KATABOLISME KARBOHIDRAT PADA MIKROBA KELOMPOK VIII LARAS WATI 1803124033 RICKY ROESFIRDIAN VIVI ELVIANI 1803112509 JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS RIAU 2019 KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT ynang hingga saat ini masih memberikan kita nikmat iman dan kesehatan,sehingga kami diberi kesempatan yang luar biasa ini yaitu kesempatan untuk menyelesaikan tugas penulisan makalah tentang “Katabolisme Karbohidrat pada Mikroba”. Sekaligus pula kami menyampaikan rasa terima kasih yang sebanyak-banyaknya untuk ibu Rodesia selaku dosen pengampu mata kuliah Mikrobiologi yang telah menyerahkan kepercayaannya kepada kami guna menyelesaikan makalah ini dengan tepat waktu. Selain itu kami juga sadar bahwa pada makalah kami ini dapat ditemukan banyak sekali kekurangan serta jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu,kami benar-benar menanti kritik dan saran untuk kemudian dapat kami revisi dan kami tulis di masa yang selanjutnya,sebab sekali lagi kami menyadari tidak ada sesuatu yag sempurna tanpa disertai saran yang konstruktif. Diakhir kami berharap makalah sederhana kami ini dapat dimengerti oleh setiap pihak yang membaca. Kami pun memohon maaf yang sebesar-besarnya apabila dalam makalah kami terdapat perkataan yang tidak berkenan di hati. Pekanbaru, 9 April 2019 Penulis ii DAFTAR ISI Contents KATA PENGANTAR ................................................................................................................................................. II DAFTAR ISI ............................................................................................................................................................ III BAB I ...................................................................................................................................................................... 1 PENDAHULUAN ..................................................................................................................................................... 1 A. B. C. LATAR BELAKANG ..................................................................................................................................................1 RUMUSAN MASALAH .............................................................................................................................................2 TUJUAN ...............................................................................................................................................................2 BAB II ..................................................................................................................................................................... 3 PEMBAHASAN ....................................................................................................................................................... 3 A. B. C. D. E. PENGERTIAN ANABOLISME DAN KATABOLISME ............................................................................................................3 GAS YANG DI HASILKAN OLEH MIKROBA ......................................................................................................................4 ASAM YANG DI HASILKAN OLEH MIKROBA ...................................................................................................................4 TAHAP METABOLISME PADA MIKROBA ......................................................................................................................4 ENZIM YANG TERLIBAT DALAM METABOLISME............................................................................................................11 BAB III .................................................................................................................................................................. 