View
83
Download
3
Category
Preview:
Citation preview
Mikrobiologi Farmasi
Nita Rusdiana M.Sc., Apt
PERTEMUAN 7
Metabolit mikroorganisme
Metabolisme adalah reaksi kimia yang berlangsung
di dalam organisme hidup, dan merupakan reaksi
yang sangat terkoordinasi, mempunyai tujuan,
serta mencakup berbagai kerja sama dari banyak
sistem multi enzim.• Metabolisme punya empat fungsi spesifik, yaitu :
1. Untuk memperoleh energi kimia dari degradasi makanan yang kaya energi dari lingkungan atau dari energi solar
2. Untuk mengubah molekul nutrisi menjadi prekursor unit pembangun bagi makromolekul sel.
3. Untuk menggabungkan unit-unit pembangun ini menjadi protein, asam nukleat, lipid, polisakarida, dan komponen sel lainnya.
4. Untuk membentuk dan mendegradasi biomolekul yang diperlukan dalam fungsi khusus sel.
• 2 proses metabolisme yang berlawanan, keduanya berlangsung serempak, yaitu:1. Anabolisme, yaitu proses sintesis makromolekul
kompleks misalnya asam nukleat, lipid, dan polisakarida serta penggunaan energi.
2. Katabolisme, yaitu merupakan proses penguraian bahan organik kompleks menjadi bahan organik yang lebih sederhana atau bahan anorganik dan menghasilkan energi, misalnya adenin triposfat (ATP) atau guanin triposfat (GTP).
PETA KONSEP
Proses Metabolisme:
Anabolisme
Katabolisme
Karbohidrat, Lemak, Protein
Proses sintesis sel dan enzim,
memelihara steady state sel,
penyerapan unsur hara, ekskresi
senyawa, pergerakan sel
Reaksi enzimatik,
Reaksi Reduksi- OksidasiEnergi
▫ Definisi Metabolisme, Katabolisme danAnabolisme
▫ Metabolisme sebagai proses produksienergi untuk kehidupan sel
▫ Senyawa pembawa energi, ATP dan ADP
DEFINISI METABOLISME
Semua proses kimiawi yang dilakukan oleh organisme
atau semua reaksi yang melibatkan transformasi
energi kimia di dalam mahluk hidup
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
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)
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
• Karaktersitik enzim
• Faktor yang mempengaruhi kerja enzim
• Pengaturan sistem enzim
• Penamaan enzim
ENZIM
DEFINISI DAN KARAKTERISTIK KERJA ENZIM
Protein dengan aktivitas katalitik yang mempercepat
reaksi kimia tanpa ikut dalam reaksi tersebut
Teori Kunci-Anak
kunci
Penurunan energi
aktivasi
Ukuran molekul
enzim > substrat
Reaksi dipercepat
pada suhu alami
KOFAKTOR ENZIM
Ada enzim yang mengandung komponen kimia lainselain 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 koenzim misalnya vitamin B, B1, dan B2
Koenzim yang terikat kuat secara kovalen padaprotein enzim disebut gugus prostetik.
Enzim yang strukturnya sempurna dan aktifmengkatalisis, bersama-sama koenzim atau guguslogamnya disebut holoenzim.
FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KERJA ENZIM
pH dan suhu
Konsentrasi Substrat
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
Penghambatan umpan balik (Feedback Inhibition)
Penumpukan produk akhir menghambat kerja enzim
pertama dalam rangkaian reaksi tersebut sehingga
produksi enzim selanjutnya ditunda
PENAMAAN ENZIM
• Oxidoreductases (EC1)
• Transferases (EC2)
• Hydrolases (EC3)
• Lyases (EC4)
• Isomerases (EC5)
• Ligases (EC6)
EC1 sd EC6: subclass dalam penamaan enzim (enzyme nomenclature)
TIPE METABOLISME MIKROBA
• Heterotrof
• Ototrof
• Fotosintesis
Metabolisme Sumber C Sumber N Sumber energi Sumber H+
Heterotrof/Kemoorganotrof
Organik OrganikAtauanorganik
Oksidasisenyawa organik
-
Ototrof/kemolitotrof
CO2 anorganik OksidasiSenyawaanorganik
-
FotosintesisFotolitotrof
BakteriSianobakteri
FotoorganotrofBakteri
CO2
CO2
CO2
AnorganikAnorganik
Anorganik
Cahaya matahariCahaya matahari
Cahaya matahari
H2S atau H2
Fotolisis H2O
Bahanorganik
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)
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
• 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
METABOLISME OTOTROF
(kemotrof, kemoototrof,kemolitotrof)
Tipe kemosintetis Oksidasi
senyawa anorganik
sebagai sumber energi
Famili, Genus, spesies
pewakil
Pengoksidasi NH3
(aerob)
NH3 dioksidasi menjadi NO2 Nitrobacteriaceae
(Nitrosomonas,
Nitrosococcus, Nitrospira)
Pengoksidasi NO2
(aerob)
NO2 dioksidasi menjadi NO3 Nitrobacteriaceae
(Nitrobacter, Nitrococcus)
Pengoksidasi sulfur
(aerob) dan besi
(aerob)
S2 dioksidasi menjadi SO4, dan
Fe2+ dioksidasi menjadi Fe3+.
