TK2562 – Mikrobiologi Industri dan Lingkungan
Mujtahid Kaavessina, Ph.D. || Aida Nur Ramadhani,M.T.
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret 2020
Bab VI.
Metabolisme Mikroba
Mengapa energi diperlukan?
untuk menjaga integritas struktural sel dengan memperbaiki kerusakan pada konstituennya
untuk mensintesis komponen seluler baru seperti asam nukleat, polisakarida dan enzim
untuk mengangkut zat-zat tertentu ke dalam sel dari lingkungannya
untuk tumbuh dan berkembang biak sel
untuk pergerakan sel
metabolisme
3
istilah yang digunakan untuk menggambarkan semua reaksi biokimia yang terjadi di dalam sel.
termasuk reaksi yang melepaskan energi dan reaksi yang memanfaatkannya.
Katabolisme
• reaksi pemecahan molekul besar, terkait dengan
pelepasan energi.
Anabolisme
• reaksi yang terlibat dalam sintesis makromolekul, membutuhkan input energi.
4
Metabolisme nutrisi dapat mengekstraksi energi dalam bentuk adenosin trifosfat (ATP).
ATP dipecah menjadi ADP dan fosfat inorganik, energi yang dilepaskan digunakan untuk pemeliharaan, reproduksi dan
kelangsungan hidup sel.
ENZYMES:
CATALYZING THE CHEMICAL REACTIONS OF LIFE
enzim
6
Reaksi biokimia, meskipun sangat terorganisir dan kompleks, tidak dapat berlangsung tanpa protein khusus yang disebut enzim.
Enzim adalah contoh katalis, yaitu zat yang meningkatkan laju reaksi kimia, tanpa menjadi bagian dari produk atau dikonsumsi dalam reaksi.
• Enzim adalah
katalis seluler
.• Membuat reaksi biokimia berlangsung berkali-kali lebih cepat daripada jika tidak terkatalisasi.
7 Reaksi pemecahan pati menjadi glukosa.
a) Beberapa ikatan akan putus tanpa adanya enzim, prosesnya sangat lambat.
b) Penambahan enzim (E) dapat mempercepat reaksi sehingga pemutusan ikatan terjadi sangat cepat.
8
Enzim merupakan protein berbentuk globular.
Struktur enzim merupakan tiga dimensi yang kompleks.
Enzim merupakan protein dengan berat molekul tinggi (15.000 s.d. jutaan Dalton)
Bekerja spesifik untuk mengkatalisasi reaksi kimia tertentu yang bertujuan untuk meningkatkan laju reaksi, tanpa mengalami perubahan berarti.
Reaksi dikatalisis pada sebagian kecil
permukaan enzim yang disebut
situs aktif (active site)
.Nitrogenase enzyme with Fe, Mo and ADP cofactors
klasifikasi enzim
No. Kelas Tipe Reaksi yang Dikatalisis
1. Oksidasereduk
tase Oksidasi-reduksi
2. Transferase Pemindahan gugus fungsional tertentu dari molekul donor ke molekul akseptor
3. Hidrolase Hidrolisis
4. Liase Pemecahan ikatan selain dengan cara hidrolisis atau oksidasi
5. Isomerase Isomerisasi
6. Ligase Pembentukan ikatan akibat kondensasi dua senyawa yang berbeda dengan energi yang disediakan dari hasil penguraian ATP
Klasifikasi dan penamaan didasarkan pada tipe reaksi yang dikatalisis
komponen enzim
10
Enzim terdiri dari unit apoenzim dan holoenzim.
Apoenzim merupakan penyusun utama enzim, yaitu bagian enzim aktif yang terdiri atas protein yang bersifat tidak stabil dan mudah berubah.
Holoenzim memiliki gugus non protein, untuk menjaga fungsi enzim tetap stabil dan normal.
• kofaktor terdiri atas ion logam.
• koenzim terdiri atas molekul organik nonprotein.
11
cara kerja enzim
12
Enzim memiliki sisi aktif, tempat terjadinya reaksi dengan substrat.
Sisi aktif sebuah enzim bersifat spesifik terhadap substrat.
Bentuk dan lingkungan kimiawi dalam sisi aktif memungkinkan reaksi kimia dapat berlangsung dengan jauh lebih mudah.
13
Untuk terjadinya suatu reaksi kimiawi diperlukan adanya input energi minimum yaitu Energi Aktivasi.
Pada reaksi kimia umumnya, meningkatkan temperatur dapat mempercepat gerak molekul sehingga reaksi lebih cepat terjadi.
Menciptakan jalur (pathway) baru untuk terjadinya suatu reaksi membentuk kompleks enzim-substrat.
14 Tetapi, sistem biologis
sangat sensitif terhadap kenaikan
temperatur.
Meningkatkan laju/
kecepatan reaksi tanpa menaikkan
temperatur
Menurunkan Energi Aktivasi untuk mempercepat
terjadinya reaksi
model mekanisme kerja enzim
15
Enzim merupakan katalis yang bekerja spesifik.