13 PENUTUP ............................................................................................................................................................. 13 A. B. KESIMPULAN ......................................................................................................................................................13 SARAN...............................................................................................................................................................13 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................................................ 14 iii BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Dalam kehidupan, mahluk hidup memerlukan energi yang diperoleh dari proses metabolisme. Metabolisme terjadi pada semua mahluk hidup termasuk kehidupan mikrobaetabolisme ialah semua reaksi yang mencakup semua proses kimiawi yang terjadi di dalam sel yang menghasilkan energi dan menggunakan energi untuk sintesis komponenkomponen sel dan untuk kegiatan-kegiatan seluller. Seperti untuk pertumbuhan, pembelahan sel, pembaruan komponen sel, dan lain-lain. Kegiatan kimiawi yang dilakukan oleh sel amatlah rumit, bergamnya bahan yang digunakan sebagai unsur nutrisi oleh sel. Dalam melakukan setiap aktivitas sel dalam tubuh sangatlah berkaitan erat dengan kerja enzim sebagai substansi yang ada dalam sel yang jumlahnya amat kecil dan mampu menyebabkan terjadinya perubahan-perubahan yang berkaitan dengan proses-proses seluller dan kehidupan. Semua aktivitas metabolisme prosesnya dikatalisis oleh enzim. Jadi kehidupan tidak akan terjadi tanpa adanya enzim dalam tubuh mahluk hidup.. Metabolisme merupakan serentetan reaksi kimia yang terjadi dalam sel hidup (Darkuni 2001). Metabolisme dibagi atas dua fase yaitu anabolisme dan katabolisme. Anabolisme adalah Pembentukan senyawa yang memerlukan energi (Rekasi endergonik) misalnya reaksi fotosintesis: membentuk C6G12O5 dari CO2 dan H2O, sedangkan Katabolisme adalah proses penguraian senyawa yang menghasilkan energi (reaksi eksergonik) misalnya pada respirasi yang menguraikan karbohidrat menjadi asam piruvat dan energi. Metabolisme ini selalu terjadi dalam sel hidup karena di dalam sel hidup terdapat enzim yang diperlukan untuk membantu berbagai reaksi kimia yang terjadi. Suatu proses reaksi kimia yang terjadi dapat menghasilkan energi dan dapat pula memerlukan energi untuk membantu terjadinya reaksi tersebut. Bila dalam suatu reaksi menghasilkan energi maka disebut reaksi eksergonik dan apabila untuk dapat berlangsungnya suatu reaksi diperlukan energi reaksi ini disebut reaksi endergonik. Kegiatan metabolisme meliputi proses perubahan yang dilakukan untuk sederetan reaksi enzim yang berurutan. Untuk mempercepat laju reaksi-reaksi diperlukan enzim-enzim tertentu pada setiap tahapan reaksi. Mikroba terdapat di tempat dimana manusia hidup. Terdapat pada udara yang kita hirup, pada makanan yang kita makan, juga terdapat pada permukaan kulit, pada jari tangan, pada rambut, dalam rongga mulut, usus, dalam saluran pernapasan dan pada seluruh permukaan tubuh yang terbuka dan dianggap sebagai flora normal. Akan tetapi, untunglah hanya sebagian kecil dari mikroba itu yang dapat menimbulkan penyakit (pathogen). Pada setiap cm2 (sentimeter persegi) kulit terdapat sekitar 10.000 (sepuluh ribu) sampai dengan 100.000 (seratus ribu) bakteri. Mikroba telah lama dan banyak dimanfaatkan oleh umat manusia dalam berbagai macam hal, seperti pengolahan makanan, minuman dan proses pengolahan sebagian obat-obatan, seperti antibiotik, hormon, dan sebagainya. Bakteri memproduksi produk-produk yang diperdagangkan manusia seperti alkohol, yogurth, tempe, nata de coco, dan sebagainya itu melalui serangkaian reaksi metabolisme panjang. makalah ini akan membahas mengenai metabolisme, berbagai 1 proses yang terjadi selama metabolisme. Bakteri-bakteri yang berjasa dalam terbentuknya produk dari hasil metabolisme. B. Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah dari makalah ini adalah sebagai berikut : 1. Pengertian anabolisme dan katabolisme. 2. Apa saja gas yang di hasilkan oleh mikroba 3. Apa saja asam yang di hasilkan oleh mikroba 4. Apa saja tahap metabolisme pada mikrobia. 5. Apa saja enzim yang terlibat dalam metabolisme. C. Tujuan Adapun tujuan disusunnya makalah ini adalah sebagai berikut : 1. Mengetahui anabolisme dan katabolisme. 2. Mengetahui gas-gas yang di hasilkan oleh mikroba 3. Mengetahui asam-asam yang di hasilkan oleh mikroba 4. Mengetahui tahap metabolisme pada mikrobia. 5. Mengetahui enzim yang terlibat dalam metabolisme 2 BAB II PEMBAHASAN A. Pengertian Anabolisme dan Katabolisme Metabolisme dibagi atas dua fase yaitu anabolisme dan katabolisme. Anabolisme adalah Pembentukan senyawa yang memerlukan energi (Rekasi endergonik) misalnya reaksi fotosintesis: membentuk C6G12O5 dari CO2 dan H2O. Anabolisme adalah suatu proses reaksi kimia yang membentuk suatu molekul besar dari molekul yang lebih kecil. Dan selama proses anabolisme membutuhkan energy dalam reaksinya. Atau dapat dikatakan segala bentuk sintesa dalam mikroorganisme. Proses metabolisme mikroorganisme dapat dibedakan menjadi dua berdasarkan sumber energinya yaitu fototrof dan kemotrof. Sedangkan apabila berdasarkan kemampuan mendapat sumber karbonnya menjadi dua juga yaitu Autotrof dan heterotrof. Mikroorganisme fototrof adalah mikroorganisme yang menggunakan cahaya sebagai sumber energi utamanya. Fototrof dibagi menjadi dua yakni: fotoautotrof dan Fotoheterotrof. Organisme yang termasuk fotoautrotrof melakukan fotosintesis. Sedangkan fotosintesis adalah proses mensintesis senyawa organik kompleks dari unsur-unsur anorganik dengan menggunakan energi cahaya matahari. Fotosintesis tidak hanya dilakukan oleh tumbuhan namun juga dilakukan oleh mikroba. Mikroba yang melakukan fotosintesis seperti Cyanobacteria, serta beberapa jenis algae. Pada Reaksi umum yang terjadi dpat dituliskan sebagai berikut : 6H2O + 6CO2 + cahaya → C6H12O6 + 6O2 dalam fotosintesis terjadi dua tahapan reaksi terang dan reaksi gelap. Reaksi terang atau fosforilasi reaksi ini terjadi di tilakoid dan reaksi gelap terjadi di dalam stromokloroplas. Pada reaksi terang ADP menjadi ATP dan pada reaksi terang terjadi reduksi NADH sebagai pembawa elektron menjadi NADPH. pada reaksi ini terjadi penyerapan cahaya matahari oleh klorofil. Reaksi terang atau fotofosforilasi dibagi menjadi dua yakni fotofosforilasi siklik dan fotofosforilasi nonsiklik. Fosforilasi siklik atau dukenal pula sebagai fotosistem 1. fotositem ini sangat peka dengan gelombang cahay yang memiliki panjang 700nanometer maka disebut sebagai P700. Pada fotosistem ini elektron kembali lagi ke dalam fotosistem. Fotofosforilasi siklik merupakan proses yang sangat sering diketemukan, elektron yang terlepas tidak kembali lagi melainkan membentuk NADPH. Dan elektron yang hilang tersebut digantikan oleh elektron yang terbentuk pada saat oksidasi H2O atau dari unsur-unsur yang mudah teroksidasi seperti H2S. Hasil dari reaksi terang adalah ATP yang terbentuk melalui proses chemiosmosis, O2, NADPH. Setelah reaksi terang maka berikutnya adalah reaksi gelap. Reaksi ini disebut reaksi gelap karena tidak membutuhkan cahaya. Didalam reaksi ini terjadi fiksasi CO2 pada siklus 3 calvin, dimana CO2 di fiksasi oleh RuBP kemudian membentuk asam fosfogliserat hingga membentuk glukosa. Setelah terbentuk glukosa RuBP diregenerasi untuk fiksasi CO2 Katabolisme adalah proses penguraian senyawa yang menghasilkan energi (reaksi eksergonik) misalnya pada respirasi yang menguraikan karbohidrat menjadi asam piruvat dan energi. Metabolisme ini selalu terjadi dalam sel hidup karena di dalam sel hidup terdapat enzim yang diperlukan untuk