METABOLISME MIKROBIA

 

 

TUGAS RESUME

Untuk memenuhi tugas matakuliah

Mikrobiologi Dasar

yang dibina oleh Ir. Darius, M. Biotech

 

Disusun oleh :

NAMA: ACHMAD FATHONY

NIM: 105080301111043

KELAS:  D

 

 LOGO-UB-F-PIK

FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG

2011

 

 

 

A.        Kelompok Bakteri

Mungkin kelompok mikroorganisme yang paling penting dan beraneka ragam yang berhubungan dengan makanan dan manusia adalah bakteri. Adanya bakteri dalam bahan pangan menyebabkan pembusukan yang tidak diinginkan atau menimbulkan penyakit yang ditularkan melalui makananatau dapat melakukan fermentasi yang menguntungkan (Buckel et al., 1987).

Bakteri adalah organisme mikro dan tidak dapat dilihat dengan mata telanjang. Keberadaan bakteri umumnya bersifat merugikan organisme lainnya yang dikenal dengan istilah patogen, seperti: Escherichia coli, Vibrio sp, Shalmonella sp dan sebagainya. Bakteri ini banyak ditemukan hampir diseluruh media/tempat seperti: tanah, udara, air, di tubuh makhluk hidup dan sebagainya.

Bakteri secara luas terdapat di alam yang berhubungan dengan hewan, tumbuh-tumbuhan, udara, air dan tanah. Mereka mempunyai morfologi diantaranya; uniseluler (bersel tunggal), ukuran nya dengan panjang = 0,5-10 mm dan lebar = 0,5-2,5 mm, bentuk selnya coccus (bulat), bacillus (batang/basil), spirillium (spiral) dan vibrios (koma/vibrio). Struktur dari bakteri tersebut yaitu Prokariotik; Tidak memiliki membran di dalam sitoplasma; Beberapa memiliki flagella (rambut cambuk), capsul (kapsul) dan endospora.

Gambar Bentuk sel bakteri

Menurut Buckle et al., (1987), berdasarkan atas sifat-sifat tertentu yang dimiliki, bakteri dapat diklasifikasikan menjadi jenis, golongan, suku, keluarga, dan kelas. Untuk hampir semua keperluan dalam mikrobiologi pangan golongan denus dan spesiesadalah tingkat klasifikasi yang umum digunakan. Beberapa sifat dasar dari kelompok dan spesies  bakteri yang penting dalam mikrobiologi pangan diuraikan sebagai berkut;

·                Pseudomonadaceae

Mikroorganisme ini adalah bakteri gram negative berbentuk batang kecil, dapat bergerak, umumnya berflagela polar tunggal dan mempunyai metabolism yang bersifat oksidatif. Bakteri ini merupakan penyebab berbagai jenis kerusakan bahan pangan yang sebagian besar berhubungan dengan kenampakan spesies ini dalam memproduksi enzim dapat memecah baik komponen lemak maupun protein dalam bahan pangan.

·                Bacillaceae

Dalam family ini ada dua genus penting yang berhubungan dengan bahan pangan yaitu bacillus dan clostridium. Mikroorganisme ini adalah pentinga dalam mikrobiologi pangan terutama karena kemampuannya dalam membentuk endospora. Selnya berbentuk batang dan umumna berbentuk cukup besar, merupakan gram positif dan sering bergerak dengan menngunakan flagella peritrichous.

·                Enterobaktericiacae

Golongan bakteri ini merupakan sekelompok besar dari bakteri gram negative, tidak berspora, bentuk batang kecil. Beberapa bakteri ini tidak dapat bergerak namun sebagian lainnya dapat bergerak dengan flagella polar.

·                Lactobacillaceae dan Streptococcacaeae

Spesies ini dalam bakteri umumnya memenfermentasikangula heksosa menghasilkan asam laktat. Sering kali bateri ini berperan dalam produksi bahan pangan terfermentasi.

