UNSUR MAKANAN YANG DIHASILKAN KOMPONEN SEL
Mikroba sama dengan makhluk hidup lainnya, memerlukan suplai nutrisi sebagai sumber energi dan pertumbuhan selnya. Unsur-unsur dasar tersebut adalah : karbon, nitrogen, hidrogen, oksigen, sulfur, fosfor, zat besi dan sejumlah kecil logam lainnya. Ketiadaan atau kekurangan sumber-sumber nutrisi ini dapat mempengaruhi pertumbuhan mikroba hingga pada akhirnya dapat menyebabkan kematian. Kondisi tidak bersih dan higienis pada lingkungan adalah kondisi yang menyediakan sumber nutrisi bagi pertumbuhan mikroba sehingga mikroba dapat tumbuh berkembang di lingkungan seperti ini. Oleh karena itu, prinsip daripada menciptakan lingkungan bersih dan higienis adalah untuk mengeliminir dan meminimalisir sumber nutrisi bagi mikroba agar pertumbuhannya terkendali.
Menurut Waluyo (2005), peran utama nutrien adalah sebagai sumber energi, bahan pembangun sel, dan sebagai aseptor elektron dalam reaksi bioenergetik (reaksi yang menghasilkan energi). Oleh karenanya bahan makanan yang diperlukan terdiri dari air, sumber energi, sumber karbon, sumber aseptor elektron, sumber mineral, faktor pertumbuhan, dan nitrogen. “Selain itu, secara umum nutrient dalam media pembenihan harus mengandung seluruh elemen yang penting untuk sintesis biologik oranisme baru.
Pertumbuhan mikoorganisme tergantung dari tersedianya air. Bahan-bahan yang terlarut dalam air, yang digunakan oleh mikroorganisme untuk membentuk bahan sel dan memperoleh energi, adalaah bahan makanan.
A. NUTRISI MIKROORGANISME
Mayoritas komponen seluler adalah karbon, oksigen, hidrogen, nitrogen, fosfor dan elemen ini merupakan penyusun utama membran, protein, asam nukleat dan struktur seluler lainnya. Elemen ini diperlukan paling banyak oleh mikroba untuk menyusun komponen selulernya. Oleh karena itu disebut makronutrien. Elemen lainnya yang sedikit diperlukan oleh mikroba untuk menyusun komponen selulernya disebut mikronutrien. Elemen lainnya yang sangat sedikit (bahkan tidak terukur) diperlukan sel untuk menyusun komponen seluler, tetapi harus hadir dalam nutrisinya disebut trace elemen. Semua elemen yang diperlukan oleh mikroba dipaparkan dalam bab selanjutnya. Faktor pertumbuhan merupakan molekul organik yang penting bagi pertumbuhan tetapi tidak mampu disintesis oleh mikroba sendiri seperti vitamin dan asam amino.
1. Sumber-sumber nutrisi a. Sumber Karbon
b. Sumber Nitrogen
Nitrogen merupakan komponen utama protein dan asam nukleat, yaitu sebesar lebih kurang 10 persen dari berat kering sel bakteri. Sumber nitrogen yang paling lazim untuk mikroorganisme adalah garam-garam ammonium. Beberapa prokariot mampu mereduksi nitrogen molekul (N2 atau dinitrogen). Mikroorganisme lain memerlukan asam-asam amino sebagai sumber nitrogen, jadi yang mengandung nitrogen organik. Tidak semua mikroorganisme mampu mereduksi sulfat, beberapa diantaranya memerukan H2S atau sistein sebagai sumber S.
c. Sumber Belerang
Belerang adalah komponen dari banyak substansi organik sel. Belerang membentuk bagian struktur beberapa koenzim dan ditemukan dalam rantai samping cisteinil dan merionil protein. Belerang dalam bentuk asalnya tidak dapat digunakan oleh tumbuhan atau hewan. Namun, beberapa bakteri autotropik dapat mengoksidasinya menjadi sulfat (SO42-).
d. Sumber Phospor
Fosfat (PO43-) dibutuhkan sebagai komponen ATP, asam nukleat dan sejumlah koenzim seperti NAD, NADP dan flavin. Selain itu, banyak metabolit, lipid (fosfolipid, lipid A), komponen dinding sel (teichoic acid), beberapa polisakarida kapsul dan beberapa protein adalah bergugus fosfat. Fosfat selalu diasimilasi sebagai fosfat anorganik bebas (Pi).
