29
MAKALAH BIOKIMIA “BIOREMEDIASI LINGKUNGAN” Pembimbing: Dr. Uun Yanuhar, S.Pi, MSi Kelas : M03 DisusunOleh: Nur Hidayat (125080101111061) Rizqi Irfansyah P. (135080100111062) Chandika Lestariaji (135080100111075) Ivon Vernanda Wijaya (135080101111128) MANAJEMEN SUMBERDAYA PERAIRAN 1

makalah bio.docx

Embed Size (px)

DESCRIPTION

tugas

Citation preview

Page 1: makalah bio.docx

MAKALAH BIOKIMIA

“BIOREMEDIASI LINGKUNGAN”

Pembimbing: Dr. Uun Yanuhar, S.Pi, MSi

Kelas : M03

DisusunOleh:

Nur Hidayat (125080101111061)

Rizqi Irfansyah P. (135080100111062)

Chandika Lestariaji (135080100111075)

Ivon Vernanda Wijaya (135080101111128)

MANAJEMEN SUMBERDAYA PERAIRAN

FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG

1

Page 2: makalah bio.docx

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami haturkan kehadiratTuhan Yang Maha Esa atas petunjuk, berkah, dan

limpahan rahmat-Nya sehingga kami bisa menyelesaikan Makalah yang berjudul yang berjudul

“Bioremediasi Lingkungan” disusun dalam rangka memenuhi tugas matakuliah biokimia.

Penyusunan makalah ini tidak lepas dari bantuan Dr. Uun Yanuhar, S.Pi, MSi.

Sisebagai dosen mata kuliah biokimia. Oleh karena itu, kami sampaikan terima kasih. Kami

menyadari makalah ini tidak lepas dari berbagai kekurangan, untuk itu penulis mengharapkan

saran dan kritik yang membangun demi kesempurnaan dan perbaikan makalah ini. Akhirnya

kami berharap makalah ini dapat bermanfaat bagi pembaca.

Malang, Oktober 2014

Kelompok 4

2

Page 3: makalah bio.docx

DAFTAR ISI

3

Page 4: makalah bio.docx

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia sebagai negara sedang berkembang memiliki beragam ukuran dan jenis industri, baik dalam bentuk industri rumah tangga maupun industri ukuran besar. Aturan yang berhubungan dengan berbagai jenis limbah yang dihasilkan berbagai jenis industri tersebut pada umumnya sudah tersedia. Seperti Undang-Undang No.32 Tahun 2004, tentang Pemerintahan Daerah dan Undang-undang No.32 Tahun 2009, yang mengatur pengelolaan lingkungan hidup menjadi salah satu materi kewenangan yang didesentralisasikan dari Pemerintah Pusat kepada Pemerintah Daerah (Provinsi/Kabupaten/Kota). Aturan ini dilahirkan pada dasarnya dengan tujuan agar limbah sebagai hasil sampingan berbagai jenis industri tersebut tidak merusak lingkungan pada saat dibuang ke dalam perairan.

Bioremediasi merupakan penggunaan mikroorganisme untuk mengurangi polutan di lingkungan. Saat bioremediasi terjadi, enzim-enzim yang diproduksi oleh mikroorganisme memodifikasi polutan beracun dengan mengubah struktur kimia polutan tersebut, sebuah peristiwa yang disebut biotransformasi. Pada banyak kasus, biotransformasi berujung pada biodegradasi, dimana polutan beracun terdegradasi, strukturnya menjadi tidak kompleks, dan akhirnya menjadi metabolit yang tidak berbahaya dan tidak beracun.

Sejak tahun 1900an, orang-orang sudah menggunakan mikroorganisme untuk mengolah air pada saluran air. Saat ini, bioremediasi telah berkembang pada perawatan limbah buangan yang berbahaya (senyawa-senyawa kimia yang sulit untuk didegradasi), yang biasanya dihubungkan dengan kegiatan industri. Yang termasuk dalam polutan-polutan ini antara lain logam-logam berat, petroleum hidrokarbon, dan senyawa-senyawa organik terhalogenasi seperti pestisida, herbisida, dan lain-lain. Banyak aplikasi-aplikasi baru menggunakan mikroorganisme untuk mengurangi polutan yang sedang diujicobakan. Bidang bioremediasi saat ini telah didukung oleh pengetahuan yang lebih baik mengenai bagaimana polutan dapat didegradasi oleh mikroorganisme, identifikasi jenis-jenis mikroba yang baru dan bermanfaat, dan kemampuan untuk meningkatkan bioremediasi melalui teknologi genetik. Teknologi genetik molekular sangat penting untuk mengidentifikasi gen-gen yang mengkode enzim yang terkait pada bioremediasi. Karakterisasi dari gen-gen yang bersangkutan dapat meningkatkan pemahaman kita tentang bagaimana mikroba-mikroba memodifikasi polutan beracun menjadi tidak berbahaya.

1.2 Rumusan masalah 1. Apakah yang dimaksud Bioremediasi Lingkungan ?2. Bagaimana metabolisme mikroba3. Bagaimana mekanisme dari bioremediasi ?