·                Micrococcaceae

Spesies ini dari gram positif, tidak berspora, bersifat katalase positifyang dapat tersusun secara tunggal, berpasangan, tetrad atau kelompok kecil. Micrococci ini tersebar luas dialam bergabung dengan tanah permukaan air, tanaman dan hewan.

Menurut cara memperoleh makanan, bakteri dapat dikelompokkan menjadi bakteri heterotrof dan bakteri autotrof

1)         Bakteri Heterotrof

Bakteri heterotrof adalah bakteri yang hidup dan memperoleh makanan dari lingkungannya karena tidak dapat membuat makanan sendiri. Bakteri ini dapat hidup secara saprofit dan parasit.

Bakteri saprofit adalah bakteri yang hidup pada jasad yang sudah mati, misalnya, sampah, bangkai, atau kotoran. Bakteri ini sering disebut sebagai bakteri pembersih karena dapat menguraikan sampah-sampah organik sehingga menguntungkan bagi manusia, contohnya,bakteri Eschericia coli yang berperan sebagai pembusuk sisa makanan dalam usus besar dan bakteri Lactobacillus garicus yang berperan dalam pembuatan yogurt.

Bakteri parasit adalah bakteri yang hidup menumpang pada makhluk hidup lain. Bakteri ini biasanya bersifat merugikan makhluk hidup yang ditumpanginya karena dapat menimbulkan penyakit. Contoh penyakit yang disebabkan oleh bakteri ini, antara lain, kolera disebabkan oleh bakteri Vibrio cholerae, TBC disebabkan oleh bakteri Mycobacterium tuberculosis, disentri disebabkan oleh bakteri Shigella dysenterriae, sifilis disebabkan oleh bakteri Treponema pallidum, dan radang paruparu (pneumoniae) disebabkan oleh bakteri Diplococcus pneumoniae. Penularan penyakit yang disebabkan oleh bakteri dapat melalui makanan, minuman, pernapasan, ataupun kontak langsung dengan penderita, baik secara langsung maupun tidak langsung.

Berdasarkan asal energi yang digunakan, bakteri heterotrof dapat dibedakan menjadi dua, yaitu bakteri yang bersifat fotoheterotrof dan bakteri yang bersifat kemoheterotrof. Bakteri fotoheterotrof adalah bakteri yang sumber energinya berasal dari cahaya matahari, dan sumber karbonny berasal dari bahan-bahan kimia organik seperti lignin, monomer, dan komponen-komponen organik lainnya. Sedangkan bakteri kemoheterotrof, baik sumber energy maupun sumber karbonnya berasal dari komponen-komponen organic.

2)         Bakteri Autotrof

Bakteri autotrof adalah bakteri yang dapat membuat makanannya sendiri. Berdasarkan asal energi yang digunakan, bakteri autotrof dapat dibedakan menjadi dua, yaitu bakteri yang bersifat kemoautotrof dan bakteri yang bersifat fotoatotrof. Bakteri kemoautotrof adalah bakteri yang membuat makanannya dengan bantuan energi yang berasal dari reaksi-reaksi kimia, misalnya, proses oksidasi senyawa tertentu, serta sumber karbon dari CO2. Contohnya, bakteri nitrit dengan mengoksidkan NH3, bakteri nitrat dengan mengoksidkan HNO2, bakteri belerang dengan mengoksidkan senyawa belerang, Nitosococcus, dan Nitrobacter. Bakteri fotoautotrof adalah bakteri yang membuat makanannya dengan bantuan energi yang berasal dari cahaya matahari, dan sumber karbon yang berasal dari CO2. Bakteri ini adalah bakteri yang mengandung zat warna hijau sehingga dapat melakukan fotosintesis, seperti tumbuhan hijau. Contohnya bakteri-bakteri yang mempunyai zat warna, antara lain, dari golongan Thiorhodaceae (bakteri belerang berzat warna).

