Bab 4: Metabolisme Mikroba

Metabolisme

• Proses mengambil atau mengasimilasikan zat makanan dan membuang sisa-sisa (sampah) yang tidak diperlukan lagi

• Semua reaksi kimia dan biologi yang terjadi dalam sel hidup mikroba yang berperan penting dalam regenerasi energi dan menghasilkan metabolit-metabolit penting

Fungsi mtabolisme

• Memecah senyawa kompleks (nutrien) menjadi senyawa yang lebih sederhana (substrat / prekursor)

• Menangkap energi yang dilepaskan / dihasilkan dari proses pengurairan nutrien untuk selanjutnya mendukung kerja biologis sel

• Menyusun atau mensintesis molekul-molekul (termasuk energi) yang dibutuhkan 

Fase metabolisme

• Anabolisme

• Katabolisme

Anabolisme

• Susun | Butuh energi

• Butuh energi untuk membentuk molekul besar dari molekul kecil (reaksi endergonic)

• Contoh: Fotosintetis & kemosintesis

Katabolisme

• Urai | Menghasilkan energi

• Mengurai bahan organic kompleks (nutrient) menjadi senyawa yang lebih sederhana dengan membebaskan energi (reaksi eksergonic)

• Contoh: proses pemecahan karbohidrat menjadi gula, protein menjadi peptida, lemak menjadi asam lemak

Fungsi energi

• Sintesis komponen dinding sel dan substansi sel lainnya

• Sintesis enzim, asam nukleat, polisakarida, fosfolipid.

• Mempertahankan kondisi sel dan memperbaiki komponen sel yang rusak

• Pertumbuhan sel

• Penyerapan nutrisi dan eksresi senyawa yang tidak diperlukan

• Pergerakan sel

Energi

• Semua sel membutuhkan energi untuk melakukan aktivitas

• Semua MH memiliki pola dasar pembentukan energi yaitu merubah satu bentuk energi kompleks menjadi bentuk energi yang sederhana sehingga dapat masuk ke siklus metabolisme

Proses pembentukan energinpada mikroba (hasilnya ATP)

• Respirasi

• Fermentasi

• Fotosintesis

ATP (Adenosine Triphosphate)

• Molekul berenergi tinggi

• Memiliki 3 phospate, dimana

  1. Phospate pertama dan kedua memiliki energi 12.000 kal per fosfat

  2. Phospate ketiga hanya 1500 kal

• ATP disintesis dari ADP (adenosine diphosphate)

• Menyimpan dan mentransfer energi dengan menerima atau melepas phospat

• Meskipun punya 2 phosphate berenergi tinggi, hanya 1 phosphate yang digunakan untuk aktivasi

Respirasi

• Proses oksidasi biologis dengan oksigen sebagai penerima hydrogen yang terakhir.

• Mikroba menggunakan glukosa atau zat organic lain sebagai substrat untuk dioksidasi menjadi CO2 dan air, dan menghasilkan energi (reaksi eksorgenik)

• Reaksi: C6H12O6 —> CO2 + 6 H2O + 675 kcal

Tahap respirasi

1. Glikolisis

2. Dekarboksilasi Oksidatif Asam piruvat

3. Siklus krebs

4. Transfer electron

Glikolisis

• Proses perubahan glukosa menjadi piruvat dan ATP tanpa membutuhkan oksigen

• Glikolisis menghasilkan 2 asam piruvat, 2 ATP dan 2 NADH (per 1 molekul glukosa)

Dekarboksilasi Oksidatif Asam piruvat

Reaksi awal siklus krebs. Terjadi perubahan as. Piruvat menjadi asetil-KoA dan   dihasilkan 1 NADH per as. Piruvat.

Siklus krebs

• Memiliki 3 fungsi yaitu menghasilkan NADH, FADH2, ATP, serta membentuk molekul   oksaloasetat, dimana molekul ini berfungsi untuk siklus krebs selanjutnya.

• Siklus kreb menghasilkan 6 NADH, 2 FADH2, dan 2 ATP

Transpfer elektron

• Proses pemindahan electron yang berasal dari NADH dan FADH dari suatu substrat   ke substrat lain secara berantai disertai pembentukan ATP melalui proses fosforilasi   oksidatif (penambahan gugus fosfat anorganik ke ADP).

• terbentuk O. NADH dan O.FADH (karena O2 sebagai penerima hydrogen terakhir)

• setiap NADH menghasilkan 3 ATP, dan FADH menghasilkan 2 ATP

 

Fermentasi

Proses perombakan karbohidrat kompleks menjadi glukosa secara anaerob

Ciri fermentasi

• Terjadi pada organisme yang tidak membutuhkan oksigen bebas

• Tidak terjadi penyaluran electron ke siklus krebs dan transport electron

• Energi (ATP) yang terbentuk lebih sedikit (hanya 2 ATP per 1 molekul glukosa)

• Pathway metabolisme melalui glikolisis dan pembentukan alcohol/asam laktat

  1. Saccharomyces cerevisiae : gula menjadi alcohol dan CO2

  2. Lactobacillus spp. : gula menjadi asam laktat

  3. Clostridium spp. : gula menjadi aseton, butanol dan butirat

• Menghasilkan produk berupa asam-asam organic, alcohol dan gas

• Ada pathway lain selain glikoslisis

Pathway metabolisme melalui glikolisis dan pembentukan alcohol/asam laktat

• Saccharomyces cerevisiae : gula menjadi alcohol dan CO2

• Lactobacillus spp. : gula menjadi asam laktat

• Clostridium spp. : gula menjadi aseton, butanol dan butirat

Jalur Heksosa Mono Fosfat (pathway selain glikolisis)

• Membentuk gula pentose

• Tidak menghasilkan energi tetapi membentuk NADPH2

Jalur Entner-Doudoroff (pathway selain glikolisis)

• Pseudomonas sp

• Membentuk 1 alcohol, 1 asam laktat dan 1 CO2

Jalur Heterofermentatif (pathway selain glikolisis)

• Leuconostoc sp., Streptococcus sp.

