METABOLISME MIKROBA

1. I METABOLISME MIKROBA

2. Karbohidrat, Lemak, Protein Proses Metabolisme: Anabolisme Katabolisme Reaksi enzimatik, Reaksi Reduksi- Oksidasi Energi Proses sintesis sel dan enzim, memelihara steady state sel, penyerapan unsur hara, ekskresi senyawa, pergerakan sel PETA KONSEP

3. DEFINISI METABOLISME Semua proses kimiawi yang dilakukan oleh organisme atau semua reaksi yang melibatkan transformasi energi kimia di dalam mahluk hidup • Definisi Metabolisme, Katabolisme dan Anabolisme • Metabolisme sebagai proses produksi energi untuk kehidupan sel • Senyawa pembawa energi, ATP dan ADP

4. Anabolisme: Pembentukan senyawa yang memerlukan energi (Rekasi endergonik): FOTOSINTESIS: MEMBENTUK C6G12O5 DARI CO2 DAN H2O Katabolisme: Penguraian senyawa yang menghasilkan energi (Reaksi eksergonik): RESPIRASI MENGURAIKAN KARBOHIDRAT MENJADI ASAM PIRUVAT DAN ENERGI

5. MENGAPA MIKROBA MEMERLUKAN ENERGI ? • Synthesa bagian sel (dinding sel, membran sel, dan substansi sel lainnya) • Synthesis Enzim, Asam Nukleat, Polysakarida, Phospholipids, atau komponen sel lainnya • Mempertahankan kondisi sel (optimal) dan memperbaiki bagian sel yang rusak • Pertumbuhan dan Perbanyakan • Penyerapan hara dan ekskresi senyawa yang tidak diperlukan atau waste products • Pergerakan (Motilitas)

6. ENERGI KIMIA Komponen kimia berenergi tinggi: Adenosin Diphosphate (ADP) dan Adenosine Triphosphate (ATP) yang dibentuk dari Adenosine Monophosphate ADP adalah AMP ~ P dan ATP adalah AMP ~ P~ P Energi kimia juga dapat disimpan dalam komponen dengan ikatan thioester seperti Acetyl-S-Coenzym A (Acetyl SCoA) REAKSI BIOKIMIA DIKATALIS OLEH ENZIM: Berperan penting dalam setiap reaksi metabolisme

7. ENZIM • Karaktersitik enzim • Faktor yang mempengaruhi kerja enzim • Pengaturan sistem enzim • Penamaan enzim

8. DEFINISI DAN KARAKTERISTIK KERJA ENZIM Protein dengan aktivitas katalitik yang mempercepat reaksi kimia tanpa ikut dalam reaksi tersebut Teori Kunci-Anak kunci Ukuran molekul enzim > substrat Penurunan energi aktivasi Reaksi dipercepat pada suhu alami

9. KOFAKTOR ENZIM Ada enzim yang mengandung komponen kimia lain selain protein. Komponen ini disebut kofaktor, suatu komponen yang bukan protein Kofaktor berupa : Molekul anorganik seperti Fe2+, Mn2+, Cu2+, Na+ atau molekul organik kecil yang disebut koenzimmisalnya vitamin B, B1, dan B2 Koenzim yang terikat kuat secara kovalen pada protein enzim disebut gugus prostetik. Enzim yang strukturnya sempurna dan aktif mengkatalisis, bersama-sama koenzim atau gugus logamnya disebut holoenzim.

10. FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KERJA ENZIM pH dan suhu Konsentrasi Substrat

11. PENGATURAN ENZIM Penghambat kompetitif(competitive inhibitor): molekul inhibitor berkompetisi dengan substrat untuk menempati sisi aktif enzim. Penghambat non kompetitif(allosteric inhibition) Molekul penghambat bergabung dengan enzim di luar sisi aktif, menyebabkan konformasi enzim berubah

12. Penghambatan umpan balik (Feedback Inhibition)Penumpukan produk akhir menghambat kerja enzim pertama dalam rangkaian reaksi tersebut sehingga produksi enzim selanjutnya ditunda

13. PENAMAAN ENZIM • Oxidoreductases (EC1) • Transferases (EC2) • Hydrolases (EC3) • Lyases (EC4) • Isomerases (EC5) • Ligases (EC6) EC1 sd EC6: subclass dalam penamaan enzim (enzyme nomenclature)

