Mata Kuliah : Mikrobiologi Umum
Tujuan Instruksional Khususu : Menjelaskan mekanisme metabolisme mikroorganisme.
Pokok Bahasan : Metabolisme
Pendahuluan
Dalam hal ini akan dibicarakan hal-hal yang berhubungan dengan proses metabolisme pada jasad renik, factor-factor yang mempengaruhi, produk dan manfaatnya bagi proses-proses kehidupan manusia.
Untuk diketahui bahwa istilah umum dari metabolisme dapat diartikan sebagai keseluruhan proses-proses biokimia pada nutrisi organic didalam sel hidup. Ada juga yang menjabarkan bahwa metabolisme merupakan seluruh aktifitas kimia yang teratur dilakukan oleh satu sel yang menghasilkan energi atau memerlukan energi. Sebagai contoh bagaimana makanan yang dimakan oleh ternak sehingga menjadi daging, susu, bulu, feses, urine keringat, nafas, energi dan lain-lainnya. Kemudian metabolisme ini dapat dibagi dua macam yaitunya : (1) Anabolisme dan (2) Katabolisme.
Anabolisme (asimilasi) adalah rangkaian proses metabolisme yang berkenaan dengan biosintesis komponen sel dari molekul pemula yang lebih kecil yang memerlukan energi untuk membentuk makromolekul besar yang merupakan komponen sel. Contohnya pembentukan protein atau lemak tubuh.
Katabolisme (desimilasi) merupakan kebalikan dari anabolisme yaitunya proses-proses biokimia dimana terjadi pendegradasian molekul zat gizi, yang menghasilkan energi. Contohnya perombakan cadangan energi (lemak) yang terdapat di bawah kulit untuk menjadi energi.
menggabungkan unit-unit pembangun ini menjadi protein, asam nukleat, lipida, polisakarida dan komponen sel lainnya, dan (4) untuk membentuk dan mendegradasi biomolekul yang diperlukan didalam fungsi khusus sel.
Seperti diuraikan diatas bahwa dalam proses metabolisme ada yang memerlukan energi dan ada melepaskan energi. Energi ini ada yang berasal dari bahan makanan dan proses pembebasan atau pelepasan energi dari bahan makanan disebut dengan Bioenergetik. Umumnya mikroba memerlukan energi dari hasil oksidasi senyawa organik sebagai contoh dari proses perombakan nutrien (zat gizi) yang biasanya menghasilkan energi (Eksergonic).
ENZIM
Terjadinya proses reaksi kimia pada peristiwa metabolisme biasanya memerlukan katalisator. Pada proses metabolisme mikroba biasanya harus ada katalisator organik yang disebut enzim. Enzim dapat didefinisikan suatu zat yang disintesa didalam sel yang jumlahnya amat relatif kecil tapi mampu melakukan perubahan-perubahan yang berhubungan dengan proses-proses kehidupan sel. Ada juga yang mengartikan bahwa enzim adalah suatu persenyawaan kimia yang membatu terjadinya proses reaksi kimia yang mana dia sendiri tidak akan ikut bereaksi. Menurut sejarahnya orang yang pertama kali mengekstrak enzim adalah J.B. Sumner (1926) di Cornell University. Beliau mengisolasi enzim Urease dalam bentuk kristal yang diperoleh dari ekstrak kacang.
Penamaan enzim ada perbedaan sesuai dengan perkembangan zaman. Pada permulaan abad ke 19 semua enzim diberi nama dengan akhiran in yang didahului oleh substrat yang dipecah atau asalnya. Contohnya sebabag berikut :
Enzim emulsin : memecah emulsi Enzim papain : berasal dari pepaya Enzim pankreatin : berasal dari pankreas
Peptidase : memecah peptida Papainase : berasal dari pepaya Protease : memecah protein
[image:3.612.83.529.257.404.2]Barulah pada tahun 1956 The International Union of Biochemistry membentuk suatu konsep sistem panamaan enzim dan resmi dipakai sejak 1961 sampai sekarang. Dalam hal ini enzim diklasifikasikan seperti tabel 2.