• Menghasilkan as. Asetat, etanol dan CO2

Reaksi pembentukan alkohol

C6H12O6 —-→ 2 CH3CH2OH + 2 CO2 + 31.2 Kcal

Reaksi pebentukan asam laktat

C6H12O6  —→ 2 CH3CHOHCOOH + energi

Fotosintesis

• Proses biokimia pembentukan karbohidrat (energi) yang dibantu oleh energi cahaya (matahari) sebagai sumber energi

• Membutuhkan pigmen klorofil untuk menyerap energi cahaya dan mengubahnya menjadi energy kimia

• Terdiri dari reaksi terang dan gelap

Reaksi terang

• Terjadi pada grana (membrane tilakoid)

• Terjadi konversi energi cahaya menjadi energi kimia dan menghasilkan ATP dan NADPH yang digunakan pada reaksi gelap

Reaksi gelap

• Terjadi di stroma

• Menghasilkan karbohidrat dengan cara mengikat CO2 di udara

• Terdiri dari 3 tahap yaitu fiksasi karbon, reduksi dan regenerasi

Enzim

Substansi  (berupa protein) yang  ada  dalam  sel  dalam  jumlah  yang  amat  kecil  dan mampu  menyebabkan  terjadinya  perubahan-perubahan  yang  berkaitan  dengan  proses-proses seluler  dan  kehidupan.

Fungsi enzim

Sebagai katalis reaksi kimia (mempercepat reaksi kimia tanpa ikut   dalam reaksi tersebut)

Tipe enzim

• Eksoenzim (luar sel) : mengambil nutrient disekeliling sel | Amilase

• Endoenzim (dalam sel) : sintesis bahan seluler dan menguraikan nutrient   untuk menjadi energi

Sifat enzim

• Berupa protein

• Bersifat katalisator (mempercepat reaksi kimia)

• Bekerja secara spesifik (satu enzim satu substrat)

• Mudah dipengaruhi oleh lingkungan, seperi pH, suhu, substrat dan konsentrasi

• Bekerja secara bolak balik (berfungsi dalam penyusunan atau penguraian)

• Dibutuhkan dalam jumlah sedikit

• Beberapa enzim membutuhkan pembantu (koenzim)

• Dapat dgunakan berulang kali

• Rusak oleh panas (terdenaturasi diatas 50^oC)

Mekanisme kerja enzim

• Reaksi enzimatis berlangsung ketika substrat tersedia dan sisi aktif enzim kosong

• Ketika sisi aktif kosong, substrat akan memasuki sisi aktif enzim dan terbentuklah ikatan enzim-substat

• Dalam sisi aktif, substrat akan diubah menjadi produk, dan selanjutnya akan dilepaskan dari enzim

Lock and key (enzim)

Sisi aktif enzim spesifik dan tidak fleksibel. Satu enzim hanya ditempati oleh satu substrat

Induce fit (enzim)

Sisi aktif enzim fleksibel terhadap substrat (mengikuti bentuk substrat)

Faktor enzim

• Suhu

• pH

• Konsentrasi substrat

• Inhibitor

Suhu (faktor enzim)

• Suhu Tinggi = kecepatan reaksi naik

• Suhu terlalu tinggi = denaturasi enzim = enzim inaktif/rusak

• Suhu rendah = enzim inaktif

• Suhu optimal = 30^oC / suhu tubuh

pH (faktor enzim)

• pH asam/basa kinerja enzim terhambat

• pH optimal enzim = netral (pH 7.0)

Konsentrasi substrat (faktor enzim)

Jumlah substrat yang berlebih menyebabkan penurunan kerja enzim

Inhibitor (faktor enzim)

Produksi metabolisme

• Produk hasil metabolisme (baik penyusunan atau penguraian) disebut Metabolit

• Mikroba menghasilkan beragam metabolit : Gas, asam organic, dan toksin

Metabolit berupa gas

• Merupakan hasil dari pengurairan (fermentasi atau respirasi)

• Contoh metabolit: CO2, H2, Metana, Nitrogen, Hidrogen Sulfida, Amoniak

Metabolit berupa asam

•Asam belerang

•Asam nitrat

•Asam laktat

•Asam cuka

•Asam lemak

Metabolit berupa toksin

• Terdiri dari 2 jenis yaitu eksotoksin (dikeluarkan dari sel) dan endotoksin (tersimpan dalam sel)

• Contoh: toksin botulinum (Clostridium botulinum)

Metabolisme mikroba pada pangan

• Terjadi karena adanya nutrient / komponen bahan pangan yang dapat dimetabolisme

• Pertumbuhan dan metabolisme mikroba dalam pangan berkaitan erat dengan

  1. Kerusakan mikrobial yang menghasilkan karakteristik khusus pada pangan (rasa, bau, warna, tekstur, kenampakan) yang menyebabkan penolakan konsumen

  2. Adanya produksi toksin mikroba

Katabolime protein (metabolisme mikroba pada pangan)

Katabolisme karbohidrat (metabolisme mikroba pada pangan)

Katabolisme lemak (metabolisme mikroba pada pangan)