4

Page 5: makalah bio.docx

1.3 Tujuan Dengan merumuskan masalah diatas dapat diketahui tujuan dari makalah ini adalah sebagai berikut :1. Untuk mengetahui apa yang dimaksud dengan bioremediasi lingkungan2. Untuk mengetahui bagaimana proses dari metabolism mikroba3. Untuk mengetahui mekanisme dari bioremediasi

5

Page 6: makalah bio.docx

BAB 2PEMBAHASAN

2.1 Bioremediasi

Bioremediasi adalah pemanfaatan mikroorganisme (khamir, fungi (mycoremediasi), yeast, alga dan bakteri yang berfungsi sebagai agen bioremediator) untuk membersihkan senyawa pencemar (polutan) dari lingkungan. Bioremediasi juga dapat dikatakan sebagai proses penguraian limbah organik/anorganik polutan secara biologi dalam kondisi terkendali. bioremediasi juga dapat pula memanfaatkan tanaman air. Tanaman air memiliki kemampuan secara umum untuk menetralisir komponen-komponen tertentu di dalam perairan dan sangat bermanfaat dalam proses pengolahan limbah cair ( misalnya menyingkirkan kelebihan nutrien, logam dan bakteri patogen). Penggunaan tumbuhan ini biasa dikenal dengan istilah fitoremediasi. Bioremediasi bertujuan untuk memecah atau mendegradasi zat pencemar menjadi bahan yang kurang beracun atau tidak beracun (karbon dioksida dan air) atau dengan kata lain mengontrol,   mereduksi atau bahkan mereduksi bahan pencemar dari lingkungan. 

2.1.1 Jenis-jenis bioremediasi dibagi menjadi 2 yaitu:a.      Bioremediasi yang melibatkan mikroba terdapat 3 macam yaitu

1.      BiostimulasiBiostimulasi adalah memperbanyak dan mempercepat pertumbuhan mikroba yang

sudah ada di daerah tercemar dengan cara memberikan lingkungan pertumbuhan yang diperlukan, yaitu penambahan nutrien dan oksigen. Jika jumlah mikroba yang ada dalam jumlah sedikit, maka harus ditambahkan mikroba dalam konsentrasi yang tinggi sehingga bioproses dapat terjadi. Mikroba yang ditambahkan adalah mikroba yang sebelumnya diisolasi dari lahan tercemar kemudian setelah melalui proses penyesuaian di laboratorium di perbanyak dan dikembalikan ke tempat asalnya untuk memulai bioproses. Namun sebaliknya,  jika kondisi yang dibutuhkan tidak terpenuhi, mikroba akan tumbuh dengan lambat atau mati. Secara umum kondisi yang diperlukan ini tidak dapat ditemukan di area yang tercemar.

2.      Bioaugmentasi Bioaugmentasi merupakan penambahan produk mikroba komersial ke dalam limbah

cair untuk meningkatkan efisiensi dalam pengolahan limbah secara biologi. Cara ini paling sering digunakan dalam menghilangkan kontaminasi di suatu tempat. Hambatan mekanisme ini yaitu sulit untuk mengontrol kondisi situs yang tercemar agar mikroba dapat berkembang dengan optimal. Selain itu mikroba perlu beradaptasi dengan lingkungan tersebut . Menurut Munir (2006), dalam beberapa hal, teknik bioaugmentasi juga diikuti dengan penambahan nutrien tertentu. Para ilmuwan belum sepenuhnya mengerti seluruh mekanisme yang terkait dalam bioremediasi, dan mikroorganisme yang dilepaskan ke lingkungan yang asing kemungkinan sulit untuk beradaptasi.

3.      Bioremediasi Intrinsik

6

Page 7: makalah bio.docx

Bioremediasi jenis ini terjadi secara alami di dalam air atau tanah yang tercemar. Di masa yang akan datang, mikroorganisme rekombinan dapat menyediakan cara yang efektif untuk mengurangi senyawa-senyawa kimiawi yang berbahaya di lingkungan kita. Bagaimanapun, pendekatan itu membutuhkan penelitian yang hati-hati berkaitan dengan mikroorganisme rekombinan tersebut, apakah efektif dalam mengurangi polutan, dan apakah aman saat mikroorganisme itu dilepaskan ke lingkungan.

b.      Bioremediasi berdasarkan lokasi terdapat 2 macam yaitu:1.      In situ : dapat dilakukan langsung di lokasi tanah tercemar (proses bioremediasi yang digunakan berada pada tempat lokasi limbah tersebut). Proses bioremadiasi in situ pada lapisan surface juga ditentukan oleh faktor bio-kimiawi dan hidrogeologi.2.      Ex situ : bioremediasi yang dilakukan dengan mengambil limbah tersebut lalu ditreatment ditempat lain, setelah itu baru dikembalikan ke tempat asal.  Lalu diberi perlakuan khusus dengan memakai mikroba.  Bioremediasi ini bisa lebih cepat dan mudah dikontrol dibanding in-situ, ia pun mampu me-remediasi jenis kontaminan dan jenis tanah yang lebih beragam.

2.1.2 Faktor-faktor yang mempengaruhi Bioremediasi.

Keberhasilan proses biodegradasi banyak ditentukan oleh aktivitas enzim. Dengan demikian mikroorganisme yang berpotensi menghasilkan enzim pendegradasi hidrokarbon perlu dioptimalkan aktivitasnya dengan pengaturan kondisi dan penambahan suplemen yang sesuai. Dalam hal ini perlu diperhatikan faktor-faktor lingkungan yang mempengaruhi proses bioremediasi, yang meliputi kondisi tanah, temperature, oksigen, dan nutrient yang tersedia.a)    Lingkungan/Tanah

Proses biodegradasi memerlukan tipe tanah yang dapat mendukung kelancaran aliran nutrient, enzim-enzim mikrobial dan air. Terhentinya aliran tersebut akan mengakibatkan terbentuknya kondisi anaerob sehingga proses biodegradasi aerobik menjadi tidak efektif. Karakteristik tanah yang cocok untuk bioremediasi in situ adalah mengandung butiran pasir ataupun kerikil kasar sehingga dispersi oksigen dan nutrient dapat berlangsung dengan baik. Kelembaban tanah juga penting untuk menjamin kelancaran sirkulasi nutrien dan substrat di dalam tanah.b)   Temperatur