e. Sumber Mineral
Sejumlah besar mineral dibutuhkan untuk fungsi enzim. Ion magnesium (Mg2+) dan ion ferrum (Fe2+) juga ditemukan pada turunan porfirin yaitu: magnesium dalam molekul klorofil, dan besi sebagai bagian dari koenzim sitokrom dan peroksidase. Mg2+ dan K+ keduanya sangat penting untuk fungsi dan kesatuan ribosom. Ca2+ dibutuhkan sebagai komponen dinding sel gram positif, meskipun ion tersebut bebas untuk bakteri gram negatif. Banyak dari organisme laut membutuhkan Na+ untuk pertumbuhannya.
f. Sumber Oksigen
JENIS MIKROBA BERDASARKAN SUMBER ENERGI
1. Bakteri Autotrof
Bakteri autotrof termasuk organisme yang mensintesis makanan organik mereka sendiri. Bakteri autotrof menggunakan bahan anorganik untuk menghasilkan makanan organik. Bakteri autotrof mendapatkan karbon dari karbon dioksida dan menggunakan hidrogen yang diperoleh dari hidrogen sulfida (H2S), amonia (NH3), atau hidrogen (H2).
Bakteri autotrof dibagi lagi menjadi fototrof dan kemotrof (lithotrof dan organotrof).
a. Bakteri Fototrof
Bakteri fototrof memiliki pigmen fotosintesis pada membran yang disebut
‘bacteriochlorophyll’ (seperti klorofil pada tumbuhan). Bakteri fototrof memanfaatkan cahaya matahari untuk membuat makanan dan menghasilkan energi. Namun tidak seperti halnya tumbuhan, bakteri ini tidak menghasilkan oksigen selama fotosintesis. Beberapa bakteri fototrof diantaranya adalah Cyanobacteria, bakteri sulfur hijau, bakteri Chloroflexi, dan bakteri Purple.
b. Bakteri Litotrof
Sumber energi utama bagi bakteri litotrof adalah senyawa anorganik. Bakteri ini mendapatkan nutrisi berupa senyawa anorganik dari mineral pada batuan. Bakteri ini
membutuhkan karbon, oksigen, hidrogen, nitrogen, fosfor serta beberapa elemen lain. Untuk kelangsungan hidupnya, bakteri litotrof mengoksidasi senyawa anorganik seperti hidrogen sulfida, elemen sulfur, amonium, dan ion besi (ferro) yang sebagian besar diperoleh dari batuan. Bakteri nitrifikasi seperti bakteri Nitrosomonas dan Nitrobacter memperoleh energi dengan mengoksidasi amoniak menjadi nitrat. Bakteri sulfur seperti Thiobacillus dan Beggiatoa mendapatkan energi dengan mengoksidasi hidrogen sulfida menjadi sulfur. Sedangkan bakteri besi seperti Ferrobacillus dan bakteri Gallionella akan mengoksidasi ion besi ferro menjadi bentuk ferri untuk menghasilkan energi. Tapi litotrof tidak mendapatkan karbon dari mineral batuan. Beberapa bakteri litotrof mendapatkan karbon dari udara, sementara yang lainnya mendapatkan karbon dari bahan organik.
Bakteri organotrof mendapatkan nutrisi dan menghasilkan energi dari senyawa organik. Untuk bertahan hidup, bakteri organotrof mengonsumsi organisme autotrof atau heterotrofi, susu, daging, dan bahan-bahan yang membusuk (sisa-sisa). Bakteri patogen termasuk ke dalam organotrof. Mereka hidup dalam tubuh hewan dan tumbuhan serta mendapatkan makanan organik dari tubuh inangnya. Bakteri yang termasuk organotrof diantaranya bakteri Bacillus, Clostridium atau Enterobacteriaceae.