Table 2. Klasifikasi enzim secara international, berdasarkan atas reaksi yang dilakukan No Kelas Jenis reaksi yang dikatalis
1 Oksidoreduktase Pemindahan elektron
2 Transferase Reaksi pemindahan gugus fungsional
3 Hidrolase Reaksi hidrolisis (pemindahan gugus fungsional ke air) 4 Liase Penambahan gugus ke ikatan ganda atau sebaliknya 5 Isomerase Pemindahan gugus didalam molekul, menghasilkan
bentuk isomer
6 Ligase Pembentukan ikatan C-C, C-S, C-O dan C-N oleh reaksi kondensasi yang berkaitan dengan penguraian ATP
Sebagai contoh penamaan enzim yang mengkatalisis reaksi ATP + D-Glukosa → ADP + D-Glukosa 6 fosfat
Nama sistematik formal enzim ini adalah fosfotranferase ATP: glukosa, yang menunjukkan bahwa enzim ini mengkatalisa pemindahan gugus fosfat dari ATP ke glukosa. Enzim ini ditempatkan ke dalam kelas dua pada Tabel 2 dan nomor klasifikasinya adalah 2.7.1.1, dengan bilangan pertama (2) menunjukkan nama kelas (transferase), bilangan kedua (7) bagi subkelas (fototransferase), dan bilangan ketiga (1) bagi sub-sub kelas (fosfotransferase dengan gugus hidroksil sebagai penerima), dan bilangan keempat (1) bagi D-Glukosa sebagai penerima fosfat. Biasanya kalau penamaan seperti ini ternyata panjang dan rumit dapat dipergunakan nama biasa, nama biasanya adalah heksokinase.
1. Enzim ekstra seluler (Eksoenzim) yaitu enzim yang bekerja diluar sel yang melaksanakan perombakan nutrien menjadi senyawa yang lebih sederhana supaya dapat memasuki sel. Contohnya perubahan Karbohidrat, protein dan lemak dari makanan diserap disaluran pencernaan menjadi sel-sel jaringan tubuh.
2. Enzim intra seluler (endoenzim) yaitu enzim yang berfungsi didalam sel untuk mensintesa bahan-bahan sel dan melaksanakan reaksi-reaksi yang berlansung didalam sel. Contohnya proses pernafasan, respirasi dll.
Menurut Dwidjoseputro (1984) sifat-sifat enzim diuraikan sebagai berikut : 1. Menggiatkan suatu reaksi atau kadang-kadang memulai suatu proses.
2. Bekerja khusus. Untuk pengubahan suatu zat tertentu diperlukan enzim yang tertentu pula.
3. Enzim itu protein, jadi suatu susunan koloid. 4. Dapat bekerja bolak balik.
5. Tidak tahan pada temperatur tinggi. Kegiatan enzim sangat dipengaruhi oleh suhu. Dibawah temperature maksimum, kenaikan suhu berarti bertambah giatnya enzim.
6. Dipengaruhi oleh pH, konsentrasi, suhu, substrat dan oleh hasil akhir.
[image:4.612.89.527.609.721.2]7. Banyak enzim memerlukan pembantu dalam melaksanakan tugasnya yang dikenal dengan istilah koenzim dan kofaktor. Koenzim itu biasanya suatu molekul organik komplek (Tabel 1). Kofaktor biasanya molekul anorganik seperti K, Mg, Fe dsb. Ada pula enzim-enzim yang terhambat pekerjaannya karena unsur-unsur Hg, F, Ca dsb yang disebut dengan istilah inhibitor.
Tabel 1. Koenzim berfungsi sebagai pembawa sementara atom spesifik atau gugus fungsional
N o
Koenzim Senyawa yang dipindahkan
1 Tiamin tirofosfat Aldehida
2 Flavin adenin dinukleotida Atom hidrogen
3 Nikotinamida adenin dinukleotida Ion hidrida (H-)
4 Koenzim A Gugus asil
6 5-Deoksiadenosik obalamin (koenzim B12) Atom H dan gugus alkil
7 Biositin CO2
8 Tetrahidrofolat Gugus satu karbon lainnya
Ada sekumpulan enzim yang menguraikan suatu zat dengan pertolongan air; enzim-enzim ini disebut dengan hidrolase. Enzim-enzim yang menolong dalam proses oksidasi dan reduksi disebut oksidase dan reduktase, sedangkan enzim-enzim yang menolong memutuskan ikatan C-C, C-N dan beberapa ikatan lainnya disebut desmolase.