Temperatur yang optimal untuk degradasi hidrokaron adalah 30-40˚C. Ladislao, et. al. (2007) mengatakan bahwa temperatur yang digunakan pada suhu 38˚C bukan pilihan yang valid karena tidak sesuai dengan kondisi di Inggris untuk mengontrol mikroorganisme patogen. Pada temperatur yang rendah, viskositas minyak akan meningkat mengakibatkan volatilitas alkana rantai pendek yang bersifat toksik menurun dan kelarutannya di air akan meningkat sehingga proses biodegradasi akan terhambat. Suhu sangat berpengaruh terhadap lokasi tempat dilaksanakannya bioremediasic)    Oksigen

Langkah awal katabolisme senyawa hidrokaron oleh bakteri maupun kapang adalah oksidasi substrat dengan katalis enzim oksidase, dengan demikian tersedianya oksigen merupakan syarat keberhasilan degradasi hidrokarbon minyak. Ketersediaan oksigen di tanah

7

Page 8: makalah bio.docx

tergantung pada (a) kecepatan konsumsi oleh mikroorganisme tanah, (b) tipe tanah dan (c) kehadiran substrat lain yang juga bereaksi dengan oksigen. Terbatasnya oksigen, merupakan salah satu faktor pembatas dalam biodegradasi hidrokarbon minyakd)   pH.

Pada tanah umumnya merupakan lingkungan asam, alkali sangat jarang namun ada yang melaporkan pada pH 11. Penyesuaian pH dari 4,5 menjadi 7,4 dengan penambahan kapur meningkatkan penguraian minyak menjadi dua kali. Penyesuaian pH dapat merubah kelarutan, bioavailabilitas, bentuk senyawa kimia polutan, dan makro & mikro nutrien. Ketersediaan Ca, Mg, Na, K, NH4

+, N dan P akan turun, sedangkan penurunan pH menurunkan ketersediaan NO3-

dan Cl- . Cendawan yang lebih dikenal tahan terhadap asam akan lebih berperan dibandingkan bakteri asam.e)    Kadar H2O dan karakter geologi.

Kadar air dan bentuk poros tanah berpengaruh pada bioremediasi. Nilai aktivitas air dibutuhkan utk pertumbuhan mikroba berkisar 0.9 - 1.0, umumnya kadar air 50-60%. Bioremediasi lebih berhasil pada tanah yang poros.f)    Keberadaan zat nutrisi.

Baik pada in situ & ex situ. Bila tanah yang dipergunakan bekas pertanian mungkin tak perlu ditambah zat nutrisi. Untuk hidrokarbon ditambah nitrogen & fosfor, dapat pula dengan makro & mikro nutrisi yang lain. Mikroorganisme memerlukan nutrisi sebagai sumber karbon, energy dan keseimbangan metabolisme sel. Dalam penanganan limbah minyak bumi biasanya dilakukan penambahan nutrisi antara lain sumber nitrogen dan fosfor sehingga proses degradasi oleh mikroorganisme berlangsung lebih cepat dan pertumbuhannya meningkat.g)   Interaksi antar Polusi.

Fenomena lain yang juga perlu mendapatkan perhatian dalam mengoptimalkan aktivitas mikroorganisme untuk bioremediasi adalah interaksi antara beberapa galur mikroorganisme di lingkungannya. Salah satu bentuknya adalah kometabolisme. Kometabolisme merupakan proses transformasi senyawa secara tidak langsung sehingga tidak ada energy yang dihasilkan.

2.2 Metabolisme Mikroba Metabolisme adalah Semua proses kimiawi yang dilakukan oleh organisme atau

semua reaksi yang melibatkan transformasi energi kimia di dalam mahluk hidup. Metabolisme pada semua organisme pada prinsipnya memiliki kesamaan (Unity in biochemeistry) namun ada beberapa perbedaan tergantung pada jenis organismenya.

Metabolisme merupakan seluruh peristiwa reaksi-reaksi kimia yang berlangsung dala sel makhluk hidup. Metabolisme terdiri atas dua proses, yaitu anabolisme dan katabolisme.

2.2.1 Anabolisme

Anabolisme adalah penyusunan senyawa kimia sederhana menjadi senyawa kimia atau molekul komplek. Pada peristiwa ini diperlukan energi dari luar. Energi yang digunakan dalam reaksi ini dapat berupa energi cahaya ataupun energi kimia. Energi tersebut, selanjutnya digunakan untuk mengikat senyawa-senyawa sederhana tersebut menjadi senyawa yang lebih kompleks. Jadi, dalam proses ini energi yang diperlukan tersebut tidak hilang, tetapi tersimpan dalam bentuk ikatan-ikatan kimia pada senyawa kompleks yang terbentuk. Energi yang digunakan dalam anabolisme

8

Page 9: makalah bio.docx

dapat berupa energi cahaya atau energi kimia. Anabolisme yang menggunakan energi cahaya dikenal dengan fotosintesis, sedangkan anabolisme yang menggunakan energi kimia dikenal dengan kemosintesis.

Fotosintesis adalah suatu proses biokimia pembentukan zat makanan karbohidrat yang dilakukan oleh tumbuhan, terutama tumbuhan yang mengandung zat hijau daun atau klorofil. Selain tumbuhan berklorofil, makhluk hidup non-klorofil lain yang berfotosintesis adalah alga dan beberapa jenis bakteri. Organisme ini berfotosintesis dengan menggunakan zat hara, karbon dioksida dan air serta bantuan energi cahaya matahari.

Terjadi pada algae, tumbuhan dan beberapa prokariotik:

• Terdiri atas 2 reaksi utama: Photophosphorylation (reaksi terang) dan fiksasi karbon dioksida (reaksi gelap).

1.        Photophosphorylation (Reaksi terang)Pada reaksi terang, cahaya mengenai klorofil a yang menyebabkan elektron tereksitasi sehingga mempunyai energi lebih tinggi. Dalam satu rangkaian reaksi kimia, energi tersebut akan diubah menjadi ATP dan NADPH. Air akan terurai dan melepaskan oksigen sebagai satu produk reaksi. ATP dan NADPH akan digunakan untuk membuat karbohidrat pada reaksi gelap.