2. Bakteri Heterotrof
Bakteri heterotrof mengonsumsi makanan yang sudah tersedia di lingkungan sekitar mereka. Artinya bakteri ini tidak dapat mensintesis makanan mereka sendiri. Pada bakteri autotrof, karbon diperoleh dari pengubahan karbon dioksida. Sedangkan pada bakteri heterotrofik, karbon berasal dari senyawa karbon organik.
a. Bakteri Saprofit
Bakteri saprofit adalah bakteri yang memperoleh nutrisi dari bahan organik yang mati. Enzim eksogen disekresikan oleh bakteri untuk membantu menguraikan bahan organik kompleks menjadi bentuk yang mudah larut dan mudah diserap. Bakteri akan menyerap nutrisi tersebut untuk menghasilkan energi. Bakteri saprofit dianggap sebagai bakteri yang ramah karena berperan penting dalam ekosistem sebagai dekomposer.
b. Bakteri Aerobik dan Anaerobik
MEKANISME MIKROBA MENDAPATKAN MAKANAN
KATABOLISME
Katabolisme adalah serangkaian reaksi yang merupakan proses pemecahan senyawa kompleks menjadi senyawa-senyawa yang lebih sederhana dengan membebaskan energi, yang dapat digunakan organisme untuk melakukan aktivitasnya. Termasuk didalamnya reaksi pemecahan dan oksidasi molekul
makanan seperti reaksi yang menangkap energi dari cahaya matahari. Fungsi reaksi katabolisme adalah untuk menyediakan energi dan komponen yang dibutuhkan oleh reaksi anabolisme. Katabolisme merupakan suatu proses yang berkebalikan dengan proses anabolisme, yaitu suatu proses pembongkaran, dimana energi yang
tersimpan digunakan untuk menyelenggarakan proses-proses kehidupan.
Proses pembebasan energi di dalam sel disebut respirasi sel. Pada respirasi sel, energi kimia dalam makanan diubah menjadi gerak. Peristiwa ini terlihat pada kontraksi otot dan pergerakan molekul-molekul atau ion-ion pada pengangkutan aktif. Disamping itu energi ini juga dapat digunakan untuk reaksi-reaksi yang membentuk senyawa kimia baru, ataupun dibebaskan sebagai panas.
Sifat dasar yang pasti dari reaksi katabolisme berbeda pada setiap organisme, dimana molekul organik digunakan sebagai sumber energi pada organotrof,
sementara litotrof menggunakan substrat anorganik dan fototrof menangkap cahaya matahari sebagai energi kimia. Tetapi, bentuk reaksi katabolisme yang berbeda-beda ini tergantung dari reaksi redoks yang meliputi transfer elektron dari donor tereduksi seperti molekul organik, air, amonia, hidrogen sulfida, atau ion besi ke molekul akseptor seperti oksigen, nitrat, atau sulfat. Pada hewan reaksi katabolisme meliputi molekul organik kompleks yang dipecah menjadi molekul yang lebih
disebut respirasi seluler. Ada 2 macam respirasi yaitu respirasi aerob dan respirasi anaerob.
Respirasi Aerob
Proses repirasi disebut aerob karena dibutuhkan oksigen sebagai akseptor elektron, selain itu disebut respirasi anaerob atau fermentasi. Respirasi aerob terdapat 4 tahap utama yaitu Glikolisis, Dekarboksilasi Oksidatif, Siklus Krebs dan Transpor Elektron.
1. Glikolisis adalah 10 tahap pertama biokimia yang menghasilkan ATP pada
fosforilasi tingakt substrat. Untuk 1 molekul glukosa, 2 ATP digunakan pada 3 tahap pertama dan 4 ATP dihasilkan pada 4 tahap terakhir. Hasil kotor glikolisis yaitu 2 molekul asam piruvat(3C), 2 ATP, 2 NADH dan 2 H2O. Glikolisis terjadi di
sitosol/sitoplasma dan bisa dianggap proses anaerob karena belum menggunakan oksigen. Ringkasan tahapan glikolisis:
• Fosforilasi glukosa oleh ATP
• Penyusunan kembali struktur glukosa yang terfosforilasi, diikuti oleh fosforilasi kedua.