14. TIPE METABOLISME MIKROBA • Heterotrof • Ototrof • Fotosintesis

16. METABOLISME HETEROTROF • Jamur dan bakteri tertentu • mendapatkan energi dari oksidasi senyawa organik. • Senyawa organik mengandung karbon dan nitrogen yang digunakan secara aerob atau anaerob untuk menghasilkan tenaga pereduksi seperti nicotinamide adenine dinucleotide tereduksi (NADH + H+), dan energi (ATP)

17. Respirasi (Oksidasi) aerob vs anaerob • Respirasi aerob: Katabolisme bahan organik dengan akseptor elektron terminal berupa O2; dan donor elektron berupa bahan organik, misalnya katabolisme gula C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energi Efisiensi respirasi aerob 55 % • Respirasi anaerob: Katabolisme dengan akseptor elektron terminal berupa NO3, SO4, senyawa organik fumarate, dan CO2; dan donor elektron berupa bahan organik, misalnya, bakteri metanogen 4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O

18. METABOLISME OTOTROF (kemotrof, kemoototrof,kemolitotrof) • Bakteri yang tumbuh lambat dengan keberadaan senyawa anorganik (ion mineral) tanpa menggunakan sinar matahari sebagai sumber energi • Sumber karbon: CO2 • Sumber N: NH3, NO3-, atau N2

19. Bakteri Ototrof

20. METABOLISME FOTOSINTESIS (Fotoototrof, Fotoorganotrof) • Mikroba prokaryotik: bakteri dan sianobakteri (cyanobacteria) • Memerlukan sinar matahari (foton) dan pigmen • Fototrof: membuat gula di dalam sel untuk respirasi/energi • Heterotrof: mengambil gula di luar sel untuk respirasi/energi

21. Fotosintesis Anoksigenik: Tidak Menghasilkan O2 Fotosintesis bakteri ungu non belerang CO2 + 2CH3CHOHCH3 → (CH2O) + H2O + 2CH3COCH3 Fotosintesis bakteri hijau belerang CO2 + 2H2S → (CH2O) + H2O + 2S Fotosintesis Oksigenik: Menghasilkan O2 Fotosintesis Sianobakteri 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

22. METABOLISME KARBOHIDRAT • Glikolisis = glukosa menjadi piruvat • Siklus Kreb (Siklus asam sitrat) = piruvat menjadi CO2 dan NAD pembawa H+ • Oksidasi Transport Elekteron = NAD dan H+ memasuki seri reaksi reduksi oksidasi untuk menghasilkan energi • Fosforilasi Oksidatif = energi dari transport elektron menghasilkan ATP dari ADP dan Pi

23. TAHAPAN DALAM RESPIRASI Glukosa Asam Piruvat Tahap I= Glikolisis CO2 Tahap II = Dekarbiksilasi as. Pyrupat Acetyl-CoA Tahap III = Siklus Kreb TCA [NADH] Tahap IV = Rantai Pernafasan Rantai Pernafasan e- H2O O2 Fosforilasi oksidatif ATP Energi Elektron akseptor

24. GLIKOLISIS: Degradasi glukosa menjadi piruvat • 1. Lintasan Fructose Biphosphate Aldolase yang lebih dikenal sebagai lintasan Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) • 2. Lintasan hexose monophosphate (HMP) • 3. Lintasan oxidative pentose phosphate (PP) • 4. Lintasan Entner-Doudoroff (ED). Lintasan EMP, HMP dan PP pada eukaryotik (jamur, alga, protozoa) dan prokaryotik (bakteri) Lintasn ED hanya pada beberapa bakteri aerob obligat

25. lintasan Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) = EMP Pathway • Memecah glukosa menjadi 2 piruvat, 2 NADH, dan 2 ATP

26. Lintasan Hexose monophosphate (HMP) Hasil akhir lintasan HMP adalah 1 piruvat, 1 asetil fosfat, 1 CO2, 1 ATP dan 3 NAD(P)H. Lintasan ini juga menghasilkan ribulosa 5-fosfat (Gambar 8) yang merupakan prekursor nukleotida.