2.        Fiksasi Karbon Dioksida (Reaksi Gelap)Fiksasi karbon dikenal sebagai reaksi gelap. Enam molekul gas asam arang masuk

ke dalam sel melalui stomata dan akan diikat oleh ribulosa bifosfat (RuBP). RuBP merupakan suatu senyawa berkarbon 5 yang akan diubah menjadi satu molekul gula. Peristiwa ini terjadi di dalam stroma dan telah diperkenalkan oleh Melvin Calvin sehingga selanjutnya dikenal dengan siklus calvin.Pada kelompok bakteri dapat dibedakan atas: anoxygenic dan oxygenic photosynthesis.

a.       Anoxygenic Photosynthesis

        Proses fotosintesis yang tidak menghasilkan O2 dan H2S berperan sebagai donor elektron. Anoxygenic photosynthesis ditemukan pada:

• Green sulfur bacteria (e.g. Chlorobium)

• Green nonsulfur bacteria (e.g. Chloroflexus)

• Purple sulfur bacteria (e.g. Chromatium)

• Purple nonsulfur bacteria (e.g. Rhodobacter)

        Donor Electron bervariasi:• H2S atau senyawa organik pada green dan purple sulfur bacteria.

• H2 atau senyawa organik pada green and purple nonsulfur bacteria.

        Hanya memiliki satu fotosistem

9

Page 10: makalah bio.docx

• Pada green bacteria, photosystem sama dengan PSI.

• Pada purple bacteria, photosystem sama dengan PSII.

        Fungsi utama adalah menghasilkan ATP melalui cyclic photophosphorylation.b.      Oxygenic photosynthesis

        Proses fotosintesis yang menghasilkan O2 dan H2S berperan sebagai donor elektron.         Ditemukan pada Cyanobacteria (blue-green algae) dan organisme eukariotik yang

memiliki kloroplas.        Donor electron adalah H2O: teroksidasi membentuk O2.        Melalui 2 fotosistem yaitu PSI dan PSII.        Fungsi umum menghasilkan NADPH dan ATP untuk fiksasi karbon.

 2.2.2 Katabolisme

Katabolisme adalah reaksi pemecahan/pembongkaran senyawa kompleks menjadi senyawa-senyawa yang lebih sederhana dengan menghasilkan energi yang dapat digunakan organisme untuk melakukan aktivitasnya. Fungsi reaksi katabolisme adalah untuk menyediakan energi dan komponen yang dibutuhkan oleh reaksi anabolisme.

1. Respirasi            Respirasi merupakan proses terjadinya pembongkaran suatu zat makanan sehingga menghasilkan energi yang diperlukan oleh mikroorgnisme tersebut. Jika oksigen yang diperlukan dalam proses respirasi maka disebut respirasi aerob.Ada juga spesies bakteri yang mampu melakukan respirasi tanpa adanya oksigen, maka peristiwa itu disebut respirasi anaerob

Respirasi aerobRespirasi aerob merupakan serangkaian reaksi enzimatis yang mengubah

glukosa secara sempurna menjadi CO2, H2O dan menghasilkan energi. Menurut penyelidikan energi yang terlepas sebagai hasil pembakaran 1 grammol glukosa adalah 675 Kkal. Dalam respirasi aerob, glukosa dioksidasi oleh oksigen, dan reaksi kimianya dapat digambarkan sebagai berikut:            C6H12O6 + 6 O2 —-> 6 CO2 + 12 H2O + 675 Kkal Dalam kenyataan reaksi yang terjadi tidak sesederhan itu. Banyak tahap reaksi yang terjadi dari awal hingga terbentuknya energi. Reaksi-reaksi tersebut dibedakan menjadi tiga tahap yakni glikolisis, siklus kreb (the tricarboxylic acid cycle) dan tranfer elektron.

1. Glikolisis

10

Page 11: makalah bio.docx

Glikolisis adalah serangkaian reaksi enzimatis yang memecah glukosa (terdiri dari 6 atom C) menjadi dua molekul asam piruvat (terdiri dari 3 atom C). Glikolisis juga menghasilkan ATP dan NADH + H+             Sebagian besar mikroorganisme memanfaatkan karbohidrat sebagai sumber karbon dan energi. Heksosa, gula enam karbon (C6), glukosa adalah lebih dari substrat untuk sebagian besar mikroorganisme dan sebagian kecil mikroorganisme tidak bisa mengolahnya. Di alam, glukosa bebas biasanya tidak tersedia, tetapi dapat diperoleh melalui berbagai rute. Ini berasal dari interkonversi heksosa lainnya, hidrolisis disakarida, oligosakarida dan polisakaridadari lingkungan, atau dari sel penyimpanan material, seperti pati, glikogen dan trehalosa. Pembentukan energi dari glukosa yang didahului oleh proses fosforilasi sampai menghasilkan piruvat (C3). Namun, jumlah terbatas ATP yang diproduksi,yang dibentuk melalui substrat-tingkat fosforilasi. Maksimum dua molekul ATP yang dihasilkan untuk setiap satu molekul glukosa teroksidasi. menghasilkan piruvat menempati posisi penting dalam metabolismedan merupakan titik awal untuk katabolisme lanjut

Setiap organisme mempunyai perbedaan jalur glikolisis yang menjadi kunci pembeda organisme tersebut. Jalur glikolisis dibagi menjadi empat yakni:

1.      Jalur EMP (The Embden-Mayerhof-Parnas) Jalur EMP merupakan jalur  yang banyak ditemukan di semua kelompok

organisme, termasuk jamur, yeasts dan bakteri. jalur ini dapat beroperasi di bawah kondisi anaerobik atau aerobik dan terdiri dari 10 enzim-katalis reaksi terletak di dalam matriks sitoplasma. Kunci pembeda ketiga jalur lainnya (heksokinase, fosfofruktokinase dan kinase piruvat) yakni reaksi terjadi secara reversibel. Sedangkan jalur EMP reaksinya yang terjadi yakni secara irreversible.