• Molekul glukosa(6C) akhirnya pecah menjadi 2 senyawa 3 karbon berlainan yaitu Glyceraldehyde 3 phosphate (G3P atau PGAL) dan satunya lagi yaitu
Dihydroxylacetone phosphate (DHAP). DHAP segera diubah menjadi PGAL oleh enzim isomerase. (Proses perubahan ini mencapai kesetimbangan di dalam tabung reaksi namun hal ini tidak terjadi di dalam tubuh makhluk hidup)
• Oksidasi yang diikuti oleh fosforilasi dari fosfat anorganik(bukan dari ATP) menghasilkan 2 NADH dan 2 molekul difosfogliserat(BPG/PGA), masing-masing dengan 1 ikatan fosfat berenergi tinggi
• Pelepasan ikatan berenergi tinggi dengan 2 ADP menghasilkan 2 ATP dan meninggalkan 2 molekul fosfogliserat(PGA)
• Pelepasan air menyebabkan 2 molekul fosfoenolpiruvat dengan ikatan fosfat energi tinggi
• Pelepasan fosfat energi tinggi oleh 2 ADP menghasilkan 2 ATP dan hasil akhir glikolisis yaitu 2 molekul asam piruvat.
Enzim-enzim dalam proses glikolisis yaitu:
-Heksokinase: Fosforilasi glukosa oleh ATP sehingga menghasilkan glukosa 6 fosfat -Fosfoglukoisomerase: Penyusunan molekul glukosa terfosforilasi menjadi fruktosa terfosforilasi(fruktosa 6 fosfat)
-Fosfofruktokinase: Fosforilasi fruktosa 6 fosfat oleh ATP sehingga menghasilkan Fruktosa 1,6 Difosfat
-Aldolase:Memecah fruktosa 1,6 difosfat menjadi dihidroksilaseton fosfat dan gliseraldehida 3 fosfat
-Isomerase:Mengubah semua dihidroksilaseton fosfat menjadi gliseraldehida 3 fosfat -Gliseraldehida 3 fosfat dehidrogenase atau triosa fosfat dehidrogenase: Fosforilasi Gliseraldehida 3 fosfat oleh fosfat anorganik dari sitosol, oksidasi untuk membentuk NADH sehingga menghasilkan 1,3 difosfogliserat
-Fosfogliserokinase: Pelepasan gugus fosfat untuk membentuk ATP sehingga menghasilkan 3 fosfogliserat
-Enolase Menghasilkan air sehingga terbentuk fosfoenolpiruvat
-Piruvat kinase Pelepasan gugus fosfat untuk membentuk ATP sehingga hasil akhir berupa asam piruvat
2. Dekarboksilasi oksidatif adalah tahap kedua dimana 2 molekul asam piruvat yang dihasilkan dari 1 molekul glukosa dirubah menjadi senyawa berkarbon 2 yaitu asetil CoA(asetil koenzim A) dengan melepaskan 2 CO2 dan 2 NADH. Dekarboksilasi
oksidatif terjadi di dalam membran luar mitokondria. Enzim yang berperan adalah CoA dan piruvat dehirogenase yang berfungsi mereduksi piruvat sehingga
melepaskan CO2 dan NADH serta berikatan dengan piruvat tereduksi(asetil) untuk
dibawa ke mitokondria.
3. Siklus Krebs adalah tahap ketiga dengan 9 reaksi dimana gugus asetil dari piruvat dioksidasi sehingga menghasilkan NADH, FADH, ATP dan CO2. Siklus ini
dinamakan siklus Krebs karena ditemukan oleh Hans Krebs. Siklus Krebs bisa disbut juga siklus asam sitrat karena senyawa yang pertama kali terbentuk adalah asam sitrat. Siklus Krebs terjadi di matriks mitokondria dan ringkasan tahapannya sebagai berikut:
• Asetil CoA ditambah Oksaloasetat menghasilkan molekul sitrat yang berkarbon 6. • Penyusunan kembali molekul sitrat dan dekarboksilasi. 5 reaksi berikutnya
menyederhanakan sitrat ke molekul 5 karbon dan kemudian ke molekul 4 karbon yaitu suksinat. Selama reaksi ini berlangsung, dihasilkan 2 NADH dan 1 ATP. • Regenerasi oksaloasetat. Suksinat melewati 3 reaksi tambahan untuk menjadi oksaloasetat. Selama proses ini, dihasilkan 1 NADH dan 2 FADH.