Berdasarkan kebutuhan akan oksigen, bakteri dibagi menjadi 2 yaitu bakteri aerob dan anaerob:

 

1)         Bakteri Aerob

Bakteri aerob adalah bakteri yang hidupnya memerlukan oksigen bebas. Bakteri yang hidup secara aerob dapat memecah gula menjadi air, CO2, dan energy berupa ATP, NADH, FADH, dan sebagainya. Bakteri aerob secara obligat adalah bakteri yang mutlak memerlukan oksigen bebas dalam hidupnya, misalnya, bakteri Nitrosomonas.

2)         Bakteri Anaerob

Bakteri anaerob adalah bakteri yang dapat hidup tanpa oksigen bebas, misalnya, bakteri asam susu, bakteri Lactobacillus bulgaricus, dan Clostridium tetani. Metabolisme bakteri anaerob akan menghasilkan produk-produk fermentasi seperti asam, alcohol, CO2 dan sebagainya. Jika bakteri tersebut dapat hidup tanpa kebutuhan oksigen secara mutlak atau dapat hidup tanpa adanya oksigen, bakteri itu disebut bakteri anaerob fakultatif.

 

B.        Anabolisme dan Katabolisme

Metabolisme meliputi semua reaksi kimia yang terjadi pada seluruh tubuh organisme. Metabolisme berasal dari kata metabole yang artinya perubahan. Ada dua macam proses dalam metabolism, yaitu anabolisme dan katabolisme. Kedua proses metabolisme tersebut merupakan reaksi enzimatis. Artinya reaksi tersebut melibatkan peranan enzim.

Anabolisme merupakan reaksi kimia yang memerlukan energi untuk membentuk senyawa kompleks (organik) dari senyawa sederhana (anorganik). Pada tumbuhan, anabolisme berupa peristiwa fotosintesis dan  kemosintesis. Fotosintesis adalah peristiwa  penyusunan zat organik (Karbohidrat) dari H2O dan CO2 dengan pertolongan energi cahaya. Proses ini hanya terjadi pada tumbuhan berklorofil. Kemosintesis merupakan proses penyusunan bahan organic (karbohidrat) dari H2O dan CO2 menggunakan energi pemecahan senyawa kimia. Kemosintesis dilakukan oleh mikroorganisme seperti bakteri belerang (Begiota, Thiotrix), bakteri nitrit (Nitrosomonas), bakteri nitrat (Nitrosobacter), dan bakteri besi (Cladotrix). Pada peristiwa anabolisme terjadi suatu siklus yang memperlihatkan hubungan antara lingkungan abiotik dengan dunia kehidupan, seperti: daur nitrogen, daur karbon dan oksigen, daur air, daur belerang dan daur fosfor.

Katabolisme adalah reaksi kimia yang menghasilkan energi dengan memecah senyawa kompleks menjadi senyawa sederhana denagn bantuan enzim. Dalam tubuh organisme, terdapat ribuan proses kimia yang berlangsung melibatkjan ribuan enzim. Karena itu, produk suatu enzim bisa menjadi substrat bagi enzim lainnya. Semua reaksi kimia dalam organisme hidup diatur dengan mengatur kerja katalisator.

 

C.        Glikolisis

Tahap awal metabolisme konversi glukosa menjadi energi di dalam tubuh akan berlangsung secara aerobik melalui proses yang dinamakan Glikolisis. Proses glikolisis berlangsung di dalam sitoplasma. Glikolisis berlangsung dengan mengunakan  bantuan enzim yang berfungsi sebagai katalis di dalam sitoplasma. Inti dari keseluruhan proses Glikolisis adalah untuk mengkonversi glukosa menjadi produk akhir berupa piruvat.

Pada proses Glikolisis, 1 molekul glukosa yang memiliki 6 atom karbon pada rantainya (C6H12O6 ) akan terpecah menjadi produk akhir berupa 2 molekul piruvat (pyruvate) yang memiliki 3 atom karbom (C3H3O3). Proses ini berjalan melalui beberapa tahapan reaksi yang disertai dengan terbentuknya beberapa senyawa antara seperti Glukosa 6-fosfat dan Fruktosa 6-fosfat.