2.      Jalur PP (The Pentose Phosphate) The fosfat pentosa (PP) atau jalur heksosa jalur monofosfat ditemukan di

banyak bakteri dan sebagian besar organisme eukariotik. Jalur ini seringkali beroperasi pada waktu yang sama dengan jalur EMP. Dalam ragi, misalnya, 10-20% glukosa (lebih selama pertumbuhan pesat) yang terdegradasi melalui jalur PP, dan sisanya katabolisme dari jalur EMP. Jalur PP bisa berfungsi pada kondisi aerobik atau anaerobik,  baik katabolik maupun anabolik. Jalur ini sangat penting dalam penyediaan NADPH, terutama untuk digunakan untuk langkah reduktif dalam proses anabolik, intermediet untuk asam amino aromatik sintesis, terutama erythrose-4-fosfat; pentosa, terutama ribosa untuk biosintesis asam nukleat, dan biosintesis intermediet lainya. Gula pentosa seperti xylose juga dapat dikatabolisme melalui jalur ini.

3.      Jalur ED (The Entner-doudoroff) Jalur ED adalah jalur metabolisme yang relatif sedikit digunakan oleh

mikroorganisme yang tidak memiliki EMP jalur. Kebanyakan bakteri Gram-negatif, termasuk spesies Azotobacter, Pseudomonas, Rhizobium,Xanthomonas dan Zymomonas, tapi jarang dalam jamur. Jalur dimulai dengan pembentukan 6-phosphogluconate, seperti di jalur PP. Meskipun kemudian mengalami

11

Page 12: makalah bio.docx

dehidrasi, bukan teroksidasi, untuk membentuk 2-okso-3-deoksi-6-phosphogluconate. Molekul enam-karbon dipecah oleh Aldolase untuk membentuk dua senyawa C3, piruvat dan GAP, dan terakhir juga dapat dikonversi menjadi piruvat. Secara keseluruhan, dari glukosa setiap molekul dimetabolisme, pada jalur yang dapat

4.      Jalur PK (phosphoketolase) The phosphoketolase (PK) atau jalur Warburg-Dickens jalur  metabolisme yang

ditemukan di beberapa bakteri asam laktat, terutama dari spesies Lactobacillus dan Leuconostoc. Ini melibatkan oksidasi dan dekarboksilasi glukosa 6-fosfat ke pantat, seperti di jalur PP. RuMP yang berisomer dengan xylulose fosfat 5-(C5) dan dibelah oleh phosphoketolase menjadi GAP (C2) dan asetil fosfat (C2). Pada akhirnya dikonversike laktat dan kedua ke etanol. Jalur ini menghasilkan hanya setengahATP dibandingkan dengan jalur EMP. Namun, tidak dimungkinkan pembentukan pentosa dari heksosagula untuk sintesis asam nukleat dan katabolisme pentosa 2. Tricarboxylic acid cycle

Tricarboxylic acid cycle (Siklus Krebs) merupakan serangkaian reaksi metabolisme yang mengubah asetil koA yang direaksikan dengan asam oksaloasetat (4C) menjadi asam sitrat (6C). Selanjutnya asam oksaloasetat memasuki daur menjadi berbagai macam zat yang akhirnya akan membentuk oksaloasetat lagi (McKane and Judy Kandel,1950).

Pyruvate (C3) + NAD+ + CoA →acetyl CoA (C2) +CO2 + NADH + H+

) + 3N + AD+ + FAD + ADP → 2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2 + ATP

Asetil KoA masuk siklus krebs  bersama empat molekul karbon (oksaloasetat). Selanjutnya menjadi senyawa enam carbon atau asam asitrat. Selama berturut-turut, dua atom karbon dari asetil KoA teroksidasi menjadi dua molekul CO2, meninggalkan empat Oksaloasetat untuk menerima asetil KoA lainnya. Siklus ini beberapa energi di keluarkan dari oksidasi asam sitrat yang digunakan untuk memproduksi satu molekul ATP. Kebanyakan energi ditranfer oleh empat pasangan elektron dari tiga molekul NAD+  (membentuk NAD + H+) dan satu molekul FAD (membentuk FADH2 ). Energi dari elektron ini kemudian digunakan untuk membentuk ATP pada sistem transport elektron. Pada jalanya satu asetil KoA menghasilkan 12 molekul ATP kemudian dioksidasi oleh siklus krebs. Sejak dua molekul asetil KoA diproduksi untuk masing-masing oksidasi glukosa, energi akhir yang dihasilkan dari siklus krebs adalah 12 molekul ATP                         3. Transfer elektron

Setelah proses tricarboxylic acid maka yang terakhir adalah proses transfer elektron. Transfer elektron merupakan reaksi pemindahan elektron melelui reaksi

12

Page 13: makalah bio.docx

redoks (reduksi-oksidasi). karena respirasi mebutuhkan jumlah ATP dari proses oksidasi NADH dan FADH. Maka dibutuhkan senyawa senyawa yang memiliki potensial reduksi rendah sebagai akseptor elektron, dan O2 sangat ideal sebagai akseptor.  Elektron yang berasal dari oksidasi substrat NADH atau FADH2, melalui serangkaian redoks atau reduksi-oksidasi reaksi, lalu ke terminal akseptor. Dalam proses ini, energi dilepaskan selama aliran elektron digunakan untuk membuat gradien proton.