Enzim-enzim yang digunakan:
-Sitrat sintetase: Membentuk sitrat dari oksaloasetat dan asetil CoA. Kerja enzim ini irreversible dan terhambat saat konsentrasi ATP tinggi dan dipicu ketika konsentrasi ATP rendah
-Akonitase: Penyusunan kembali molekul sitrat dengan memindahkan gugus H dan OH pada karbon berlainan, membentuk isositrat
-Isositrat dehidrogenase: Mengoksidasi isositrat sehingga dihasilkan NADH dan CO2, sehingga isositrat berubah menjadi molekul 5 karbon, ketoglutaratα
- ketoglutarat dehidrogenase: Mengoksidasi ketoglutarat membentuk gugus α α
suksinil yang bersatu dengan Coa sehingga terbentuk suksinil CoA
-Suksinil KoA sintetase: Pelepasan ikatan antara gugus suksinil dan KoA untuk dijadikan ATP sehingga molekul tersisa menjadi Suksinat
-Suksinat dehidrogenase: Mengoksidasi suksinat menjadi fumarat dan menghasilkan FADH
-Fumarase: Menambahkan air ke fumarat untuk membentuk malat
-Malat dehidrogenase: Mengoksidasi malat dan melepaskan NADH sehingga terbentuk kembali oksaloasetat
4. Rantai transport elektron adalah proses terakhir untuk mengahsilkan ATP, H2O
elektron digunakan oleh enzim ATP sintase untuk menghasilkan ATP. Proses pemompaan proton untuk menghasilkan ATP juga disebut kemiosmosis.
Enzim-enzim yang terlibat anatara lain NADH dehidrogenase (melepaskan ion H dari NAD dan mengoper elektron ke ubiquinon), ubiquinon (mengoper elektron ke
komplek protein sitrokrom), kompleks bc1 (memompa proton dan mengoper elektron ke sitrokrom c), sitokrom c (mereduksi oksigen dengan 4 elektron membentuk air), ATP sintase (memompa proton untuk menghasilkan ATP).
Hasil akhir respirasi seluler:
1. Glikolisis, hasil 2 ATP, 2 piruvat, 2 NADH, 2 H2O
2. Dekarboksilasi oksidatif, hasil 2 NADH, 2 CO2
3. Siklus Krebs, hasil 6 HADH, 2 FADH, 4 CO2, 2 ATP
4. Transpor elektron, hasil 34 ATP, H2O.
Jumlah bersih ATP : 38 ATP(36 ATP karena 2 ATP dipakai untuk memasukkan NADH ke mitokondria, 30 ATP karena membran mitokondria agak bocor sehingga proton bisa lewat tanpa melalui ATP sintase dan mitokondria terkadang memakai gradien proton untuk keperluan lain seperti memasukkan piruvat ke matriks daripada sintesis ATP).
Respirasi Anaerob
Fermentasi, atau respirasi anaerob, yaitu proses pemecahan molekul yang
berlangsung tanpa bantuan oksigen. Jika tak ada oksigen, sel tidak memliki akseptor elektron alternatif untuk memproduksi ATP, sehingga terpaksa elektron yang
didapatkan dari glikolisis diangkut oleh senyawa organik.
Termasuk ke dalam fermentasi adalah fermentasi asam laktat, fermentasi alkohol, dan fermentasi asam cuka. Fermentasi alkohol dilakukan oleh ragi dengan cara melepaskan gugus Co2 dari piruvat melalui dekarboksilasi dan menghasilkan molekul 2 karbon, asetaldehida. Asetaldehida kemudia menerima elektron dari NADH sehingga berubah menjadi etanol. Fermentasi alkohol dilakukan oleh tumbuhan. Fermentasi asam laktat dilakukan oleh sel hewan dengan cara
mentransfer elektron dari NADH kembali ke piruvat sehingga dihasilkan asam laktat yang menyebabkan pegal-pegal.
ANABOLISME
Anabolisme adalah suatu peristiwa perubahan senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks, nama lain dari anabolisme adalah peristiwa sintesis atau penyusunan. Anabolisme memerlukan energi, misalnya : energi cahaya untuk fotosintesis, energi kimia untuk kemosintesis.
Selain dua macam energi diatas, reaksi anabolisme juga menggunakan energi dari hasil reaksi katabolisme, yang berupa ATP. Agar asam amino dapat disusun
energi yang diperlukan juga didapat dari ATP. Proses sintesis lemak juga memerlukan ATP.