Selain akan menghasilkan produk akhir berupa molekul piruvat, proses glikolisis ini juga akan menghasilkan ATP serta NADH. Molekul ATP yang terbentuk ini kemudian akan diekstrak oleh sel-sel tubuh sebagai komponen dasar sumber energi. Pada pembentukan Asetil Co-A organisme prokariotik terjadi dalam sitosol. Proses tersebut menghasilkan NADH dan mengeluarkan CO2.

 

D.        Aerobik dan Anaerobik

Tahap metabolisme energi berikutnya akan berlangsung pada kondisi aerobik dengan mengunakan bantuan oksigen (O2). Bila oksigen tidak tersedia maka molekul piruvat hasil proses glikolisis akan terkonversi menjadi asam laktat, dengan kata lain sama dengan kondisi an aerobik. Dalam kondisi aerobik, piruvat hasil proses glikolisis akan teroksidasi menjadi produk akhir berupa H2O dan CO2 di dalam tahapan proses yang dinamakan respirasi selularProses respirasi selular ini terbagi menjadi 3 tahap utama yaitu produksi Acetyl-CoA, proses oksidasi Acetyl-CoA dalam siklus asam sitrat (Citric-Acid Cycle) serta Rantai Transpor Elektron (Electron Transfer Chain/Oxidative Phosphorylation).

Pada pembentukan Asetil Co-A organisme prokariotik terjadi dalam sitosol. Proses tersebut menghasilkan NADH dan mengeluarkan CO2. Tahap kedua dari proses respirasi selular yaitu Siklus Asam Sitrat merupakan pusat bagi seluruh aktivitas metabolisme tubuh. Siklus ini tidak hanya digunakan untuk memproses karbohidrat namun juga digunakan untuk memproses molekul lain seperti protein dan juga lemak. Siklus Asam Sitrat (Citric Acid Cycle) berfungsi sebagai pusat metabolisme tubuh. Siklus kreb berfungsi menghasilkan energy dan berbagai senyawa antara. Senyawa-senyawa antara tersebut berfungsi untuk sintesis senyawa lain. Adapun hasil akhir  TCA dari  2 asetil Co-A yaitu 4CO2, 2ATP, 6NADH dan 2FADH2. Untuk ETC elektron yang terdapat di dalam molekul NADH akan mampu untuk menghasilkan 3 buah molekul ATP sedangkan elektron yang terdapat dalam molekul FADH2 akan menghasilkan 2 buah molekul ATP. Dalam proses ini juga terjadi pemompaan elektron dari NADH disertai dengan atom hidrogen ke luar membran plasma.

Jika tak ada oksigen, sel tidak memliki akseptor elektron alternatif untuk memproduksi ATP, sehingga terpaksa elektron yang didapatkan dari glikolisis diangkut oleh senyawa organik, proses ini disebut fermentasi.

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.

 

E.        TCA Cycle

TCA Cycle atau dikenal dengan siklus asam sitrat maupun siklus Krebs. Siklus Asam Sitrat (Citric Acid Cycle) berfungsi sebagai pusat metabolisme tubuh. Siklus kreb berfungsi menghasilkan energy dan berbagai senyawa antara. Senyawa-senyawa antara tersebut berfungsi untuk sintesis senyawa lain. TCA terjadi didalam membrane sel pada organisme prokariot. Setiap kali oksalo asetat bergabung dengan asetil COA yang berasal dari Piruvat masuk kedalam siklus akan membentuk senyawa 6 karbon yang dikenal dengan asam sitrat sehingga dinamakan siklus asam sitrat. Dalam setiap putaran menghasilkan serangakaian oksidasi menyebabkan terjadinya reduksi NAD atau FAD dan membebaskan 2 molekul CO2. jadi senyawa 6 karbon asam sitrat kembali ke bentuk semula yaitu senyawa 4 karbon oksalo asetat yang siap bergabung kembali dengan asetat / astil COA. Akhirnya semua senyawa NADH dan FADH mengalami posforilasi oksidatif dengan melepaskan elektron melalui serangkain cyticrom ke oksigen menghasilkan air dan 3 molekul ATP untuk setiap pasang elektron dari NADH.  Sehingga hasil akhir yang diperoleh dari TCA yaitu 2 asetil Co-A yaitu 4 CO2, 2 ATP, 6 NADH + H+ dan 2 FADH2, CTP.