Energi yang ditangkap dalam ikatan energi yang tinggi ketika P (fosfat)

anorganik bergabung dengan molekul ADP untuk membentuk ATP. Proses ini disebut fosforilasi oksidatif.

Energi (ATP) dalam sistem transpor elektron terbentuk melalui reaksi fosforilasi oksidatif, Energi yang dihasilkan oleh oksidasi 1 mol NADH atau NADPH2 dapat digunakan untuk membentuk 3 mol ATP. Reaksinya sebagai berikut.

NADH + H+ + 1/2 O2 + 3ADP + 3H3PO4 → NAD+   +  3ATP + 4H2O

Sementara itu, energi yang dihasilkan oleh oksidasi 1 mol FADH2 dapat menghasilkan 2 mol ATP.

Beberapa jenis enzim yang terlibat dalam pengangkutan elektron seperti NADH dehidrogenase, sitokrom reduktase, dan sitokrom oksidase. Pembawa elektron terdiri dari flavoprotein (contohnya FAD dan mononukleotida flavin, FMN), besi sulfur (FeS), dan sitokrom, protein dengan cincin  yang berisi besi yang disebut heme. Gugus non-protein seperti lipid-soluble (larutan dalam lemak) yang lebih dikenal dengan quinones (Ibrahim, 2007).                        

Respirasi anaerobBeberapa bakteri fakultatif anaerob dan obligatif anaerob melakukan respirasi

anaerob. Dengan melibatkan electron transport system (ETS), tetapi terminal akseptor elektron selain oksigen. Contoh respirasi anaerob berikut:

1.      Nitrate respiration

Respirasi nitrat dilakukan oleh bakteri anaerob fakultatif. Potensi redoks nitrat adalah +0.42 Volt, dibandingkan dengan oksigen yang potensial redoksnya +0,82 volt. Akibatnya, lebih sedikit energi yang digunakan dibandingkan dengan oksigen sebagai terminal akseptor elektron dan molekul lebih sedikit ATP yang terbentuk. Proses ini memiliki beberapa langkah, yang mana nitrat direduksi menjadi nitrit dan nitrogen oksida menjadi dinitrogen, yang disebut sebagai dissimilatoryNitrate reduction atau denitrifikasi. Reaksi denitrifikasi sebagai berikut:2NO3- + 12 e- + 12 H+  → N2 + 6 H2O

13

Page 14: makalah bio.docx

 Denitrifikasi dilakukan oleh spesies Pseudomonas, Paracoccus denitrificans dan Thiobacillus denitrificans. Sedangkan bakteri fakultatif Anaerob seperi, E. coli dan sejenisnya, yang hanya mereduksi nitrat menjadi nitrit, dan enzim.

2.      Sulphate respirationRespirasi sulfat dilakukan oleh sebagian kecil bakteri heterotrophic, yang

semuanya oligatif anaerob, sperti bakteri dari spesies Desulfovibrio. Bakteri ini membutuhkan sulfat sebagai aseptor proton  dan terduksi menjadi sulfit. Reaksi sulphate respiration sebagai berikut:

SO42- + 8 e- + 8 H+ → S2- + H2O

3.      Carbonate respiration respirasi Karbonat dilakukan oleh bakteri seperti Methanococcus dan

Methanobacterium. Bakteri tersebut merupakan anaerob obligat yang mereduksi CO2, dan kadang-kadang karbon monoksida, untuk menjadi metana. Bakteri metanogen yang biasa menggunakan hidrogen sebagai sumber energi dan ditemukan di lingkungan yang rendah nitrat dan sulfat, misalnya usus beberapa hewan, rawa, sawah dan digester limbah lumpur. Reaksi respirasi karbonat hingga membentuk metan sebagai berikut:

CO2 + 4H2 →CH4 + 2H2O

Selain nitrat, sulfat dan karbon dioksida, besi besi (Fe3+), mangan (MN4+) dan beberapa organik senyawa (sulfoksida dimetil, fumarat, glisin dan oksida trimetilamina) dapat berfungsi sebagai terminal elektron akseptor untuk respirasi anaerob tertentu bakteri.

Fermentasi            Bila respirasi tidak bisa dilakukan, organisme harus menggunakan mekanisme alternatif untuk membentuk pasokan Koenzim, selama oksidasi glukosa menjadi piruvat. Jika NAD (P) H tidak teroksidasi kembali ke NAD (P)+, katabolisme akan berhenti. Akibatnya, akseptor terminal elektron yang cocok harus ditemukan untuk mengambil elektron. Fermentasi adalah proses perombakan senyawa organik dalam kondisi anaerob menghasilkan produk berupa asam-asam organik, alkohol dan gas, yang kemudian dikeluarkan dari sel.sedangkan fermentasi itu bermacam-macam seperti:

A.    Fermentasi alkohol dilakukan oleh yeasts, jamur dan bakteri. Ini proses dua langka, dimana piruvat dari jalur EMP,atau dari jalur ED seperti Zymomonas, melakukan dekarboksilasi pertama menjadi asetaldehida, NAD+ kemudian terbentuk selama reduksi asetaldehida menjadi etanol.

B.  Fermentasi asam laktat yang dilakukan oleh sejumlah bakteri, seperti Streptococcus, Lactobacillus, Lactococcus dan Leuconostoc, serta beberapa jamur, alga dan

14

Page 15: makalah bio.docx

protozoa.turunan piruvat, adalah akseptor elektron dan membentuk laktat. Ada dua bentuk fermentasi ini yakni:

-         Fermentasi homolaktis dilakukan oleh bakteri seperti Lactobacillus acidophilus dan Lactobacillus casei, yang mereduksi semua piruvat yang dihasilkan pada proses glikolisis menjadi asam laktat.

-         Fermentasi heterolaktis menghasilkan produk lainnya dan asam laktat. Organisme yang melakukan ini seperti Leuconostoc mesenteroides dan Lactobacillus brevis.