membantu berbagai reaksi kimia yang terjadi. Suatu proses reaksi kimia yang terjadi dapat menghasilkan energi dan dapat pula memerlukan energi untuk membantu terjadinya reaksi tersebut. Katabolisme merupakan reaksi yang menghasilkan energi dengan memecah molekul kompleks menjadi molekul sederhanan. Proses ini juga disebut exergonic (menghasilkan energy) Semua sel mikoba memerlukan energi secara kontinou untuk proses yang terkait terkait dengan pertumbuhan, transportasi, gerakan dan pemeliharaan. Pada chemoheterotrophic mikroorganisme, energi organik Sumber yang diperoleh dari lingkungan dan kemudian ditransformasikan oleh serangkaian enzim yang mengendalikan reaksi dalam jalur metabolik. Katabolisme menghasilkan generasi energi potensial dalam bentuk adenosin 5’-trifosfat (ATP) dan reduksi Koenzim, seperti nikotinamida adenin dinukleotida (NADH), nicotinamide adenin dinukleotida fosfat (NADPH) dan flavin adenin dinukleotida (FADH2), dan panas. Mikroorganisme memiliki keragaman dalam proses metabolisme untuk menghasilkan ATP dan koenzim tereduksi (Waiter et al 2001). B. Gas yang di hasilkan oleh mikroba Gas-gas yang timbul dari atau hasil pembongkaran ( fermentasi respirasi) oleh mikroba dapat berupa gas karbondioksida,hidrogen,metana,nitrogen,hidrogen sulfida dan amoniak. C. Asam yang di hasilkan oleh mikroba Asam –asam yang timbul akibat kegiatan bakteri dapat berupa asam organik maupun asam anorganik.Asam-asam ini ad berubah menjadi garam,ada pula yang di gunakan oleh mikroorganisme lain. D. Tahap Metabolisme pada Mikroba 1. Respirasi Aerob Respirasi aerob adalah proses respirasi yang menggunakan oksigen. Secara sederhana, proses respirasi aerob pada glukosa dituliskan sebagai berikut. Apakah respirasi aerob terjadi sesederhana reaksi ini? Proses respirasi aerob melewati tiga tahap, yaitu: a. Glikolisis, b. Siklus Krebs, dan c. Rantai transfer elektron. 4 a.Glikolisis Bagan proses glikolisis. Pada proses ini dihasilkan 4 molekul ATP dan digunakan 2 molekul ATP. 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 5 disertai dengan terbentuknya beberapa senyawa antara seperti Glukosa 6-fosfat dan Fruktosa 6fosfat. 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. b. TCA Cycle (Siklus Krebs) Bagan dekarboksilasi oksidatif asam piruvat Siklus asam sitrat atau sering disebut juga siklus Krebs atau siklus TCA (three carboxylic acid cycle) merupakan suatu urutan reaksi yang mengarahkan dua atom karbon pada asetil-CoA teroksidasi menjadi CO2 . 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. 6 Bagan siklus Krebs c. Electron Transport Chain (Transpor Elektron) 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). 2. Respirasi Anaerob Respirasi anaerob adalah proses respirasi yang tidak memerlukan oksigen. Salah satu contoh proses ini adalah proses fermentasi. Respirasi anaerob dapat terjadi pada manusia dan hewan jika tubuh memerlukan energi secara cepat. Pada mikroorganisme seperti bakteri dan jamur, respirasi anaerob dilakukan karena keadaan lingkungan yang tidak memungkinkan dan belum memiliki sistem metabolisme yang kompleks. Pada tahap tersebut, glukosa dapat dipecah untuk menghasilkan total 2 ATP dan tidak memerlukan oksigen. Meskipun energi yang dihasilkannya jauh lebih kecil daripada respirasi aerob, jumlah ini cukup bagi mikroorganisme dan energi awal bagi hewan. 