Kelompok-kelompok hidrolase, oksidase dan desmolase masih perlu diperinci lagi berdasarkan substrat yang diuraikannya. Enzim hidrolase dibagi lagi seperti karbohidrase, esterase, dan proteinase. Enzim oksidase dibagi lagi atas dehidrogenase dan katalase. Desmolase dibagi lagi atas karboksilase dan transaminase.
Karbohidrase yaitu enzim yang menguraikan jenis karbohidrat seperti
a. Amilase enzim yang menguraikan amilum (pati, suatu polisakarida) menjadi maltosa (suatu disakarida).
b. Maltase enzim yang menguraikan maltosa menjadi glukosa
c. Sukrase enzim yang merobah sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa d. Laktase enzim yang merubah laktosa menjadi glukosa dan galaktosa e. Selulase enzim yang merubah selulosa menjadi selebiosa
f. Pectinase enzim yang merubah pektin menjadi asam pektin Enzim-enzim yang memecah golongan ester seperti.
a. Lipase enzim yang merubah lemak menjadi gliserol dan asam lemak. b. Fosfatase enzim yang merubah ester hingga terlepas asam fosfat. Enzim-enzim yang memecah protein proteinase atau protease seperti
a. Peptidase yang merubah peptida menjadi asam amino b. Gelatinase yang menguraikan gelatin.
c. Renin yang menguraikan kasein susu.
Cholecalciferol (Vitamin D3)
Inhibition Lever
Kidney
1,25-Dihydroxycholecalciferol
Activation Parathyroid Hormone
Intestine
Ca binding
protein Ca stimulatedATPase Alkaline phosphatase
Inhibition Intestinal absorption of Ca
Seperti disebut sebelumnya bahwa enzim ini akan bekerja dengan adanya koenzim, kofaktor dan inhibitor. Koenzim adalah kofactor organik yang diperlukan untuk aktifitas enzim-enzim tertentu; seringkali mengandung vitamin sebagai komponennya. Adalagi yang disebut koenzim A yaitunya koenzim yang mengandung asam pantotenat yang berfungsi sebagai pembawa gugus asil dalam reaksi enzimatik tertentu. Sedangkan kofaktor adalah zat organik atau anorganik yang berberat molekul rendah dan stabil terhadap panas diperlukan untuk aktifitas suatu enzim. Dalam hal ini, koenzim dan kofaktor menggerakkan kerja enzim sebaliknya inhibitor menghalangi kerja enzim. Ketiga unsur ini bekerja sama sehingga terjadi keseimbangan dalam proses metabolisma. Sebagai contoh dapat kita lihat gambar 1 mekanisme vitamin D dalam mengatur konsentrasi Ca dalam plasma darah.
Dalam kehidupan sehari-hari enzim-enzim ini terdapat dimana-mana disemua aspek kehidupan dialam. Contohnya seperti dalam proses pencernaan makanan, pelapukan, proses pembusukan sampah dll.
Adenosin tripospat (ATP)
pada biosintesis. Panas dapat melakukan kerja pada tekanan tetap hanya jika bentuk ini dapat mengalir dari bagian tubuh yang lebih panas ke bagian yang lebih dingin. Hal ini tidak mungkin terjadi didalam sel hidup, karena sifatnya isotermal: suhu tubuh sama pada semua bagian. Sebaliknya sejumlah besar energi yang dibebaskan dari glukosa dan bahan bakar selular lainnya pada proses katabolisme disimpan oleh sintesis adenosin trifosfat (ATP) dari adenosin difosfat (ADP) dan fosfat anorganik (Pi) yang terjadi
bersamaan. ATP, ADP dan fosfat terdapat di dalam semua sel hidup dan berfunmgsi secara umum sebagai sistem pemindah energi. Energi kinmia tersebut disimpan dalam bentuk ATP, dapat melansungkan empat jenis kegiatan:
(1) ATP dapat memberikan energi yang diperlukan bagi kerja kimia pada biosintesis. Didalam hal ini gugus fosfat terminal atau gugus ATP dipindahkan secara enzimatik kepada molekul pemula, unit pembangun, yang karenanya menjadi kaya energi dan siap untuk disusun menjadi makromolekul.