Organisasi dan fungsi suatu sel hidup bergantung pada persediaan energi yang tak henti-hentinya. Organisme heterotrofik hidup dan tumbuh dengan
memasukkan molekul-molekul organik ke dalam sel-selnya. Molekul-molekul organik ini menjadi sumber energi bebas bagi sel dan juga sebagai komponen struktural untuk membangun makromolekul-makromolekulnya.Molekul-molekul organik yang menjadi sumber energi bagi organisme heterotrofik ini berasal dari fotosintesis. Organisme autotrof mampumenangkap energi matahari untuk sintesis molekul-molekul organik kaya energi dari senyawa anorganik H2O dan CO2.
Anabolisme meliputi tiga tahapan dasar. Pertama, produksi prekursor seperti asam amino, monosakarida, dan nukleotida. Kedua, pengaktivasian senyawa-senyawa tersebut menjadi bentuk reaktif menggunakan energi dari ATP. Ketiga,
penggabungan prekursor tersebut menjadi molekul kompleks, seperti protein, polisakarida, lemak, dan asam nukleat. Anabolisme yang menggunakan energi cahaya dikenal dengan fotosintesis, sedangkan anabolisme yang menggunakan energi kimia dikenal dengan kemosintesis.
1.Fotosintesis
Dimanakah proses fotosintesis itu berlangsung? Diseluruh sel atau pada tempat-tempat tertentu dalam sel? Fotosintesis adalah proses penyusunan atau
pembentukan dengan menggunakan energi cahaya atau foton. Sumber energi cahaya alami adalah matahari yang memiliki spektrum cahaya infra merah (tidak kelihatan), merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu dan ultra ungu (tidak kelihatan). Yang digunakan dalam proses fetosintesis adalah spektrum cahaya tampak, dari ungu sampai merah, infra merah dan ultra ungu tidak digunakan dalam fotosintesis. Dalam fotosintesis, dihasilkan karbohidrat dan oksigen, oksigen sebagai hasil sampingan dari fotosintesis, volumenya dapat diukur, oleh sebab itu untuk mengetahui tingkat produksi fotosintesis adalah dengan mengatur volume oksigen yang dikeluarkan dari tubuh tumbuhan. Fotosintesis hanya berlangsung pada sel yang memiliki pigmen fotosintetik. Di dalam daun terdapat jaringan pagar dan jaringan bunga karang, pada keduanya mengandung kloroplast yang mengandung klorofil / pigmen hijau yang merupakan salah satu pigmen fotosintetik yang mampu menyerap energi cahaya matahari.
Dilihat dari strukturnya, kloroplas terdiri atas membran ganda yang melingkupi ruangan yang berisi cairan yang disebut stroma. Membran tersebut membentak suatu sistem membran tilakoid yang berwujud sebagai suatu bangunan yang disebut kantung tilakoid. Kantung-kantung tilakoid tersebut dapat berlapis-lapis dan
1. Gen :
bila gen untuk klorofil tidak ada maka tanaman tidak akan memiliki klorofil. 2. Cahaya :
beberapa tanaman dalam pembentukan klorofil memerlukan cahaya, tanaman lain tidak memerlukan cahaya.
3. Unsur N. Mg, Fe :
merupakan unsur-unsur pembentuk dan katalis dalam sintesis klorofil. 4. Air :
bila kekurangan air akan terjadi desintegrasi klorofil.
Untuk membuktikan bahwa dalam fotosintesis diperlukan energi cahaya matahari, dapat dilakukan percobaan Ingenhousz. Dalam percobaan-percobaannya, Ingen-Housz (1778, seorang dokter bangsa Belanda) memperagakan bahwa hanya bagian-bagian hijau tumbuhan yang melepaskan oksigen selama fotosintesis.
Sedangkan struktur tumbuhan yang tidak hijau menggunakan oksigen dalam proses respirasi. Sehingga sampai saat ini diyakini bahwa fotosintesis hanya dapat terus berlangsung jika ada pigmen hijau yaitu klorofil. Pada saat ini telah diketahui ada 4 macam klorofil yaitu klorifil a, b, c, dan d. Klorofil a diduga terdapat dalam hampir semua tumbuhan berfotosintesis. Dalam ganggang hijau, Eryophyta dan Traceophyta terdapat juga sedikit klorofil b. Pada distomae dan
ganggang perang terdapat klorofil c, sedangkan dalam ganggang merah ditemukan klorofil d.