7 Selain menghasilkan ATP, glikolisis juga menghasilkan NADH dan NAD+. Tanpa suplai NAD+ yang memadai, proses glikolisis pada respirasi anaerob dapat terhenti. Oleh karena itu, organisme yang melakukan respirasi anaerob harus mampu mengoksidasi NADH menjadi NAD+ kembali. Berdasarkan hal tersebut terdapat dua cara respirasi anaerob yang dilakukan organisme. a. Fermentasi alkohol Beberapa organisme seperti khamir (Saccharomyces cereviceace) melakukan fermentasi alkohol. Organisme ini mengubah glukosa melalui fermentasi menjadi alkohol (etanol) Bagan fermentasi alkohol Proses fermentasi alkohol diawali dengan pemecahan satu molekul glukosa menjadi dua molekul asam piruvat. Pada proses tersebut, dibentuk juga 2 ATP dan 2 NADH. Setiap asam piruvat diubah menjadi asetildehid dengan membebaskan CO2 . Asetildehid diubah menjadi etanol dan NADH diubah menjadi NAD+ untuk selanjutnya digunakan dalam glikolisis kembali. Fermentasi alkohol merupakan jenis fermentasi yang banyak digunakan manusia selama ribuan tahun dalam pengolahan bahan makanan. Khamir banyak digunakan dalam pembuatan roti dan minuman beralkohol. b. Fermentasi Asam Laktat Sama halnya dengan fermentasi alkohol, fermentasi asam laktat dimulai dengan tahap glikolisis. Fermentasi asam laktat dilakukan oleh sel otot dan beberapa sel lainnya, serta beberapa bakteri asam laktat. Pada otot, proses ini dapat menyediakan energi yang dibutuhkan secara cepat. Akan tetapi, penumpukan asam laktat berlebih dapat menyebabkan otot lelah. Asam laktat berlebih 8 dibawa darah menuju hati untuk diubah kembali menjadi asam piruvat. Industri susu menggunakan fermentasi asam laktat oleh bakteri untuk membuat keju dan yoghurt. Glukosa akan dipecah menjadi 2 molekul asam piruvat melalui glikolisis, membentuk 2 ATP dan 2 NADH. NADH diubah kembali menjadi NAD+ saat pembentukan asam laktat dari asam piruvat. Fermentasi asam laktat tidak menghasilkan CO2 , seperti halnya fermentasi alkohol. Bagan fermentasi asam laktat 3. 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 9 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. 4. 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. 5. 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. 6. 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. 10 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. E. Enzim yang terlibat dalam metabolisme Semua proses biologis, misalnya : nutrisi, bioenergi dan biosintesis selalu memerlukan biokatalisator yang disebut enzim Enzim diklasifikasi dalam berbagai kategori sesuai dengan reaksi yang dikatalisisnya. Menurut komisi enzim persatuan biokimia internasional (Commission of Enzymes of the International Union of Biochemistry), enzim dibedakan menjadi enam kelompok, yaitu : oksidoreduktase, transferase, hidrolase, liase, isomerase, dan ligase. 1. Oksidoreduktase : mengkatalisis reaksi pemindahan elektron atau atom hidrogen (transfer elektron). Enzim oksidoreduktase melaksanakan reaksi dan menghasilkan energi. Ada ± 200 jenis oksidoreduktase, penghasilan energi sering dilakukan oleh enzim dehidrogense dengan membuang hidrogen juga membuang elektron sehingga dilepaskan energi yang kemudian dapat ditangkap sel dan disimpan dalam bentuk energi kimia. 2. Transferase : mengkatalisis reaksi pemindahan gugusan kimia fungsional (fosfat, amino, metil,) dari suatu substrat ke substrat lain. Reaksi pemindahan ini tidak menghasilkan energi, tetapi mengubah substrat menjadi senyawa yang dapat dioksidasi atau menjadi senyawa yang dapat digunakan untuk sintesis material sel. Nama kinase digunakan khusus untuk pemindahan fosfat dari ATP. 3. Hidrolase : mengkatalisis reaksi hidrolisis atau penambahan molekul air untuk memecahkan ikatan kimia substrat. Disebut hidrolase karena enzim ini menghidrolisis molekul-molekul besar menjadi komponen-komponen kecil yang dapat digunakan. Misalnya : amilum, selulose menjadi glukose, protein menjadi asam amino, lemak menjadi gliserol. Pada mikroorganisme enzimenzim ini diekskresikan ke luar tubuh (lingkungan) sehingga senyawa-senyawa besar di luar tubuh dipecah dulu oleh enzim menjadi molekul yang lebih kecil atau larut dan dapat memasuki sel sebagai nutrien. Oleh karena itu enzim hidrolase disebut eksoenzim. Yang termasuk hidrolase yaitu : selulase (menghidrolisis selulose menjadi glukose), amilase (menghidrolisis amilum menjadi