Thiobacillus thiooxidans
Thiobacillus ferrooxidans
Ferrobacillus,
Leptothrix
Pengoksidasi
senyawa sulfur dan
pereduski NO3
(denitrifikasi)
S2O3 dioksidasi, NO3 direduksi Thiobacillus denitrificans
Bakteri Ototrof
• 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
METABOLISME FOTOSINTESIS
(Fotoototrof, Fotoorganotrof)
Fotosintesis bakteri ungu non belerang
CO2 + 2CH3CHOHCH3 → (CH2O) + H2O + 2CH3COCH3
Fotosintesis bakteri hijau belerang
CO2 + 2H2S → (CH2O) + H2O + 2S
Fotosintesis Anoksigenik: Tidak Menghasilkan O2
Fotosintesis Oksigenik: Menghasilkan O2
Fotosintesis Sianobakteri
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
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
Glukosa Asam Piruvat
Acetyl-CoACO2
O2
H2O
[NADH]
Rantai Pernafasan e-
Elektron
akseptor
TAHAPAN DALAM RESPIRASI
Tahap I=
Glikolisis
Tahap II = Dekarbiksilasi
as. Pyrupat
Tahap III = Siklus Kreb
TCA
Tahap IV = Rantai
Pernafasan
EnergiATPFosforilasi
oksidatif
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
lintasan Embden-
Meyerhof-Parnas
(EMP) = EMP
Pathway
Memecah glukosa
menjadi 2 piruvat,
2 NADH, dan 2 ATP
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.
LIntasan Pentosa
phosphate (PP)
Hasil akhir dari
pemecahan 1 molekul
glukosa adalah 1 piruvat,
3 CO2, 1 ATP dan 3
NAD(P)H.
Lintasan Entner
Doudoroff (ED)
Hasil akhir pemecahan
1 molekul glukosa
adalah 2 piruvat, 1
ATP dan 2 NAD(P)H
SIKLUS KREB = Piruvat diubah menjadi CO2 dan NAD
Transport elektron
TRANSPORT ELEKTRON = RANTAI PERNAFASAN
Oksidasi NADH dan reduksi senyawa kimia lain (pembawa elektron)
untuk menghasilkan energi yang membentuk ATP pada proses
fosforilasi oksidatif
Terminal
akseptor e
Donor
e-
Perbedaan redox
menggambarkan
besarnya perolehan
energi.
Semakin negatif
semakin tereduksi dan
sebaliknya semakin
teroksidasi
MENARA ENERGI
Perbedaan Redox menyebabkan
terjadinya pergerakan elektron
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
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
PRODUK AKHIR FERMENTASI
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+
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.
Biosintesis asam
amino
Biosintesis nukleotida.
Biosintesis purin
Biosintesis pirimidin
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.
Biosintesis asam lemak (fatty acids) jenuh dan tak jenuh
Lintasan anaerob LIntasan aerob
Eschericia coli Alkaligenes faecalis
Salmonella typhimurium Corynebacterium diphteriae
Serratia maecesens Mycoibacterium phlei
Azotobacter agilis Bacillus (beberapa spesies)
Lactobacillus plantarum Micrococcus luteus
Agrobacterium tumifaciens Beggiatoa
Clostridium pasteurianum Leptospira caicola
Staphylococcus haemolyticus Sachharomyces cerevisiae
Clostridium butyricum Neurospora crassa
Caulobacter crescentus Candida lipolytica
Propionibacterium Stigmatella aurantiaca
Chloroflexus auranticus
Clorobium limicola
Mikroba dengan biosintesis asam lemak tidak jenuh melalui lintasan
anaerbob dan aerob
Degradasi Lipid
Degradasi lemak menjadi asam lemak (fatty acid)
dan gliserol (glycerol) yang dikatalis oleh enzim
lipase
Recommended