Meskipun rumus bangun klorofil sudah diketahui (misalnya klorofil a C55H72O5N4Mg), masih sedikit diketahui bagaimana organisme
membuatnya. Tetapi diketahui bahwa klorofil dibuat di dalam kloroplas, dan pembentukannya akan terhambat bila tidak ada cahaya. Lazimnya peristiwa fotosintesis dinyatakan dengan persamaan reaksi kimia sebagai berikut: 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2
Peristiwa ini hanya berlangsung jika ada klorofil dan cukup cahaya. Jika persamaan reaksi ini dibalik, yaitu dengan arah anak panah ke kiri, maka kita akan mendapatkan persamaan reaksi untuk proses respirasi sel. Persamaan-persamaan reaksi demikian itu hanya menunjukkan permulaan dan akhir suatu proses. Kini telah diketahui bahwa banyak dari tahap-tahap antara dari fotosintesis dan respirasi tidaklah sama.
Dalam proses fotosintesis reaksi-reaksi kimia berlangsung sangat cepat. Dari hasil penelitian para ahli tahun 1905 dapat dibuktikan bahwa pada proses fotosintesis terjadi dua reaksi yaitu reaksi cahaya dan reaksi gelap. Cahaya dalam proses fotosintesis dibutuhkan untuk memecahkan air; pemecahan air ini disebut fotolisis. Fotolisis mengakibatkan molekul air pecah menjadi hidrogen dan oksigen; peristiwanya dapat dituliskan sebagai berikut;
2H2O ————> 2H2 + 2H2O
yang terlepas ditampung oleh koenzim NADP sehingga menjadi NADPH2,
O2 yang terbentuk dalam proses fotosintesis berasal dari pemecahan molekul air,
bukan dari CO2. Fotolisis inilah yang merupakan pendahuluan dalam proses
fotosintesis.
Selanjutnya terjadi fiksasi (penambatan) CO2 pada NADPH2, yang
mengakibatkan CO2 tereduksi menjadi CH2O. Menurut Blackman (1905) akan terjadi
penyusutan CO2 oleh H2 yang dibawa oleh NADP tanpa menggunakan cahaya.
Peristiwa ini disebut reaksi gelap NADPH2 akan bereaksi dengan CO2 dalam bentuk
H+ menjadi CH20.
CO2 + 2 NADPH2 + O2 ————> 2 NADP + H2 + CO+ O + H2 + O2
Ringkasnya :
Reaksi terang :2 H2O——> 2 NADPH2 + O2
Reaksi gelap :CO2 + 2 NADPH2 + O2——>NADP + H2 + CO + O + H2 +O2
Atau 2 H2O + CO2 ——> CH2O + O2 atau 12 H2O + 6 CO2 ——> C6H12O6 + 6
O2
2. Kemosintesis
Tidak semua tumbuhan dapat melakukan asimilasi C menggunakan cahaya sebagai sumber energi. Beberapa macam bakteri yang tidak mempunyai klorofil dapat mengadakan asimilasi C dengan menggunakan energi yang berasal dan reaksi-reaksi kimia, misalnya bakteri sulfur, bakteri nitrat, bakteri nitrit, bakteri besi dan lain-lain. Bakteri-bakteri tersebut memperoleh energi dari hasil oksidasi
senyawa-senyawa tertentu. Bakteri besi memperoleh energi kimia dengan cara oksidasi Fe2+ (ferro) menjadi Fe3+ (ferri).
Bakteri Nitrosomonas dan Nitrosococcus memperoleh energi dengan cara
mengoksidasi NH3, tepatnya Amonium Karbonat menjadi asam nitrit dengan reaksi: Nitrosomonas
(NH4)2CO3 + 3 O2 ——————————> 2 HNO2 + CO2 + 3 H2O + Energi
Nitrosococcus
Campbell, dkk. 2003. Biologi jilid 1. Jakarta: Erlangga
Lehninger. 2000. Dasar-dasar biokimia jilid 2. Jakarta: Erlangga Pelczar, Michael. 1986. Dasar-dasar Mikrobioogi. Jakarta: UI Press Volk, Wheeler. 1993. Dasar-dasar Mikrobiologi. Jakarta: Erlangga