat.  Tahap awal : Tahap transfor, kecuali untuk di- atau trisakarida yang harus dihidrolisis terlebih dahulu di luar sel.  Transpor monosakarida melalui membran dilakukan oleh suatu protein transport spesifik, yaitu permease.  Sebagian besar fungi dapat memanfaatkan monosakarida, sedikit di-, oligo dan poli karena tidak memiliki kemampuan untuk menghidrolisis molekul-molekul besar tersebut. A.2. Metabolisme Protein  Fungi berfilamen : menguraikan protein; khamir jarang menggunakan protein.  Skema : Fungi  menguraikan protein dan menggunakannya sebagai sumber nitrogen dan karbon (aktivitas enzim proteolitik/protease)sekresi protease ke lingkungan menguraikan protein menjadi asam-asam amino  hasil diangkut ke dalam sel (sistem transpor). A.3. Metabolisme Lipid  Digunakan dalam bentuk : lemak dan minyak  sebagai sumber karbon.  Enzim yang diperlukan untuk menghidrolisis : Lipase (triacylglycerol acylhydrolase) mengubah menjadi diasilgliserol, monoasilgliserol, gliserol atau asam lemak.  Berdasarkan lokasi pemutusan ikatan gliserol pada triasilgliserol, dibedakan menjadi 2 yaitu :  Lipase non-spesifik : memutus ikatan gliserol dari triasilgliserol pada tiga posisi  menghasilkan diasilgliserol, monoasilgliserol atau 3 molekul asam lemak dan gliserol.  Lipase spesifik : memutus ikatan gliserol dari triasilgliserol pada posisi satu dan tiga sehingga menghasilkan 1,2-diasilgliserol dan 2-monoasilgliserol.  Beberapa fungi yang menggunakan lipid dengan memanfaatkan kerja lipase :  C. cylindracea  C. deformans  C. curvata  C. rugosa  C. caseicolum  P. chrysogenum  P. citrinum  P. cyclopium  P. simplicissimum  P. roquefortii  Mucor miehei  Rhizopus delemar  Rhizopus japonicus  Rhizopus oligosporus  Materi organik  didegradasi oleh lipase lipase disekresi ke lingkungan (sebelum diangkut ke dalam sel). A.4. Metabolisme Asam Nukleat  Slaughter (1988) Fungi berfilamen  mengkatabolisme purin.  Beberapa fungi yang memanfaatkan hipoxanthin, xanthin, asam urat dan adenine sebagai nitrogen :  A. nidulans  P. chrysogenum  Fusarium moniliforme  Saccharomyces cerevisiae  menggunakan allantoin sebagai sumber nitrogen. B. Metabolisme Nitrogen B.1. Kemampuan Fungi Menggunakan Nitrogen Anorganik  Slaughter (1988) : “Semua mikroorganisme yang telah diteliti tampaknya dapat menggunakan ammonia sebagai sumber nitrogen anorganik.  Asimilasi nitrat pada khamir dan kapang menggunakan proses yang sama : nitrat ditranspor ke dalam sel  diubah menjadi amonium oleh enzim nitrat reduktase dan nitrit reduktase.  Nitrat reduktase : protein yang memerlukan kofaktor molibdopterin, haem-Fe dan FAD.  Fungi yang dapat menggunakan nitrat sebagai sumber nitrogen:  A. nidulans  C. utilis  Hansenula anomala  Hansenula polymorpha (sinonim : Pichia angusta)  Nitrit bersifat toksik bagi sebagian besar fungi, tetapi beberapa fungi dapat menggunakannya sebagai sumber nitrogen selama konsentrasi yang digunakan cukup rendah.  Enzim nitrit reduktase  mereduksi nitrit menjadi amonium dan memiliki ferredoksin, 2 kelompok protetik dan FAD.  Aspergillus nidulans dan Hansenula polymorpha dapat menggunakan nitrit  Saccharomyces dan Zygosaccharomyces tidak dapat menggunakan nitrat dan nitrit sebagai sumber nitrogen. B.2. Kemampuan Fungi Menggunakan Nitrogen Organik  Slaughter (1988) : sebagian besar fungi dapat tumbuh baik dalam medium yang mengandung glutamin, asparagin, dan arginin; diikuti dengan asam glutamat, asam aspartat dan alanin. C. Metabolisme Senyawa Lain  Fungi dapat menghidrolisis senyawa-senyawa toksik yang sulit diuraikan menjadi senyawa-senyawa yang lebih sederhana  dapat dimanfaatkan oleh mikroorganisme itu sendiri atau lainnya.  Contoh : Fenol dan derivatnya dapat dimanfaatkan sebagai sumber karbon dan energi oleh :  Aspergillus  Candida  Cladosporium  Fusarium  Monicillium  Trichoderma  Penicillium  Pleurotus  Phanerochaete Perbedaan antara Prokariot (Bakteri) dan Eukariot (Fungi) Kesimpulan : - Metabolisme Fungi lebih kompleks daripada bakteri, karena fungi merupakan mikroorganisme eukariotik yang sangat bervariasi  kemampuan memanfaatkan nutrien dari lingkungan dan kemampuan metabolisme yang dimiliki oleh fungi juga sangat bervariasi. Hingga saat ini masih banyak yang belum diketahui mengenai kemampuan metabolisme fungi, dan perlu dilakukan penelitian lebih lanjut  mengetahui sistem metabolisme fungi secara keseluruhan. - Fungi dan bakteri sama-sama memanfaatkan nutrien dari lingkungan sebagai sumber untuk bahan metabolismenya, serta metabolisme yang dilakukan meliputi (anabolisme dan katabolisme).