maltosa), protease (menghidrolisis protein menjadi asam amino), lipase (menghidrolisis lemak menjadi gliserol dan asam lemak), dan nuklease (menghidrolisis RNA dan DNA menjadi molekul yang lebih kecil). Dengan demikian eksoenzim ini bertanggung jawab terhadap kemampuan mikroorganisme untuk mengabsorbsi nutrien dari bahan yang ukurannya molekulnya besar. Beberapa eksoenzim merupakan racun dan menyebabkan mikroorganisme bersifat penyebab penyakit dengan mengkatalisis reaksi-reaksi yang merusak komponen sel organisme lain. 11 4. Liase : mengkatalisis reaksi penambahan gugusan ikatan ganda pada molekul dan membuang gugusan non-hidrolitik dengan meninggalkan ikatan ganda. Hal ini umumnya menyangkut pembuangan air (malat → fumarat + H2O), amoniak (serin → piruvat + NH3 + H2O), dan gugus karboksil (lisin → verin + CO2. 5. Isomerase : mengkatalisis reaksi isomerasi atau pengubahan suatu senyawa menjadi isomernya (senyawa yang memiliki atom-atom yang sama tetapi berbeda struktur molekulnya, misal : manosa → fruktosa ; L_glutamat →D_glutamat). 6. Ligase : mengkatalisis reaksi penggabungan dua molekul menjadi satu molekul atau pembentukan ikatan disertai pemecahan atau penambahan ATP (adenin triphosphat). Sejumlah enzim, terutama yang membuang sebagian molekul substrat seperti dehidrogenase, liase, dan transferase, memerlukan molekul kedua untuk menampung molekul yang dibuang dan membawanya ke penerima lainnya. Molekul pembawa molekul buangan ini disebut koenzim. Enzim biasanya berupa molekul protein tetapi koenzim bukan protein meskipun sebagian besar berupa senyawa organik molekul kecil. Aktivitas enzim dipengaruhi oleh banyak faktor, antara lain : konsentrasi enzim, kandungan substrat, keasaman (pH), dan suhu. Hubungan aktivitas enzim dengan konsentrasinya menunjukkan hubungan linier bahwa semakin tinggi konsentrasi enzim maka aktivitas enzim juga semakin cepat. Hubungannya dengan kandungan subtrat menunjukan bahwa mula-mula aktivitasnya naik dengan cepat, kemudian tidak berpengaruh terhadap pertambahan substrat. Hal ini disebabkan karena konsentrasi enzim yang terbatas akan menyebabkan jumlah subtrat yang dikatalisis juga terbatas sehingga pada batas ini, penambahan substrat tidak berpengaruh terhadap aktivitasnya. 12 BAB III PENUTUP A. Kesimpulan Adapun kesimpulan yang dapat ditarik dari makalah ini adalah sebagai berikut : 1. Metabolisme meliputi semua reaksi kimia yang terjadi pada seluruh tubuh organisme. Ada dua macam proses dalam metabolisme, yaitu anabolisme dan katabolisme. Kedua proses metabolisme tersebut merupakan reaksi enzimatis. Artinya reaksi tersebut melibatkan peranan enzim. 2. Tahapan metabolisme mikrobia yaitu Glikolisis, aerobik dan anaerobik, siklus krebs, transpor elektron, kemiosmosis, substrat level phospolirasi, oksidatif phospolirasi, dan respirasi. 3. Gas-gas yang timbul dari atau hasil pembongkaran ( fermentasi respirasi) oleh mikroba dapat berupa gas karbondioksida,hidrogen,metana,nitrogen,hidrogen sulfida dan amoniak. 4. Asam –asam yang timbul akibat kegiatan bakteri dapat berupa asam organik maupun asam anorganik.Asam-asam ini ad berubah menjadi garam,ada pula yang di gunakan oleh mikroorganisme lain. 5. Enzim diklasifikasi dalam berbagai kategori sesuai dengan reaksi yang dikatalisisnya. Menurut komisi enzim persatuan biokimia internasional (Commission of Enzymes of the International Union of Biochemistry), enzim dibedakan menjadi enam kelompok, yaitu : oksidoreduktase, transferase, hidrolase, liase, isomerase, dan ligase. B. Saran Adapun saran yang dapat penulis sampaikan adalah semoga makalah ini dapat memberikan pengetahuan yang bermanfaat bagi pembaca dan dapat diterapkan serta diaplikasikan dalam kehidupan. 13 DAFTAR PUSTAKA Purnomo, Bambang. 2004. Bahan Kuliah Dasar-dasar Mikrobiologi. Google Jurnal Filetype:PDF. (Diakses 18 April 2012) 14