(2) ATP juga merupakan sumber energi bagi motilitas dan kontraksi
sel.
(3) Transport nutrien melalui membran, melawan gradien
konsentration.
(4) Energi ATP juga dipergunakan secara tidak terlihat untuk
menjamin pemindahan informasi genetik secara tepat selama biosintesis DNA, RNA dan protein, memang informasi itu sendiri merupakan suatu bentuk energi.
CO2
Oksidasi molekul bahan baker penghasil energi
O2
ATP
ADP + Pi
Biosintesis (kerja kimia) Transport aktif (kerja osniotik) Kontraksi otot (kerja mekanik) Pemindahan informasi genetik
Talaro dan Talaro (1999) menjabarkan ATP sebagai uang metabolik (metabolic money) karena ATP ini dapat diterima, disimpan, digunakan dan dirobah. ATP menghubungkan antara katabolisme yang menghasilkan energi dan aktivitas sel lainnya yang membutuhkan energi.
Gambar 2. Siklus ATP didalam sel
Sel heterotrof (organisma yang membutuhkan molekul nutrisi komplek seperti glukosa sebagai sumber energi dan karbon) memperoleh energi bebas dalam bentuk kimia dari degradasi (katabolisme) molekul nutrien, terutama dalam bentuk karbohidrat dan lemak, dan menggunakan energi ini untuk (1) melakukan sintesis biomolekul dari molekul pemula yang lebih kecil, (2) menjalankan kerja mekanik seperti pada kontraksi otot, dan (3) mengangkut biomolekul atau ion melalui membran menuju daerah berkonsentrasi lebih tinggi. ATP berperan sebagai senyawa antara utama yang menghubungkan reaksi kimia penghasil energi dan reaksi yang membutuhkan energi.
Fermentasi
Fermentasi merupakan proses metabolisme yang terjadi didalam kehidupan kita sehari-hari. Dapat kita lihat seperti dalam pembuatan tapai, tempe, oncom ataupun dalam pembuatan minuman keras seperti bir dan anggur. Fermentasi juga terjadi didalam proses pencernaan seperti yang terjadi didalam rumen ada ternak ruminansia. Dwidjoseputro (1984) membatasi pengertian fermentasi hanya pada alkoholisasi dan laktasi. Dia juga menguraikan bahwa istilah pembusukan digunakan untuk penguraian protein dan lain-lain senyawa yang mengandung N, sedang dalam penguraian itu timbul bau yang sering kali tidak sedap. Proses pembusukan itu akibat dari aktifitas bakteri, biasanyabakteri anaerob. VanSoest (1994) menerangkan bahwa fermentasi merupakan metabolisme oleh mikroorganisme dalam keadaan tanpa oksigen mengkonversikan karbohidrat menjadi produk organik seperti Asam lemak terbang (VFA atau SCFA), asam laktat dan etanol.
Faktor lingkungan yang mempengaruhi mikroba.
Perubahan lingkungan dapat merubah sifat morfologi dan fisiologi dari mikroba. Faktor lingkungan terdiri dari 2 golongan:
1. Faktor abiotik (kimia dan fisik)
2. Faktor biotik (kehidupan sesama mikroba) Faktor Abiotik :
1. Temperatur
Secara umum mikroba hidup pada suhu 0 – 90 0C. Batas temperatur kehidupan
mikroba ada tiga :
- Temperatur minimum yaitu temperatur paling rendah dimana kegiatan mikroba masih berlansung, dibawah suhu ini mikroba tidak dapat hidup.
- Temperatur optimum temperatur paling baik untuk kehidupan mikroba.
- Temperatur maksimum temperatur paling tinmggi yang masih dapat menumbuhkan mikroba tapi dengan tingkat kegiatan fisiologi paling minimal. Berdasarkan temperatur pertumbuhan mikroba dapat digolongkan 3 tipe :
Psykhofilik - 15 0C 10 0C 20 0C
Mesofilik 5 – 10 0C 30 – 37 0C 45 0C