LOCK AND KEY MODEL
Adanya kesesuaian antara sisi aktif enzim dan bentuk ruang substrat menyebabkan terjadinya reaksi katalisis.
Molekul substrat yang relatif kecil, cocok dengan sisi aktif enzim.
Substrat (kunci) masuk ke dalam sisi aktif enzim (gembok) sehingga terjadi kompleks enzim-substrat.
16
INDUCED FIT MODEL
Penyempurnaan Lock and Key Model.
Sisi aktif enzim pada mulanya belum sesuai dengan bentuk substrat, namun setelah substrat menempel pada bagian tertentu dari sisi aktif, hal ini akan menginduksi sisi aktif untuk menyesuaikan
bentuknya dengan substrat.
17
LOCK AND KEY MODEL
INDUCED FIT MODEL
faktor yang mempengaruhi kerja enzim
18
Laju atau kecepatan enzim mengubah substratnya menjadi produk, dipengaruhi oleh:
1. SUHU 2. PH
3. KONSENTRASI SUBSTRAT
4. INHIBITOR
1. Suhu
19
Pada reaksi enzimatis, laju reaksi meningkat seiring kenaikan suhu, hingga tercapainya suhu optimal.
Di atas suhu optimal, laju reaksi akan turun drastis.
Hal ini menyebabkan terjadinya denaturasi protein, rusaknya struktur, terbukanya lipatan-lipatan 3D protein enzim.
Terjadi perubahan dalam konfigurasi situs aktif, dan hilangnya sifat katalitik.
20
Di atas Topt , terjadi penurunan tajam dari laju reaksi karena denaturasi termal.
Laju reaksi
meningkat seiring kenaikan suhu (sebelum Topt tercapai)
2. pH
21
Menyebabkan perubahan struktur protein 3D.
Perubahan pH mempengaruhi ionisasi gugus asam amino di situs aktif denaturasi, perubahan dalam bentuk enzim dan penurunan sifat
katalitik.
Enzim memiliki nilai pH optimal yang paling efektif untuk reaksi.
Toleransi suatu mikroba terhadap suhu dan pH, diturunkan ke enzim turunannya.
3. konsentrasi substrat
22
Saat sisi aktif dari enzim belum mencapai tingkat jenuh, kenaikan konsentrasi substrat akan seiring dengan laju reaksi enzimatis.
Ada masa dimana penambahan substrat tidak berpengaruh terhadap laju reaksi.
Hal ini terjadi karena semua situs aktif telah ditempati enzim jenuh laju reaksi maksimum (Vmax)
23
Km = konstanta Michaelis-Menten
(Ukuran afinitas yang dimiliki enzim untuk substratnya)
S = konsentrasi substrat V = laju reaksi
Vmax = laju maksimum
Saat sisi aktif enzim jenuh terhadap substrat, laju reaksi maksimum
tercapai.
Laju tidak bisa meningkat, tidak peduli berapa banyak substrat yang ditambahkan.
24
Double Resiprocal Plot (Lineweaver Burk Plot)
Penentuan nilai Km dan Vm
4. inhibitor
25
Inhibitor: Zat yang dapat mengganggu kemampuan enzim untuk mengkatalisasi suatu reaksi.
Ada 2 jenis inhibisi reversible:
Competitive
Non-competitive
Jenis inhibisi irreversible disebabkan oleh pembentukan ikatan kovalen yang kuat antara inhibitor dan asam amino pada enzim.
26
COMPETITIVE INHIBITION
Inhibitor bersaing dengan substrat untuk akses menuju ke sisi aktif enzim.
Struktur molekul inhibitor cukup mirip dengan substrat sehingga dapat masuk ke sisi aktif. Mengurangi afinitas enzim terhadap substrat (Km naik).
Jika situs aktif ditempati oleh molekul inhibitor membentuk kompleks enzim-substrat [EI].
Vm tetap, Km naik (afinitas enzim thd substrat menurun)
27
COMPETITIVE INHIBITION
Adanya inhibitor kompetitif ditunjukkan pada kurva bawah.
Vmax dapat tercapai, tetapi nilai Km actual-nya meningkat.
Artinya: berkurangnya (menurunnya) afinitas enzim terhadap substratnya berkurang.
28
NONCOMPETITIVE INHIBITION
Inhibitor bertindak dengan mengikat bagian enzim selain sisi aktif.
Tidak mengurangi afinitas enzim pada substrat (Km tetap), tapi mengurangi laju pembentukan produk (Vm turun).
Dapat berikatan dengan kompleks [EI] atau enzim bebas [E].
Vm turun, Km tetap.
29
NONCOMPETITIVE INHIBITION
Digambarkan dengan kurva yang lebih rendah (cetak tebal).
Karena produk tidak terbentuk maksimal, karena adanya inhibitor non- kompetitif.
Vmax tidak tercapai, dan nilai Km tidak berubah