 

F.         Electron Transport Chain dan PMF

Proses konversi molekul FADH2 dan NADH yang dihasilkan dalam siklus asam sitrat (citric acid cycle) menjadi energi dikenal sebagai proses fosforilasi oksidatif (oxidative phosphorylation) atau juga Rantai Transpor Elektron (electron transport chain) yang terjadi di dalam membran plasma. Di dalam proses ini, elektron-elektron yang terkandung didalam molekul NADH2 & FADH ini akan dipindahkan ke dalam aseptor utama yaitu oksigen (O2). Pada akhir tahapan proses ini, elektron yang terdapat di dalam molekul NADH akan mampu untuk menghasilkan 3 buah molekul ATP sedangkan elektron yang terdapat dalam molekul FADH2 akan menghasilkan 2 buah molekul ATP. Dalam proses ini juga terjadi pemompaan elektron dari NADH disertai dengan atom hidrogen ke luar membran plasma.

Bersamaan dengan terjadinya ETC, terjadi pula proses yang disebut Proton Motive Force (PMF). Dalam proses ini terjadi perpindahan proton Hidrogen (H+karena berkonsentrasi tinggi yang berada di luar membran plasma atau dinamakan membrane periplasma. Kemudian H+ akan masuk kedalam sitoplasma kembali dengan bantuan enzim ATP Synthase. Pergerakan proton yang masuk kembali ke dalam sitoplasma tersebut dimanfaatkan sebagai energi untuk membentuk ATP dari ADP + Pi (36-38 ATP/1 mol glukosa).

 

G.        Chemiosmosis

Secara definisi kemiosmosis adalah difusi ion yang melewati suatu membran. Proses ini berhubungan dengan pembentukan ATP karena pergerakan ion hidrogen yang melewati membran. Ion hidrogen atau proton akan mengalami difusi dari tempat yang konsentrasi ion nya tinggi ke tempat yang konsentrasi ion nya rendah. Proses ini disebut kemiosmosis karena mirip dengan terjadinya osmosis, yaitu difusi air melewati membran.

Fosforilasi atau pembentukan ATP yang melibatkan peristiwa kemiosmosis terjadi pada mitokondria dan kloroplas. Di dalam sel, peristiwa kemiosmosis melibatkan proton motive force (PMF). PMF diawali oleh proses terjadinya pergerakan elektron pada rantai transpor elektron. Elektron pada rantai transpor elektron digerakkan dengan adanya pelepasan elektron. Elektron tersebut dapat berasal dari NADH atau FADH2 yang tereduksi apabila fosforilasi terjadi pada mitokondria sedangkan pada kloroplas, energi cahaya memecah molekul air menjadi ion H+ dan oksigen dan juga melepas elektron. Pergerakan elektron tersebut menimbulkan energi dan energi tersebut digunakan sebagai pemompa proton. Proton bergerak dari dalam membran ke membran antara di dalam sel mitokondria atau kloroplas. Pergerakan proton ke luar membran menyebabkan konsentrasi tinggi pada partikel ion positif, menyebabkan perbedaan konsentrasi antara di dalam dan di luar membran. Perbedaan ini menghasilkan gradien elektrokimia. Gradien tersebut menghasilkan perbedaan tingkat pH dan juga perbedaan tingkat muatan listrik. Kedua perbedaan inilah yang disebut PMF. Maka setelah terjadi PMF bergeraklah proton dari konsentrasi ion H+ yang tinggi ke ion H+ yang rendah atau bisa disebut dengan difusi ion. Maka terjadilah aliran proton. Aliran proton ini hanya dapat masuk ke dalam membran melalui enzim ATP synthase yang membawa cukup energi untuk menggabungkan ADP dan fosfat anorganik maka terbentuklah ATP.