27. LIntasan Pentosa phosphate (PP) Hasil akhir dari pemecahan 1 molekul glukosa adalah 1 piruvat, 3 CO2, 1 ATP dan 3 NAD(P)H.

28. Lintasan Entner Doudoroff (ED) Hasil akhir pemecahan 1 molekul glukosa adalah 2 piruvat, 1 ATP dan 2 NAD(P)H

29. SIKLUS KREB = Piruvat diubah menjadi CO2 dan NAD Transport elektron

30. TRANSPORT ELEKTRON = RANTAI PERNAFASAN Oksidasi NADH dan reduksi senyawa kimia lain (pembawa elektron) untuk menghasilkan energi yang membentuk ATP pada proses fosforilasi oksidatif Donor e- Terminal akseptor e

31. MENARA ENERGI Perbedaan redox menggambarkan besarnya perolehan energi. Semakin negatif semakin tereduksi dan sebaliknya semakin teroksidasi Perbedaan Redox menyebabkan terjadinya pergerakan elektron

32. Siklus Glioksilat (Glyoxylate Cycle) Siklus glioksilat dilakukan oleh prokaryotik yang mengoksidasi asam asetat. Siklus ini mirip dengan siklus Kreb tetapi isositrat tidak diubah menjadi oksalokuksinat, tapi dipecah menjadi glioksilat dan suksinat

33. Fermentasi: metabolisme heterotrof dengan senyawa organik sebagai akseptor elektron (hidrogen) terminal. substrat dioksidasi tidak sempurna. Produk akhir disimilasi glukosa adalah senyawa organik sederhana yang disekresikan ke dalam medium sebagai waste product biasanya berupa alkohol dan asam

34. PRODUK AKHIR FERMENTASI

35. METABOLISME PROTEIN Bakteri, ragi (yeast) dan kapang (molds) memerlukan senyawa nitrogen dalam bentuk asam amino, serta asam nukleat purin dan pirimidin. Mikrorba lainnya dapat menggunakan ammonia atau nitrat untuk mensintesis senyawa nitrogen organik. Beberapa bakteri memfiksasi N2 menjadi amonia Asimilasi ammonia L-Glutamat + NH4+ + ATP → L-glutamine + ADP + Pi Selanjutnya glutamate synthase mentrasfer satu gugus amino dari glutamine ke molekul γ-ketoglutarat sehingga terbentuk dua molekul L-glutamat: γ-ketoglutarat + L-glutamine + NADPH2 + H+ → L-Glutamat + NADP+

36. Biosintesis asam amino Asimilasi ammonia menjadi asam amino glutamate adalah langkah awal dari rangkaian pembentukan asam amino lainnya. Katabolisme asam amino Asam amino dapat digunakan sebagai sumber energi. Secara umum, 20 asam amino dapat didegradasi menjadi 6 senyawa antara yang memasuki sistem metabolisme karbohidrat yaitu piruvat, acetyl Co-A, Oxaloacetate, fumarat, Suksinil Ca-A, dan γ-ketoglutarat.

37. Biosintesis asam amino

38. Biosintesis nukleotida. Biosintesis purin Biosintesis pirimidin

39. METABOLISME LIPID Bersama-sama karbohidrat dan protein, lemak adalah metabolit primer yang harus tersedia agar mikroba dapat tumbuh, berproliferasi dan beraktivitas. Komponen lemak: membran sitoplasma, mesosom, dan membrane inti pada mikroba eukaryotic. glycosydilglyserides dan lipoteichoic acid ditemukan di bakteri gram positif saja sedangkan lipopolisakarida terdapat di bakteri gram negatif. Lipid juga didegradasi untuk mendapatkan energi. lipid lebih banyak menghasilkan energi daripada glukosa. Total energi yang dihasilkan dari pemcahan asam lemak dapat mencapai 49,3 ATP sedangkan dari glukosa adalah maksimal 41 ATP.

40. Biosintesis asam lemak (fatty acids) jenuh dan tak jenuh

41. Mikroba dengan biosintesis asam lemak tidak jenuh melalui lintasan anaerbob dan aerob

42. Degradasi Lipid Degradasi lemak menjadi asam lemak (fatty acid) dan gliserol (glycerol) yang dikatalis oleh enzim lipase