C.     Fermentasi asam campuran yang dilakukan oleh E. coli dan bakteri fakultatif anaerob. Produknya meliputi laktat, asetat, dan etanol. Beberapa organisme memiliki kemampuan untuk mereduksi piruvat menjadi hidrogen dan CO2.

D.    Fermentasi 2,3-Butanediol dilakukan oleh Enterobacter, Erwinia, Klebsiella dan Serratia. Sama seperti fermentasi campuran asam, namun menghasilkan butanadiol,netanol dan asam.

E.     Fermentasi asam propionat dilakukan oleh beberapa bakteri d usus, seperti Propionibacterium dan sejenisnya, beberapa terlibat dalam produk komersil Swiss-keju dan vitamin B12 (cobalamin). Propionat yang terbentuk dari piruvat yang melalui jalur methylmalonyl CoA, dimana piruvat terkarboksilasi menjadi oksaloasetat, dan kemudian direduksi menjadi propionat melalui malate, fumarate dan suksinate

F.      Fermentasi asam butirat dilakukan oleh spesies Clostridium. Bakteri ini memproduksi aseton, butanol, propanol, alkohol dan asam lainnya. Bakteri ini juga memfermentasi asam amino dan senyawa nitrogen lainnya, serta karbohidrat. 

Katabolisme lipid dan protein

            Sumber karbon selain dari karbohidrat harusdiproses sebelum masuk proses katabolisme. seperti lipid dan trigliserida dihidrolisis oleh enzim lipase untuk menghasilkan bebas asam lemak dan gliserol. Asam lemak kemudian dipecah oleh jalur b-oksidasi. FAD dan NAD +  yang digunakan untuk menerima elektron, dan menghapus dua unit karbon, dalam bentuk asetil CoA, yang kemudian dapat diproses langsung di siklus TCA. Gliserol dapat terfosforilasi menjadi fosfat gliserol, kemudian dioksidasi menjadi DAP dan berisomerisasi menjadi GAP. Unit C3 kemudian bisa masuk jalur EMP.

15

Page 16: makalah bio.docx

Protein ekstraseluler yang dihidrolisis oleh protease untuk menghasilkan asam amino bebas yang dapat diangkut ke dalam sel. Katabolisme asam amino awalnya menghilangkan kelompok amino. Hal ini biasanya dicapai melalui transaminasi, di mana kelompok amino yang disumbangkan ke keto, misalnya aminasi piruvat untuk membentuk alanin. The keto asam yang dihasilkan dari transaminasi dapat dioksidasi dalam siklus TCA. Kelebihan gugus amino dapat terakumulasi dan sering diekskresikan sebagai ion amonium, yang menyumbang kenaikan pH media selama pertumbuhan beberapa bakteri.

2.3 Mekanisme Bioremediasi

Pada mekanisme bioremediasi ini terjadi biotransformasi atau biodetoksifikasi senyawa toksik menjadi senyawa yang kurang toksik atau tidak toksik. Saat bioremediasi terjadi, enzim-enzim yang diproduksi oleh mikroorganisme memodifikasi polutan beracun dengan mengubah struktur kimia polutan tersebut, sebuah peristiwa yang disebut biotransformasi. Pada banyak kasus, biotransformasi berujung pada biodegradasi, dimana polutan beracun terdegradasi, strukturnya menjadi tidak kompleks, dan akhirnya menjadi metabolit yang tidak berbahaya dan tidak beracun. Pendekatan umum untuk meningkatkan kecepatan biotransformasi/ biodegradasi adalah dengan cara:

1.      seeding, mengoptimalkan populasi dan aktivitas mikroba indigenous (bioremediasi instrinsik) dan/atau penambahan mikroorganisme exogenous (bioaugmentasi)         

2.      feeding, memodifikasi lingkungan dengan penambahan nutrisi (biostimulasi) dan aerasi (bioventing).

Proses utama pada bioremediasi adalah biodegradasi, biotransformasi dan biokatalis.

Menurut Dr. Anton Muhibuddin, salah satu mikroorganisme yang berfungsi sebagai bioremediasi adalah jamur vesikular arbuskular mikoriza (vam). Jamur vam dapat berperan langsung maupun tidak langsung dalam remediasi tanah. Berperan langsung, karena kemampuannya menyerap unsur logam dari dalam tanah dan berperan tidak langsung karena menstimulir pertumbuhan mikroorganisme bioremediasi lain seperti bakteri tertentu, jamur dan sebagainya.

Banyak aplikasi-aplikasi baru menggunakan mikroorganisme untuk mengurangi polutan yang sedang diujicobakan. Bidang bioremediasi saat ini telah didukung oleh pengetahuan yang lebih baik mengenai bagaimana polutan dapat didegradasi oleh mikroorganisme, identifikasi jenis-jenis mikroba yang baru dan bermanfaat, dan kemampuan untuk meningkatkan bioremediasi melalui teknologi genetik. Teknologi genetik molekular sangat penting untuk mengidentifikasi gen-gen yang mengkode enzim yang terkait pada bioremediasi. Karakterisasi dari gen-gen yang bersangkutan dapat meningkatkan pemahaman kita tentang bagaimana mikroba-mikroba memodifikasi polutan beracun menjadi tidak berbahaya.

16

Page 17: makalah bio.docx

Strain atau jenis mikroba rekombinan yang diciptakan di laboratorium dapat lebih efisien dalam mengurangi polutan. Mikroorganisme rekombinan yang diciptakan dan pertama kali dipatenkan adalah bakteri "pemakan minyak". Bakteri ini dapat mengoksidasi senyawa hidrokarbon yang umumnya ditemukan pada minyak bumi. Bakteri tersebut tumbuh lebih cepat jika dibandingkan bakteri-bakteri jenis lain yang alami atau bukan yang diciptakan di laboratorium yang telah diujicobakan. Akan tetapi, penemuan tersebut belum berhasil dikomersialkan karena strain rekombinan ini hanya dapat mengurai komponen berbahaya dengan jumlah yang terbatas. Strain inipun belum mampu untuk mendegradasi komponen-komponen molekular yang lebih berat yang cenderung bertahan di lingkungan.