 

H.        Substrat Level Phosporilasi

Di dalam sitoplasma, yaitu pada kondisi aerob terjadi peristiwa Glikolisis, di mana terjadi perombakan senyawa-senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana seperti protein menjadi asam amino, karbohidrat menjadi glukosa dan sebagainya (terjadi katabolisme) kemudian bereaksi membentuk asam piruvat kemudian memasuki Siklus Asam Tri Karboksilat (TCA Cycle) di luar membran plasma (periplasma). Dari proses metabolisme ini dihasilkan energi berupa 2 ATP. Dinamakan substrat level phosporilasi karena terjadi pembentukan senyawa-senyawa / phosphor dengan menggunakan substrat.

 

I.          Oksidatif Phosporilasi

Proses ini terjadi di dalam periplasma di luar membran plasma pada kondisi aerob atau terdapat oksigen sehingga disebut Oxidative Phosphorilation. Pada Oxidative Phosphorilation terjadi peristiwa TCA Cyle atau Siklus Asam Tri Karboksilat (TCA Cycle) di mana dihasilkan energi berupa NADH, FADH2, dan GTP yang nilainya merupakan kelipatn dari nilai ATP. Selanjutnya akan terjadi peristiwa ETC dan PMF dengan bantuan enzim ATPase yang akan menghasilkan energi berupa ATP. Dinamakan oksidative phosporilasi karena terjadi pembentukan senyawa-senyawa / phosphor dengan menggunakan reaksi oksidasi.

 

J.         Respirasi

Berdasarkan kebutuhan akan oksigen, respirasi internal dibagi menjadi respirasi aerobik (memerlukan oksigen) dengan tiga tahap yaitu glikolisis, siklus  Krebs, dan transpor elektron serta respirasi anaerobik (tidak membutuhkan oksigen) yang  menghasilkan fermentasi alkohol, asam laktat, atau asam sitrat.

Respirasi aerobik memerlukan oksigen untuk menghasilkan energi (ATP). Karbohidrat, lemak, dan protein dapat semua akan diproses dan dikonsumsi dan dapat diubah menjadi asam piruvat yang disebut glikolisis terjadi pada sitoplasma, siklus Krebs dan ETC terjadi dalam membrane sel, semuanya termasuk dalam respirasi aerob

Reaksi sederhana: C6H12O6 (aq) + 6 O2 (g) → 6 CO2 (g) + 6 H2O (l)

Respirasi anaerob adalah respirasi yang tidak memerlukan oksigen ( O2 ). Organel yang berperan serta reaksi-reaksi yang terjadi dalam respirasi anaerob sama seperti yang terjadi pada respirasi aerob. Namun dalam respirasi anaerob peran oksigen digantikan oleh zat lain, contohnya NO3 dan SO3. Respirasi anaerob hanya dapat dillakukan oleh mikroorganisme tertentu contohnya bakteri. Respirasi anaerob terjadi dalam sitoplasma. Respirasi dimulai dari asam piruvat yang berlanjut pada proses selanjutnya, apabila tidak ada oksigen akan terjadi respirasi anaerob atau fermentasi.

Jika tak ada oksigen, sel tidak memliki akseptor elektron alternatif untuk memproduksi ATP, sehingga terpaksa elektron yang didapatkan dari glikolisis diangkut oleh senyawa organik, proses ini disebut fermentasi.

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.

            Kondisi aerob dan anaerob berhubungan dengan proses yang berlangsung di dalam dan luar sitoplasma. Proses yang berlangsung di dalam sitoplasma atau dalam substrat disebut Substat Level Phosphorilation, sedangkan proses yang berlangsung di luar sitoplasma Oxidative Phosphorilation.

 

 

Jangan Lupa Unduh single dari D’Science


Bayangmu – D’Science
Klik http://adf.ly/OiuD4

Sampai Kau Kembali – D’Science
Klik http://adf.ly/OiuNc