Pada bioremediasi microbial terdapat faktor-faktor utama yang menentukan: yaitu Populasi mikroba, Konsentrasi nutrien, Pasokan oksigen, Suhu dan kelembaban.

.

-

17

Page 18: makalah bio.docx

BAB 3

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Bioremediasi merupakan penggunaan mikroorganisme untuk mengurangi polutan di lingkungan. Saat bioremediasi terjadi, enzim-enzim yang diproduksi oleh mikroorganisme memodifikasi polutan beracun dengan mengubah struktur kimia polutan tersebut, sebuah peristiwa yang disebut biotransformasi. Pada banyak kasus, biotransformasi berujung pada biodegradasi, dimana polutan beracun terdegradasi, strukturnya menjadi tidak kompleks, dan akhirnya menjadi metabolit yang tidak berbahaya dan tidak beracun.

Metabolisme merupakan seluruh peristiwa reaksi-reaksi kimia yang berlangsung dalam sel makhluk hidup. Metabolisme terdiri atas dua proses, yaitu anabolisme dan katabolisme. Anabolisme adalah penyusunan zat kompleks dari zat yang lebih sederhana. Sebaliknya, katabolisme adalah pemecahan zat komplek menjadi zat yang lebih sederhana disertai dengan pelepasan energi. Kedua proses metabolisme tersebut merupakan reaksi enzimatis, artinya reaksi tersebut melibatkan peranan enzim. Enzim adalah suatu protein dan dihasilkan oleh sel hidup.

Pada proses mekanisme bioremediasi terjadi biotransformasi atau biodetoksifikasi senyawa toksik menjadi senyawa yang kurang toksik atau tidak toksik. Saat bioremediasi terjadi, enzim-enzim yang diproduksi oleh mikroorganisme memodifikasi polutan beracun dengan mengubah struktur kimia polutan tersebut, sebuah peristiwa yang disebut biotransformasi. Pada banyak kasus, biotransformasi berujung pada biodegradasi, dimana polutan beracun terdegradasi, strukturnya menjadi tidak kompleks, dan akhirnya menjadi metabolit yang tidak berbahaya dan tidak beracun

3.2 Saran

18

Page 19: makalah bio.docx

Daftar Pustaka

Ameilia Siregar. 2010. Metabolisme Sel, Enzim dan Peranannya. (Online). http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/biologi-pertanian/metabolisme-sel/enzim-dan-peranannya/. Diakses pada tanggal 22 April pukul 17.00 WIB.

Antony. S.P. and R. Philip (2006) Bioremediation in Shrimp Culture Systems. NAGA, World Fish Center Quarterly Vol. 29 No. 3 & 4 Jul-Dec 2006

Arif Priyadi dan Tri Silawati. 2007. Sains Biologi untuk SMA Kelas XII. Jakarta: Yudhistira.

Atlas, Ronald M., 2005. Handbook of media for environmental microbiology, 2nd ed. ISBN 0-8493-3560-4. CRC Press

Dwidjoseputro D. 1981. Dasar-dasar mikrobiologi. Jakarta; Djambatan.

Gerard J. Tortora, Berdell R. Funke, Christine L. Case.- 10th ed, 2010, Microbiology: an introduction. Great Lakes Bio Systems. Inc. .co Orb- 3.com/LakeAndPond Orb-3 Professional Enzymes & Bacteria are the total solution.

Ibrahim, muslimin. 2007. Mikrobiologi prinsip dan aplikasi. Surabaya; unesa university perss

Kimbal, J. (n.d.). 1997. Biologi Edisi kelima. Alih bahasa: Siti Soetarmi Tjitrosomo, Nawangsari Sugiri. Jakarta: Erlangga.

Lud Waluyo. 2007. Mikrobiologi Umum. Malang: UMM Press.

McKane, Larry and Judy Kandel.1950.micro-biology essentials and aplications.New York; McGraw-Hill Book Company

Michael J. Pelczar, Jr dan E.C.S. Chan. 1986. Dasar-Dasar Mikrobiologi. Jakarta: UI Press.

Silva. C. L. ; Barbosa, C. M. B. M.; Silva. , V. L. ; Pons. M.N.; Motta Sobrinho. , M. A, EVALUATION OF BACTERIAL BIOMASSES FOR THE POLLUTION TREATMENT OF THE DERBY-TACARUNA CANAL, 2nd Mercosur Congress on Chemical Engineering, 4th Mercosur Congress on Process Systems Engineering, EMPROMER, Brazil

Slamet Prawirohartono dan Hadisumarto S. 1997. Sains Biologi 3A Untuk SMU Kelas 3 Tengah Tahun Pertama Sesuai Kurikulum 1994. Jakarta: Bumi Aksara.

Slamet Prawirohartono. 2005. Sains Biologi Untuk SMA Kelas 3 Kurikulum 2004. Jakarta: Bumi Aksara.

19

Page 20: makalah bio.docx

Tengku. 2012. Anabolisme dan Katabolisme. (Online). http://tengkugiffary.blogspot.com/2012/11/anabolisme-dan-katabolisme-anabolisme.html. Diakses pada tanggal 20 Oktober pukul 17.00 WIB.

Widianingsih. 2009. Enzim. (Online).http://120409-widianingsih.blogspot.com/2009/12/enzim.html. Diakses pada tanggal 20 Oktober pukul 17.00 WIB.

20

Page 21: makalah bio.docx

21